通过JNK/AP-1信号通路调节低强度剪切力诱导的主动脉内皮细胞凋亡

腹主动脉瘤（AAA）的发病率近年来一直在上升。AAA是主动脉的病理性扩张，有潜在的破裂风险，可能受到遗传、环境、饮食、吸烟状况、生物力学和血流动力学等多种因素的影响。

血管壁不断受到各种剪切应力，内皮细胞充当将血液与血管壁分开的屏障。因此，血管内皮细胞可能与健康或易患病表型的发育有关。先前的证据表明，血管壁可能受到局部血流动力学因素（如机械应力变化）的损害，这也是发生AAA的原因之一。然而，机械应力在AAA发病机制中的具体分子调控机制仍有待探索。

内质网应激（ERS）反应是未折叠或错误折叠蛋白质积聚的结果，也称为未折叠蛋白反应（UPR）。ER应激在干扰正常细胞生理功能方面起作用，其中AAA的发病机制已被证明。已有研究报道，ERS介导的JNK/AP-1（c-Jun 氨基末端蛋白激酶/激活蛋白-1）通路可促进炎症因子的表达，如Toll样受体-4（TLR-4）、白细胞介素-1 β（IL-1β）、IL-6和MCP-1。此外，JNK抑制剂损害了动物模型中的AAA消退。

MiR-137 是一种位于染色体 1p21.3 上的非蛋白编码 RNA，在中枢神经系统中广泛表达。在最近的一项研究中，发现miR-137在H2O2-处理的心肌细胞中显著上调，通过靶向CDC42参与调节心肌细胞ERS，从而抑制心肌细胞凋亡。

基于此，云南省第二人民医院血管外科、第三人民医院药剂科研究团队的一项实验曾探讨了miR-137在剪切应力诱导的人主动脉内皮细胞（HAECs）中的表达及其在HAECs的ER应激和细胞凋亡中的潜在调控机制。研究结果为AAA的发病机制提供了进一步的思路，为AAA的诊断和临床治疗提供了可能的分子靶点和理论依据。

剪切应力对HAECs表面和内部形态的影响

不同强度的剪切应力响应细胞形态的变化如图1 A所示。在低强度剪切应力（0-5 dyn/cm²）下，细胞形状逐渐由纺锤形变为圆形，细胞增殖减慢。随着时间的流逝，细胞形状逐渐变得不完整，并出现明显的收缩。值得注意的是，在暴露于5 dyn/cm²下时观察到细胞碎片增加。然而，当HAECs暴露于10或15 dyn/cm²时，细胞凋亡逐渐减弱。

观察细胞的内部形态如图1 B所示。当没有剪切应力时，核周区、线粒体和内质网均具有正常的形态结构。暴露于逐渐增加的剪切应力后，细胞中逐渐出现核周空间和内质网肿胀以及剥落的内质网。当剪切应力超过 5 dyn/cm² 时，这种趋势逐渐减弱。

低强度剪切应力促进 HAECs 中的氧化应激反应和细胞凋亡

接下来，实验测量了不同水平的剪切应力对氧化应激反应和细胞凋亡的影响。当细胞暴露于1 dyn/cm²、2 dyn/cm²和5 dyn/cm²剪切应力时，NOX2、P22phox、NOX4、NRF2 的蛋白质水平显著增加。此外，TUNEL阳性细胞的数量随着剪切应力的增加而增加，在5 dyn/cm²的细胞中观察到阳性细胞的峰值。实验还检测了与细胞凋亡相关的分子的蛋白质水平，结果显示Bax、Bak和Caspase-3的蛋白质水平依赖于剪切应力强度的增加。此外，在暴露于1 dyn/cm²、2 dyn/cm²和5 dyn/cm²剪切应力时，细胞中Bcl-1蛋白的表达水平的剪切应力强度依赖性降低。

低强度剪切应力上调 miR-137 表达，miR-137 直接靶向 HAECs 中的 SDS22

为了证实miR-137可能参与低强度剪切应力引起的氧化应激反应和HAECs中的细胞凋亡，实验评估了miR-137在暴露于0-5 dyn/cm²剪切应力的HAECs中的表达，发现miR-137随着剪切应力的增加而逐渐上调（图2 a）。基于生物信息学软件TargetScan，研究将SDS22确定为miR-137的候选靶基因（图2 b）。为了验证这一点，进行了双荧光素酶报告基因测定，结果表明，与共转染 SDS22-MUT 的细胞相比，共转染 SDS22-WT 时miR-137 模拟物显著降低了HAECs中的荧光素酶活性，而miR-137抑制剂具有相反的结果（图2 c）。这些发现支持SDS22是miR-137的直接靶点。此外，随着剪切应力的逐渐增加，HAECs 中 SDS22 的mRNA 和蛋白表达水平也逐渐降低（图2 d、e）。

图2 低强度剪切应力上调miR-137表达，直接靶向HAECs中SDS22的3′-非翻译区（3′-UTR）。

miR-137的沉默逆转了剪切应力诱导的JNK/AP-1信号的激活

接下来探索了与miR-137在调控剪切应力诱导的HAECs细胞凋亡中相关的潜在分子通路。研究发现，抑制SDS22表达可增加p-JNK水平。根据这些观察结果，研究人员怀疑miR-137可以通过靶向SDS22激活JNK/AP-1信号通路。

使用蛋白质印迹法检测JNK/AP-1信号通路中涉及的基因的表达水平，包括p-JNK、JNK、p-c-Jun、c-Jun、p-c-Fos和c-Fos。如图3 a所示，p-JNK、p-c-Jun和p-c-Fos的蛋白质水平以剪切应力强度依赖性方式增加，表明暴露于剪切应力的HAECs中JNK / AP-1信号的激活。

接下来，敲低了 HAECs 中的 miR-137 表达，并研究了 miR-137 沉默对剪切应力诱导的 JNK/AP-1 信号激活的影响。图3 b显示miR-137敲低后miR-137表达水平显著降低，证实了miR-137的成功敲低。蛋白质印迹分析显示，与剪切应力组相比，当miR-137被敲低时，p-JNK、p-c-Jun和p-c-Fos的相对蛋白表达受到显著抑制（图3 c）。这些观察结果表明，miR-137可能是控制低强度剪切应力下JNK/AP-1信号激活的重要调节因子。

miR-137的沉默减弱了剪切应力诱导的氧化应激反应和细胞凋亡

最后，研究了miR-137敲低对剪切应力诱导的氧化应激反应和细胞凋亡的影响。在TEM观察下，在暴露于剪切应力的细胞中观察到严重肿胀的核周区域、线粒体和内质网，然而，与对照细胞相比，当miR-137沉默时，线粒体和内质网仅发现轻微肿胀变化。TUNEL染色结果显示，与剪切应力组相比，转染miR-137抑制剂的细胞凋亡也显著改善。与对照相比，剪切应力显著上调了氧化应激相关基因的表达水平，包括NOX2、p22phox、NOX4和NRF2。此外，miR-137抑制剂在不同程度上降低了这些基因的上调水平。与对照组相比，剪切应力显著降低了Bcl-2的表达水平，上调了Bak、Bax和半胱天冬酶-3的表达水平。值得注意的是，miR-137抑制剂在一定程度上逆转了剪切应力诱导的Bcl-2、Bak、Bax和Caspase-3的调控异常。这些发现表明，miR-137敲低可以有效地逆转剪切应力引起的氧化应激反应和细胞凋亡。

MiR-137通过JNK/AP-1信号通路调控低强度剪切应力诱导的人主动脉内皮细胞内质网应激和细胞凋亡。

总之，该研究证明了miR-137在剪切应力刺激的HAECs中的潜在调节作用，可以通过靶向SDS22调控JNK/AP-1信号通路来促进细胞氧化应激反应和细胞凋亡。研究提供了证据支持miR-137在介导剪切应力急性反应中的关键作用，这可能为AAA的分子诊断和靶向治疗提供新的生物标志物。

参考文献：Li GJ, Yang QH, Yang GK, Wan J, Du LJ, Li ZX, Sun Y. MiR-137 regulates low-intensity shear stress-induced human aortic endothelial cell apoptosis via JNK/AP-1 signaling. J Physiol Biochem. 2021 Aug;77(3):451-460. doi: 10.1007/s13105-021-00812-1. Epub 2021 Apr 24. PMID: 33893994.
原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33893994/

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