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血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)异常增殖与心血管疾病发生和发展过程密切相关。在高血压等心血管疾病中,由于血流脉动而产生的周期性张应变(cyclic strain)异常增高是诱导 VSMCs异常增殖的重要因素。周期性张应变可激活 VSMCs表面的多种力学感受器,机械刺激信号被转化为生物学信号传导进细胞内,激活不同信号通路,调控基因表达,影响细胞功能。但其力学生物学机制尚未完全阐明。 在血管力学生物学领域,较多的研究关注蛋白编码基因(protein-coding genes)以及短链非编码RNA(如miRNA等),而忽略了长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)在应力信号转导和血管重建中的作用。本研究旨在通过高通量基因芯片技术筛选与VSMCs增殖活性变化相关的lncRNA分子,在静态以及病理性高张应变条件下干扰lncRNA表达,从功能缺失角度(loss of function)明确lncRNA对VSMCs增殖活性变化的影响,并探讨该过程中可能的分子信号机制。 首先,本文应用高通量基因芯片构建自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rats,SHR)和正常血压对照大鼠(wistar kyoto rats,WKY)lncRNA和mRNA差异表达谱,结合芯片差异表达倍数、长度特征和lncRNA-mRNA共表达网络(coding-non-coding co-expression network,CNC网络),经生物信息学聚类分析及IPA(ingenuity pathway analysis)软件分析筛选出lncRNA XR007793和可能的共表达分子,包括信号转导与转录激活因子2(signal transducer and activator of transcription2,Stat2),细胞分裂周期相关基因8(cell division cycle associated8,Cdca8),LIM同源蛋白2(LIM domain only2,lmo2),干扰素调节因子7(interferon regulatory factor7,Irf7)。其次,我们在静态条件下干扰XR007793表达,观察VSMCs增殖活性及Stat2、Cdca8、lmo2、Irf7的表达变化。之后,应用体外周期性张应变加载系统Flexcell-4000对VSMCs施加不同幅度的张应变刺激。本研究中,5%牵拉幅度代表生理条件下VSMCs所受张应变刺激,15%牵拉幅度代表高血压病理条件下 VSMCs所受张应变刺激,探讨病理性高张应变对VSMCs增殖活性和XR007793表达变化的影响,并结合RNA干扰实验,进一步探讨XR007793在病理性高张应变调控 VSMCs增殖中的作用,并对XR007793可能影响的下游信号分子进行了研究。 芯片结果显示,同WKY相比,SHR中共有235个差异表达lncRNA,其中68个lncRNA上调,167个lncRNA下调。SHR中有527个差异表达mRNA,其中255个 mRNA上调,272个mRNA下调。经生物信息学聚类分析和IPA软件分析,我们选取差异表达lncRNA XR007793作为后续研究分子。体外检测结果显示,静态条件下干扰XR007793,VSMCs增殖水平显著下降。同时,我们还发现Stat2、Lmo2、Irf7的mRNA表达水平均发生显著下调,利用Western blot检测STAT2蛋白表达变化发现干扰XR007793能显著下调STAT2的表达水平,提示其可能参与了静态条件下 XR007793调控的VSMCs增殖活性变化过程。在病理性高张应变条件下,我们发现,VSMCs增殖活性显著上升,XR007793的表达水平也发生显著变化。相较5%生理性张应变,VSMCs受到病理性高张应变刺激3 h,6 h后,XR007793表达水平显著上升,12 h无显著性变化,24 h显著下降,表明XR007793受周期性张应变调控,提示其在高周期性张应变诱导的VSMCs增殖活性变化中可能发挥重要作用。在病理性高张应变条件下干扰XR007793,VSMCs增殖水平显著上升,Cdca8的mRNA表达水平显著上调,表明XR007793可能通过Cdca8参与了病理性高张应变调控的VSMCs增殖活性变化过程。 综上所述,自发性高血压大鼠与对照正常血压大鼠胸主动脉VSMCs中lncRNA和 mRNA表达谱存在差异。生物信息学分析提示的差异表达 lncRNA XR007793与 VSMCs增殖活性变化密切相关,其在静态条件下可能通过调控Stat2、Lmo2、Irf7的表达参与VSMCs增殖活性变化过程,在高张应变条件下可能通过调控Cdca8的表达诱导VSMCs增殖活性变化。以上研究结果揭示了lncRNA在应力信号转导网络中的重要作用,丰富了高血压条件下血管重建的力学生物学机制研究,并为寻找新的高血压药物治疗靶标提供了思路。