青蒿素抑制血管平滑肌细胞表型转化改善AS的分子机制研究

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目的:动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS)作为冠状动脉疾病、缺血性脑卒中和周围血管性疾病的主要病理过程,已成为导致世界人口死亡的主要原因。尽管目前的治疗药物在降低血压和血脂方面取得了很大进展,但因AS复杂的病理过程使得现有的临床干预方法对于AS疾病的治疗仍显不足,AS导致的疾病仍给社会带来巨大的健康和经济负担。许多不同类型的细胞参与AS病理过程,并在AS过程中发生功能障碍。最近应用细胞谱系示踪技术和新兴单细胞测序基因工程技术对AS病变血管的细胞进行无偏识别和示踪,发现AS斑块中40%-70%的细胞起源于VSMCs,VSMCs去分化发生表型转化,VSMCs是AS病变各个阶段主要参与的细胞类型。从AS发生过程中的细胞分子生物学机制入手,探索干预AS病理过程的药物靶点,对寻求治疗AS的有效药物具有重要的意义。近年来青蒿素(Artemisinin,ART)的非抗疟作用得到越来越多研究者的关注,在ART抗疟的临床治疗中发现其对自身免疫性疾病具有缓解作用,引起人们对ART在炎症性疾病中的作用和机制的探索,其中ART对AS疾病的药物治疗作用及其中的机制研究报道尚少。近几年随着高通量测序技术的迅速发展,使人们可以获得组织中全部基因分子表达信息,为研究药物对疾病干预的作用和潜在靶点提供更全面完整的信息,为深入探索药物作用奠定了基础。环状RNA(Circular RNA,circ RNA)为一类新发现的非编码RNA,其不具有5’末端帽子和3’末端poly(A)尾但却以共价键形成闭合的环形结构。目前研究发现circ RNA的表达具有较强的组织特异性及稳定性,并可在某些疾病或不同病程阶段特异性表达,因此成为近年来探究疾病诊治的分子生物标志物和疾病治疗靶点的研究热点。circ RNA在细胞生长、发育和分化过程中发挥着多种重要的生物学作用,但circ RNA在心血管疾病中的表达谱和生物学功能研究甚少,其作用仍待探索。本研究旨在探索青蒿素对动脉粥样硬化疾病的药物作用,并通过高通量测序技术结合生物信息学分析,研究青蒿素发挥抗动脉粥样硬化作用的药理机制和靶点,探索circ RNA在动脉粥样硬化血管中的表达谱及在血管平滑肌中的作用功能,为拓展青蒿素类药物临床新适应症提供基础实验数据。研究方法:本研究选择雄性8周龄Apo E-/-小鼠构建动脉粥样硬化模型小鼠,分别给予50mg/kg/d和100mg/kg/d两种不同剂量青蒿素进行干预,通过油红O染色、HE染色等实验方法评估动脉粥样硬化病变的面积大小。利用转录组测序技术(RNA-Seq)检测ART干预后小鼠主动脉转录组基因的表达谱,并结合生物信息学方法分析差异表达的基因及其功能富集的通路。通过进一步扩大样本量,利用q RT-PCR和western blot实验方法,分别在转录和翻译水平验证生信分析结果中差异基因功能富集显著变化的通路(血管平滑肌细胞收缩功能通路)的相关m RNA和蛋白在不同处理组小鼠主动脉组织中的表达情况。在小鼠主动脉血管平滑肌细胞系(MOVAS)中,用血小板源生长因子BB(PDGF-BB)诱导MOVAS增殖、迁移和去分化,构建VSMCs细胞表型转化体外细胞模型,干预组给予青蒿素提前预处理2h,采用细胞划痕、transwell和CCK8实验方法检测各组MOVAS细胞增殖和迁移能力,并应用western blot实验检测不同处理组MOVAS细胞收缩表型标志蛋白表达情况。根据小鼠主动脉RNA-Seq测序结果中的环状RNA表达谱,通过生物信息学分析筛选差异表达circ RNA,并对不同处理组小鼠主动脉组织样本,利用q RT-PCR筛选验证差异表达的circ RNA。通过FISH原位杂交和核浆分离RNA方法明确差异表达的circ RNA在血管平滑肌细胞中的亚细胞定位。使用慢病毒转染的方法在MOVAS细胞中构建mmucirc0000231过表达和敲减的稳转细胞株,探索mmucirc0000231对平滑肌细胞增殖能力的影响。并通过生物信息学分析方法,预测可能与其靶向结合的mi RNA构建网络分析,利用双荧光素酶报告基因实验证明mmucirc0000231与mi R-125b-5p的结合情况及两者的结合位点。在用慢病毒转染构建的mmucirc0000231敲减的MOVAS细胞株中,转染mi R-125b-5p的inhibitor试剂,用CCK-8检测不同处理组血管平滑肌细胞增殖能力。在过表达mmucirc0000231的稳转细胞株中加入青蒿素干预,用CCK8检测各处理组血管平滑肌细胞增殖能力。结果:青蒿素干预组小鼠主动脉斑块病变面积减小(AS组0.19±0.02 mm2;ART-L组0.11±0.01 mm2;ART-H组0.10±0.01 mm2;)。RNA-seq测序结果显示青蒿素干预后小鼠主动脉转录组表达谱发生明显变化,GO、KEGG和GSEA基因功能富集分析发现,血管平滑肌细胞分化通路为最显著变化的功能富集通路。在扩大样本验证发现,青蒿素干预组小鼠主动脉组织的血管平滑肌收缩表型标志物αSMA、SM22α、calponin1、SMMHC的m RNA和蛋白表达水平显著升高(P<0.05)。在小鼠主动脉血管平滑肌细胞的体外实验中,青蒿素干预可以抑制PDGF-BB诱导的血管平滑肌细胞增殖、迁移和去分化差异具有统计学意义。测序结果显示青蒿素干预后小鼠主动脉mmucirc0000231为差异下调表达的环状RNA。FISH原位杂交和核浆分离RNA实验表明mmucirc0000231主要分布于细胞浆中。在构建的敲低mmucirc0000231表达的血管平滑肌细胞中,血管平滑肌增殖能力降低(P<0.05)。双荧光素酶实验结果显示mmucirc0000231可与mi R-125b-5p靶向结合并证实了两者的结合位点序列。在血管平滑肌细胞中同时敲减mmucirc0000231和mi R-125b-5p表达后,mmucirc0000231对血管平滑肌细胞促增殖的作用减弱(P<0.05)。青蒿素干预组血管平滑肌细胞mmucirc0000231表达降低,细胞过表达mmucirc0000231后给予青蒿素干预,则青蒿素对血管平滑肌细胞抑增殖的作用减弱(P<0.05)。结论:1.青蒿素能够减缓Apo E-/-小鼠动脉粥样硬化进展,转录组测序分析显示血管平滑肌分化通路为青蒿素药物干预后最为显著变化的通路;2.青蒿素可以抑制PDGF诱导的血管平滑肌细胞增殖、迁移和去分化,具有抑制血管平滑肌细胞表型转化的作用;3.mmucirc0000231可通过结合mi R-125b-5p促进血管平滑肌细胞增殖;青蒿素可以通过负性调控mmucirc0000231抑制血管平滑肌细胞增殖;
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