MicroRNA-199-5p在人内皮细胞凋亡中的作用及丹参素干预作用的分子机制

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目的:最新流行病学调查数据显示,我国心血管疾病的发病率趋势呈不断增高且年轻化,在这样严峻的高发病率、高死亡率的流行背景下,血管动脉粥样硬化(Arteriosclerosis,AS)是所有心血管疾病发病的病理学基础,发挥着核心作用。在AS的众多发病机制研究中,内皮细胞凋亡引发的血管损伤被认为是该疾病发展的早期关键步骤,并且几乎在任何动脉粥样硬化斑块中都可以发现凋亡的阳性内皮细胞,内皮细胞凋亡可能促进了粥样硬化斑块的形成,不利于斑块的稳定,导致斑块破裂所引发的急性冠脉综合征(acute coronary syndrome,ACS)的发生。目前对于引发和促进血管内皮细胞凋亡的机制研究仍显不足,有待进一步探讨。微小RNA(MicroRNA,miRNA)是一种短链的非编码RNA,可通过RNA干扰(RNAi)作用影响靶基因的表达。MicroRNA-199-5p(miR-199-5p)是目前研究最广泛的致癌性miRNA之一,通常在许多类型的细胞和组织中高水平表达。近年研究表明,miR-199-5p表达变化在多种疾病,在肿瘤、糖尿病、心血管等相关疾病中发挥了重要作用,参与细胞增殖和凋亡、炎症反应、血管新生内膜的形成等病理生理过程,但其在氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)诱导的动脉内皮细胞凋亡中的作用研究在国内外少有报道。植物丹参具有活血化瘀、镇静安神等功效,其主要药物活性成分丹参素具有保护心脏健康、抑制血栓形成、抗炎及保护血管等作用。但丹参素是否参与调节内皮细胞功能和对于内皮细胞凋亡方面的研究目前未见有研究报道。本研究采用ox-LDL诱导人脐静脉内皮细胞(HUVECs)建立凋亡模型和高脂饮食ApoE-/-小鼠建立AS模型,研究对脂代谢紊乱诱导的内皮细胞凋亡的发病机制,并进行丹参素的干预研究。方法:本实验分三部分1.MicroRNA-199-5p在ox-LDL诱导的人内皮细胞凋亡中的作用及机制研究。(1)建立细胞模型:50μg/m L和100μg/m L的ox-LDL刺激HUVECs细胞12 h、24 h、36 h、48 h后收集细胞,流式细胞术分析各组细胞凋亡率的变化,证实细胞凋亡模型成功建立。(2)检测转染miR-199-5p mimics后对各组细胞凋亡率的影响:实验分为4组:(1)阴性对照组:仅含10%胎牛血清的DMEM培养基;(2)模型组:对照组+ox-LDL(50μg/m L);(3)miR-NC+ox-LDL组:转染miR-NC+ox-LDL处理;(4)转染miR-199-5p:转染miR-199-5p mimics+ox-LDL处理。收集各组细胞处理样本,分析细胞凋亡率,线粒体染色检测细胞线粒体形态变化,Western blot检测miR-199-5p可能靶基因A激酶锚定蛋白1(A-kinase anchoring protein 1,AKAP1)的蛋白表达和线粒体分裂蛋白(p-Drp1/Drp1)、凋亡相关信号通路蛋白(JNK、ERK1/2)磷酸化的表达,Real time-quanlititive PCR(RT-q PCR)方法检测各组细胞miR-199-5p和AKAP1 m RNA的表达变化。双荧光免疫染色共定位分析AKAP1与p-Drp1的表达。(3)荧光素酶报告基因验证miR-199-5p与靶基因AKAP1的相互作用。细胞随机分为:p GL3组、p GL3/AKAP1-UTR组、p GL3/AKAP1-UTR+miR-NC组和p GL3/AKAP1-UTR+miRNA-mimics组以及相应结合位点的突变,检测荧光素酶的活性,确定miR-199-5p和AKAP1之间的靶向关系。2.丹参素对miR-199-5p及靶基因表达的影响。将培养的HUVECs分为3组:(1)阴性对照组:仅含10%胎牛血清的DMEM培养基。(2)模型组:对照组+终浓度为50μg/m L ox-LDL。(3)丹参素组:丹参素10μmol/L+模型组。24 h后流式检测细胞凋亡率。q PCR检测各组细胞中miR-199-5p和AKAP1m RNA的表达,Western blot分析各组细胞中蛋白的表达。3.丹参素对ApoE-/-小鼠动脉粥样硬化形成的影响。4-6周龄雄性WT C57BL/6J小鼠11只(正常对照组)与相同遗传学背景ApoE-/-小鼠22只(二甲基亚砜干预11只和丹参素干预11只,高脂喂养合并灌胃给药12周构建动脉粥样硬化模型)分为3组。HE染色观察血管形态,免疫组织化学染色观察组织细胞凋亡蛋白表达变化,q PCR检测各组动脉组织中miR-199-5p和AKAP1 m RNA的表达变化。结果:1.本实验确定以50μg/ml ox-LDL刺激人脐静脉内皮细胞HUVECs 24h作为凋亡模型进行实验,结果显示:(1)与对照组比较,在模型组中ox-LDL诱导内皮细胞凋亡率升高(P<0.05),miR-199-5P表达下调和AKAP1表达上调(P<0.05);与此同时,模型组中线粒体动力相关蛋白磷酸化修饰(p-Drp1)的表达相应增加(P<0.05),但是总蛋白Drp1表达变化不明显;ox-LDL处理后HUVECs中p-JNK/JNK和p-ERK1/2/ERK1/2表达显着升高,然而miR-199-5p mimic转染能够抑制这些蛋白的磷酸化水平(P<0.05)。(2)miR-199-5p mimics瞬时转染HUVECs细胞,ox-LDL处理:与miR-NC组相比较,转染miR-199-5p mimics后细胞miR-199-5p表达显著上调(P<0.05),凋亡率和AKAP1表达均明显降低(P<0.05),p-Drp1表达同样显著降低(P<0.05),细胞凋亡相关信号通路磷酸化p-ERK1/2的表达同样降低(P<0.05),而总ERK和JNK蛋白表达无差异(P>0.05)。(3)细胞线粒体形态染色检测结果显示,ox-LDL处理促进内皮细胞中线粒体分裂形态改变,而miR-199-5p mimics转染能够抑制ox-LDL诱导的线粒体分裂。(4)报告基因实验结果证实,miR-199-5p与AKAP1的3’UTR相互作用。2.在ox-LDL诱导的HUVECs凋亡模型中,给予丹参素干预后,与模型组比较,内皮细胞凋亡率明显降低(P<0.05),miR-199-5p表达上调而AKAP1表达则显著下调(均P<0.05),p-Drp1表达也同样降低(P<0.05),伴随凋亡信号蛋白p-ERK1/2表达降低(P<0.05),而总ERK和JNK蛋白表达无差异(P>0.05)。3.建立AS模型,模型建立后血脂水平明显上升,丹参素干预组较模型组血脂水平无显著差异(P>0.05);HE染色显示:正常对照组主动脉内膜光滑,无斑块;模型组发现明显的主动脉斑块,而丹参素干预相对减小斑块面积;免疫组化结果显示:与对照组相比,模型组小鼠动脉中可见大量的AKAP1阳性表达细胞,尤其是斑块中最为明显;与模型组相比,丹参素干预后斑块位置亦可见部分AKAP1阳性染色细胞,但数量明显减少。与此同时,丹参素干预能够显著抑制高脂饮食诱导的miRNA-199表达下调,减少AKAP1 m RNA的表达(均P<0.05);与模型组相比,丹参素组miR-199-5p表达上调(P<0.05),AKAP1 m RNA表达降低(P<0.05)。结论:AKAP1是miR-199-5p的靶基因;miR-199-5p可能通过其靶基因AKAP1,进而影响p-Drp1和p-ERK1/2的磷酸化,进而发挥抗内皮细胞凋亡的作用;丹参素可能通过上调miR-199-5p的表达,进而抑制AKAP1表达,以及促进p-Drp1和p-ERK1/2磷酸化,发挥抗内皮细胞凋亡作用,同时其也可以逆转AS形成。
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