流體剪切應(yīng)力通過血紅素加氧酶-1 和鐵調(diào)控胎盤生長因子的表達
胎盤生長因子 (PLGF) 是血管內(nèi)皮生長因子 (VEGF) 家族的成員。PLGF 是一種有效的動脈生成劑，甚至比 VEGF-A更有效。PLGF 通過將單核細胞（僅表達 VEGFR-1）募集到血管壁來實現(xiàn)其動脈生成作用。
血紅素加氧酶 (HO) 將血紅素分解為等摩爾量的 CO、二價鐵和膽綠素。HO有兩種亞型：一個誘導型亞型 (HO-1) 和一個組成型表達亞型 (HO-2)。動脈生成隨著年齡的增長而減弱，并且這種影響可能與異常 HO-1 表達和/或信號傳導有關(guān)，因為在具有鈍化動脈生成潛力的老齡大鼠中誘導 HO-1 可將外部血管重塑恢復到與年輕大鼠相當?shù)乃健?br />
最近，美國路易斯安那州立大學分子與細胞生理學系、賓夕法尼亞州匹茲堡大學兒科系、俄克拉荷馬州立大學生理科學系的專家學者進行了相關(guān)研究。該團隊之前曾報道，在體外血管壁共培養(yǎng)模型和離體小鼠腸系膜小動脈中，暴露于 FSS 可增加 PLGF 蛋白和 mRNA。可以確定的是，F(xiàn)SS 也增加內(nèi)皮細胞中 HO-1 的激活和表達，這些效應(yīng)依賴于 Nox 異構(gòu)體產(chǎn)生的 ROS。這表明 HO-1 和 PLGF 之間可能存在聯(lián)系。
因此，最新的研究假設(shè) FSS 對 PLGF 的影響是由 HO-1 介導的。為了研究 HO-1 在 FSS 介導的 PLGF 調(diào)控中的作用，在內(nèi)皮細胞/平滑肌細胞共培養(yǎng)模型和離體小鼠腸系膜小動脈中驗證了這一假設(shè)。相關(guān)研究成果發(fā)表在 Scientific Reports 題為《Fluid shear stress regulates placental growth factor expression via heme oxygenase 1 and iron》。
體外共培養(yǎng)模型說明：
(A) Transwell 插入式細胞培養(yǎng)小室被倒置并涂上凝膠，將 HCASMC 接種到底部。
(B) 孵育過夜后，將小室恢復到6孔板中過夜。
(C) 小室的頂部涂有明膠，接種 HCAEC 并孵育過夜。
(D) 在血清減少的培養(yǎng)基中進一步孵育過夜后，將細胞暴露于1.24 Pa的 FSS。
實驗結(jié)果
首先，將內(nèi)皮/平滑肌共培養(yǎng)物暴露于1.24 Pa 的 FSS 2h，分別在暴露0h、4h 和 10h 后立即采集樣本，測定實驗處理后模型中 HO-1 的相對 mRNA 水平。在內(nèi)皮細胞中，暴露于剪切應(yīng)力后立即顯著增加 HO-1 mRNA水平（靜態(tài)對照的 1.40 ± 0.08 倍），且在暴露 4h 后仍明顯增加（靜態(tài)的 1.54 ± 0.18 倍）。暴露 10h 后，HO-1 mRNA 與對照無顯著差異。
在平滑肌細胞中，HO-1 mRNA 在暴露于剪切應(yīng)力后 4h 后顯著增加（靜態(tài)的 1.29 ± 0.11 倍），并在暴露10h 后保持升高（靜態(tài)的 1.41 ± 0.13 倍）。
之前報道過，F(xiàn)SS 在共培養(yǎng)模型和灌注血管中都增加了 PLGF 表達。為了確定 HO-1 在 FSS 誘導的 PLGF 表達中的作用，采用鋅原卟啉 IX (ZPP) 抑制HO-1。ZPP (30 µM) 阻斷了 FSS 對 PLGF 的影響，甚至將 PLGF 蛋白降低到低于靜態(tài)對照水平。同樣，在灌注血管中，ZPP (30µM) 阻止了血流增加對 PLGF mRNA 的影響。
HO-1 活性導致產(chǎn)生一氧化碳(CO)，游離鐵和膽綠素。接下來測試了這些分子中是否有一個或多個可以在血管細胞共培養(yǎng)中上調(diào) PLGF 的表達。經(jīng) 100µM 膽綠素 (也是 HO-1 的負反饋抑制劑) 處理 24h 后，PLGF 蛋白顯著降低。
為了確定 CO 是否調(diào)節(jié) PLGF 表達，用 CO 釋放分子（CORM-A1，0-400 µM）處理共培養(yǎng)物 24h，CORM-A1 顯著降低了在 200 µM 和 400 µM下的 PLGF 分泌。
為了確定內(nèi)皮細胞與平滑肌細胞 HO-1 活性在介導 FSS 對 PLGF 表達方面的相對重要性，在共培養(yǎng)模型中，使用 siRNA 分別敲低各細胞類型的 HO-1。內(nèi)皮細胞中的 HO-1 敲低阻止了 FSS 誘導的 PLGF 表達。相比之下，平滑肌細胞中 HO-1 的敲低不影響 FSS 介導的 PLGF 增加。通過實時 PCR 確認了每種細胞類型的敲低。內(nèi)皮細胞中的 HO-1 敲低不影響共培養(yǎng)的平滑肌細胞中的 HO-1 mRNA，反之亦然。
實驗結(jié)論
總之，該研究證明了關(guān)鍵的動脈生成因子 PLGF 在響應(yīng) FSS 的生理刺激時受到 HO-1 的調(diào)控，這被認為是冠狀循環(huán)中側(cè)枝發(fā)育的重要信號。這項研究建立在對 HO-1 及其代謝物在血管重塑的基礎(chǔ)上，揭示了 HO-1 發(fā)揮動脈生成作用的一種新的可能機制。
參考文獻：Rashdan NA, Zhai B, Lovern PC. Fluid shear stress regulates placental growth factor expression via heme oxygenase 1 and iron. Sci Rep. 2021 Jul 21;11(1):14912. doi: 10.1038/s41598-021-94559-w. PMID: 34290391; PMCID: PMC8295300.
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