中性粒细胞细胞外捕获网在高血压发生中作用与机制的研究

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fengyaoying
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目的:原发性高血压是重大公共卫生问题。高血压病因复杂,是遗传因素与环境因素相互作用的结果。原发性高血压的发病机制仍不完全清楚。有研究证明炎症与高血压的发生、发展关系密切,但是炎症引起高血压的机制仍不完全清楚。慢性、低度炎症多见于非感染性疾病。其病变特征与急性炎症完全不同。急性炎症通常由外源因素(如病原微生物)引起。相反,轻度炎症通常由组织损伤引起的内源性物质诱发,可以长时间持续存在,造成组织损伤、纤维化,导致不可逆的器官功能障碍。中性粒细胞是炎症防御系统的第一道屏障。中性粒细胞被募集到炎症部位,清除有害物质。中性粒细胞还能通过一种特殊的死亡形式,形成中性粒细胞细胞外捕获网(Neutrophil extracellular traps,NETs),继续捕获和杀死微生物,防止感染扩散。NETs是中性粒细胞染色质游离于细胞外,形成染色质网,其中嵌入多种蛋白,如瓜氨酸化的组蛋白H3(citrullinated Histone H3,cit Histone H3),髓过氧化物酶(Myeloperoxidase,MPO)等。NETs的形成和存在是一种慢性的、低度的炎症反应。有研究结果表明在人类血管组织中检测到NETs,其存在与血管壁病变(如动脉粥样硬化)有关。有研究发现,NETs能够通过促进血管生成参与肺动脉高压的形成。NETs形成的相关蛋白,例如肽基精氨酸脱亚胺酶4(Peptidyl arginine deiminase4,PAD4)蛋白,能够引起血管纤维化。血管纤维化是血管重构的病理改变之一。血管重构是高血压发生、发展的基本病理过程之一。上述研究结果提示动脉中NETs的形成与高血压发生密切相关。关于动脉中NETs形成在高血压发生中作用的研究尚未见报道。我们推测动脉中NETs形成参与高血压的发生。NETs可能成为预防、治疗高血压的药物靶点。本研究旨在探讨动脉中NETs形成在高血压发生中的作用与机制。研究方法:首先,检测自发高血压大鼠(Spontaneously Hypertension Rat,SHR)和魏凯二氏大鼠(Wistar Kyoto Rat,WKY)大鼠肠系膜上动脉组织中NETs的形成。然后,尾静脉注射聚甲基丙烯酸(Polymethacrylic Acid,PMA)诱导小鼠动脉中NETs形成,检测NETs形成及对小鼠血压的影响。然后,体外提取大鼠外周血中的中性粒细胞。PMA诱导中性粒细胞形成NETs。NETs添加到大鼠血管平滑肌细胞(Vascular smooth muscle cells,VSMCs)培养基中(VSMCs-NETs),检测NETs对VSMCs增殖、细胞周期和细胞凋亡等生物学行为的影响。利用Label-free质谱技术检测VSMCs-NETs与VSMCs蛋白质组学,通过差异蛋白分析、GO及GO富集分析、Pathway富集分析及HUB蛋白分析,筛选NETs引起VSMCs中激活的信号通路及功能蛋白,并利用Western Blot方法进行验证。利用sh RNA敲减VSMCs中功能蛋白的表达,检测VSMCs增殖能力的变化。在敲减功能蛋白的表达的基础上,再给予NETs处理,观察VSMCs增殖能力的变化。之后,差速离心法分别提取VSMCs-NETs及VSMCs的外泌体(Exosome),比较两种外泌体对VSMCs增殖、细胞周期和细胞凋亡等生物学行为的影响,并利用Western-blot检测VSMCs-NETs的外泌体及VSMCs的外泌体中功能蛋白表达的差异。利用sh RNA敲减VSMCs中功能蛋白的表达,转染假干扰质粒作为阴性对照(Negative control,NC)。分别提取敲减组及NC组VSMCs的外泌体,检测功能蛋白在外泌体中表达的差异。最后,比较敲减组及NC组VSMCs的外泌体对VSMCs增殖的影响。最后,利用Westren Blot检测功能蛋白在尾静脉注射PMA诱导NETs形成的小鼠动脉和血清中的表达。数据以均值±标准误表示,采用SPSS22.0软件对实验数据进行t检验或单因素方差分析,以p值表示统计差异,p<0.05认为差异具有统计学意义。结果:20周时,SHR大鼠的血压高于WKY大鼠。在SHR大鼠的肠系膜上动脉组织中,cit Histone H3的表达明显高于WKY大鼠的肠系膜上动脉组织。与尾静脉注射生理盐水的小鼠相比,尾静脉注射PMA的小鼠肠系膜上动脉中NETs标志物cit Histone H3和MPO表达上调,说明NETs形成增多,同时伴随小鼠血压增高。与VSMCs相比,VSMCs-NETs的增殖加快。VSMCs-NETs的G0-G1期细胞比例减少,S细胞比例增加,NETs推动VSMCs G1/S期的转换。VSMCs-NETs与VSMCs的凋亡没有明显差异。Label-free质谱检测结果显示VSMCs-NETs及VSMCs之间有141个差异蛋白,其中共有差异蛋白43个,25个蛋白在VSMCs-NETs中表达上调,18个在VSMCs-NETs中表达下调。特有蛋白98个,其中44个蛋白特有表达于VSMCs-NETs,54个蛋白特有表达于VSMCs。CDKN1b是G1/S期检查点的细胞周期依赖激酶抑制因子(Cyclin Dependent Kinase Inhibitor,CKI),在VSMCs中表达,在VSMCs-NETs中没有检测到CDKN1b的表达。差异蛋白的GO注释及GO富集分析结果显示细胞生长是差异蛋白的功能之一。Pathway富集分析的结果显示PI3K-Akt通路是差异蛋白的相关通路之一。HUB蛋白分析共有差异蛋白中VSMCs-NETs上调表达的蛋白及VSMCs-NETs特有蛋白,结果显示拓扑异构酶Ⅱα(TopoisomeraseⅡα,TOP2a)是具有最多互作蛋白的差异蛋白,并且胸苷激酶(Thymidine kinase1,TK1)是TOP2a的互作蛋白。Western Blot结果显示,与VSMCs相比,在VSMCs-NETs中,CDKN1b表达下调,TOP2a、TK1、p-Akt表达上调。敲减VSMCs中TK1的表达,VSMCs增殖减慢,并且阻断NETs的促增殖作用。透射电镜显示VSMCs的外泌体呈现膜包裹的囊泡形态;马尔文粒径分析显示外泌体直径范围为30-200nm,western Blot检测外泌体表达外泌体标志物CD9和Alix。VSMCs外泌体表现出促进VSMCs增殖的作用,而VSMCs-NETs外泌体的促增殖作用更强。同时,VSMCs外泌体诱导VSMCs的G1期细胞比例减少,S期比例增加。而与VSMCs外泌体处理的VSMCs相比,VSMCs-NETs外泌体诱导VSMCs的G1期细胞比例减少,S期比例增加。VSMCs外泌体及VSMCs-NETs外泌体均不影响VSMCs的凋亡。与VSMCs外泌体相比,VSMCs-NETs外泌体中TK1表达上调。与VSMCs-sh NC相比,转染TK1敲减质粒的VSMCs的外泌体中TK1表达下调。同时,VSMCs-sh TK1外泌体的促进VSMCs增殖作用减弱。最后,在尾静脉注射PMA的小鼠的肠系膜上动脉组织及血清中,TK1的表达上调。结论:这些结果表明,NETs通过激活PI3K-Akt下调CDKN1b,使TK1表达上调,进而推动G1/S期转换,促进VSMCs增殖。NETs通过VSMCs外泌体中TK1,向其它VSMCs传递促增殖信号。动脉壁中形成的NETs通过上述机制引起VSMCs增殖,参与高血压的发生。
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