SCAP对血管平滑肌细胞NLRP3炎性体的调控及其在动脉粥样硬化发生中的作用研究

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目的:动脉粥样硬化(Atherosclerosis,As)是多基因遗传与环境相互作用的危害人体健康的疾病,由As发展而来的心血管疾病是导致死亡的一个重要原因。关于As的发生机制,目前已经有多种不同的学说,包括:脂质沉积学说,炎症学说,平滑肌单克隆学说,血栓形成学说和损伤反应学说。但是它们并不是单独起作用的,各个学说之间相互作用,进而影响As的进展。在最近的30多年内,虽然关于As的临床和基础研究日益增多,并且取得了许多重要的成果,但是进一步研究As的发生机制,对于寻找有效的治疗靶点仍然有着重要的价值。固醇调节元件结合蛋白(SREBP)裂解激活蛋白(SCAP)是一种胆固醇敏感器,主要参与调控细胞内的胆固醇稳态。已知内皮细胞SREBP2高表达能够促进As,但是关于血管平滑肌细胞(VSMCs)SCAP在As中的研究及机制较少。最近的研究显示,SCAP与炎症信号通路之间存在“交互作用”,并促进了As的进展。然而,关于SCAP在VSMCs中是否能够促进血管中膜的炎症并加速As,目前尚无相关报告。因此,本研究将主要探讨固醇耐受SCAP(D443N点突变)在血管中膜炎症和As中的具体作用及其相关机制,为As的预防和治疗提供新的干预靶点。方法:第一部分:首先,采用微注射法在SCAP甾醇敏感区制备激活D443N点突变的基因敲入As小鼠模型(SCAPD443N)。其次,我们采用加热裂解法提取鼠尾DNA,用于验证小鼠的基因型。最后,为了验证SCAPD443N小鼠是否构建成功,我们进一步采用q RT-PCR、蛋白印迹、免疫组化和免疫荧光检测SCAP的表达。第二部分:(1)选取SCAPD443N/ApoE-/-小鼠和ApoE-/-小鼠各10只,在高脂饲料喂养24周后,分离血清、主动脉和心脏。采用Elisa检测各组小鼠血清中的脂质水平;HE染色检测As斑块的面积;油红O染色检测As斑块中的脂质蓄积;masson染色和天狼猩红染色检测斑块中胶原纤维含量;q RT-PCR检测主动脉炎症因子、趋化因子和粘附分子的m RNA水平;采用免疫组化检测As斑块中TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-18和CD68的表达情况;采用免疫荧光检测NLRP3或者SCAP在As斑块中的共定位。(2)采用SCAP过表达慢病毒转染人血管平滑肌细胞(VSMCs),构建SCAP过表达VSMCs。蛋白印迹检测SCAP过表达VSMCs中NLRP3、Procaspase-1、Cleaved caspase-1、IL-1β和IL-18的蛋白表达;Elisa检测SCAP过表达VSMCs上清培养液中IL-1β和IL-18的浓度;免疫共沉淀检测NLRP3和SCAP在VSMCs中的相互作用;采用免疫荧光检测NLRP3或者SCAP在高尔基体上的定位。SCAP抑制剂石蒜碱预孵育SCAP过表达VSMCs,观察石蒜碱能否抑制VSMCs中NLRP3炎性体的活化。再进一步通过蛋白印迹检测VSMCs中NLRP3、Procaspase-1、Cleaved caspase-1、IL-1β和IL-18的蛋白表达;采用Elisa检测SCAP过表达VSMCs上清培养液中IL-1β和IL-18的浓度;采用免疫荧光检测石蒜碱对NLRP3或者SCAP在VSMCs高尔基体上共定位的影响。第三部分:(1)采用SCAPD443N小鼠和野生型(SCAP+/+)小鼠作为动物模型,在经过12或24周高脂饮食后,取小鼠主动脉瓣进行油红O染色和免疫组化染色。根据油红O染色结果,分析12或24周高脂饮食对脂质蓄积和As的影响。采用Elisa检测各组小鼠血清中的脂质水平;采用q RT-PCR检测SCAP+/+和SCAPD443N小鼠主动脉中炎症因子、趋化因子和粘附分子的m RNA表达;蛋白印迹检测主动脉中NLRP3的含量。(2)采用免疫组化检测SCAPD443N小鼠主动脉瓣内皮细胞中VCAM-1和ICAM-1的表达;SCAP过表达VSMCs条件培养基(SCAP CM)孵育内皮细胞后,流式细胞术检测内皮细胞的凋亡;采用免疫荧光、q RT-PCR和蛋白印迹检测SCAP CM对内皮细胞中VCAM-1和ICAM-1表达的影响。(3)石蒜碱预孵育SCAP过表达VSMCs后,收集上清液用于孵育内皮细胞,然后采用流式细胞术检测内皮细胞的凋亡,免疫荧光染色和蛋白印迹观察内皮细胞中VCAM-1和ICAM-1的表达。结果:第一部分:我们采用q RT-PCR检测了SCAP在主动脉、肝脏和肾脏中的表达。q RT-PCR结果表明,SCAPD443N小鼠主动脉中SCAP m RNA的表达明显升高。此外,我们还发现在SCAPD443N小鼠主动脉中SCAP的下游信号分子,如HMGCo AR和LDLr m RNA的表达同样显著升高。然后,免疫组化和蛋白印迹均显示SCAP在主动脉表达显著增加,但在肾脏和肝脏中的表达没有明显差别。最后,免疫荧光检测SCAP和α-SMA的共定位,结果显示SCAP在主动脉中膜VSMCs中的表达显著增加。第二部分:(1)ApoE-/-和SCAPD443N/ApoE-/-小鼠在经过12周高脂饮食后,与ApoE-/-小鼠相比,SCAPD443N/ApoE-/-小鼠的As斑块面积明显增大。天狼猩红和masson染色结果表明,和ApoE-/-小鼠相比,SCAPD443N/ApoE-/-小鼠的As斑块内胶原含量明显增加。然而,SCAPD443N/ApoE-/-小鼠和ApoE-/-小鼠血清中TC、TG、LDL-C和HDL-C水平无明显差异。值得注意的是,和ApoE-/-小鼠相比,SCAPD443N/ApoE-/-小鼠主动脉中炎症因子(IL-1β,IL-6,IL-18和TNF-α)和趋化因子(MCP-1,MIP-1α,MIP-1β和CX3CL1)m RNA的表达同样显著增加。免疫组化结果显示SCAPD443N/ApoE-/-小鼠主动脉的炎症因子(IL-1β,IL-6,IL-18和TNF-α)表达增加。SCAP还明显增加了ApoE-/-小鼠As病变中巨噬细胞的浸润。此外,免疫荧光检测显示在SCAPD443N/ApoE-/-小鼠的As斑块中,NLRP3和SCAP的共定位显著增加。(2)SCAP过表达显著增加了NLRP3,Procaspase-1,Cleaved caspase-1,IL-1β和IL-18的蛋白表达。此外,Elisa检测VSMCs细胞培养上清液中的炎症因子,发现SCAP显著促进了IL-18和IL-1β的释放。免疫共沉淀分析显示,在VSMCs中,NLRP3与SCAP之间存在相互作用,并且在SCAP过表达后,这种结合进一步增加。此外,免疫荧光显示SCAP过表达显著增加了VSMCs中SCAP或NLRP3与高尔基体的共定位。石蒜碱抑制SCAP后,NLRP3的表达,caspase-1活化和炎症因子的释放均显著降低。免疫荧光结果显示,石蒜碱可显著抑制VSMCs中SCAP或NLRP3向高尔基体转位。第三部分:(1)在经过12周或24周的高脂饮食后,无论是高脂饮食12周还是24周,SCAPD443N小鼠主动脉根部的脂质蓄积均显著增多。然而,在高脂饲料喂养12或24周后,与对照组小鼠相比,SCAPD443N小鼠血清中TC、TG、LDL和HDL水平都没有明显差异。q RT-PCR结果表明,无论是高脂饮食12周还是24周,SCAP过表达均显著增加了SCAPD443N主动脉中炎症因子(TNF-α,IL-1β,IL-6和IL-18),趋化因子(MCP-1,MIP-1α,MIP-1β和CX3CL1),和粘附分子(ICAM-1和VCAM-1)m RNA的表达。此外,蛋白印迹结果也显示,SCAPD443N小鼠主动脉中NLRP3的表达显著增加。这些结果表明,SCAP过表达促进了脂质沉积、主动脉炎症和NLRP3的表达。(2)与对照组小鼠相比,在经过24周高脂饮食处理后,SCAPD443N小鼠主动脉中的ICAM-1和VCAM-1明显升高。流式细胞术分析表明,与对照组相比,在经过SCAP CM和LDL处理之后,内皮细胞的凋亡显著增加。同样,免疫荧光、q RT-PCR和蛋白印迹结果表明,在经过SCAP CM和LDL孵育之后,内皮细胞中ICAM-1和VCAM-1的表达明显增加。(3)流式细胞术分析结果表明,石蒜碱改善了SCAP CM诱导的内皮细胞凋亡。此外,免疫荧光结果和蛋白印迹同样也显示石蒜碱降低了内皮细胞中ICAM-1和VCAM-1的表达。结论:本研究阐明了平滑肌细胞中SCAP(D443N)过表达可以通过上调NLRP3炎性体的活化,导致小鼠主动脉中膜的局部炎症和As的发生。在高胆固醇血症的情况下,SCAP诱发的平滑肌细胞炎症可以诱导血管壁内皮细胞的功能障碍,从而促进As病变的进展。这些结果表明,动脉中膜平滑肌细胞的炎症也可以引起动脉粥样斑块的发生发展,这为As的治疗提供了重要的理论依据和潜在干预靶点。
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