SHH信號(hào)通路在血管平滑肌細(xì)胞增殖和凋亡中的作用

孫愛萍 程曉曙

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院，江西 南昌 330006)

血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)的異常增殖是包括動(dòng)脈粥樣硬化在內(nèi)的血管增殖性疾病的共同病理基礎(chǔ)〔1〕。動(dòng)脈粥樣硬化有著較高的致病率和致死率，是一類嚴(yán)重威脅人類健康的疾病〔2〕。動(dòng)脈粥樣硬化的病理變化包括脂質(zhì)聚集、單核-巨噬細(xì)胞的侵入、泡沫細(xì)胞形成、炎癥及 VSMC增生等〔3〕。其中，VSMC的過度增殖被認(rèn)為是促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。國(guó)外有研究表明，Hedgehog(HH)信號(hào)通路的激活可促進(jìn)創(chuàng)傷后微血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和抑制其凋亡，有利于損傷毛細(xì)血管的修復(fù)〔4〕。國(guó)內(nèi)研究顯示，SHH通路啟動(dòng)因子重組SHH可促進(jìn)海水浸泡血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和抑制其凋亡，證實(shí)SHH信號(hào)通路通過作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞而促進(jìn)毛細(xì)血管的修復(fù)〔5〕。本研究通過體外培養(yǎng)VSMC，并采用SHH信號(hào)通路特異抑制劑環(huán)巴胺(Cyclopamine)進(jìn)行干預(yù)，研究SHH信號(hào)通路在VSMC增殖中的作用，并探討其作用機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 材料 人臍動(dòng)脈VSMC株，由中國(guó)科學(xué)院細(xì)胞中心提供;DMEM培養(yǎng)基、胎牛血清，由美國(guó)Hyclone公司提供;Cyclopamine，由美國(guó)Biomol公司提供;二甲基亞砜(DMSO)，由美國(guó)Sigma公司提供;四甲基偶氮唑藍(lán)(MTT)、碘化丙啶(PI)，由上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司提供。ELITEESP型流式細(xì)胞儀，由美國(guó)Coulter公司提供;Multicycle分析軟件，由美國(guó)Phoenix公司提供。

1.2 VSMC的培養(yǎng) 將VSMC接種在含10%胎牛血清、雙抗(100 U/ml青霉素和100 g/ml鏈霉素)的高糖DMEM培養(yǎng)液中，然后于37℃、飽和空氣濕度和5%CO2條件下在孵箱內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)。經(jīng)0.25%胰酶+0.2%乙二胺四乙酸(EDTA)消化傳代，3 d傳1代，實(shí)驗(yàn)用第4～5代細(xì)胞。

1.3 MTT方法測(cè)定細(xì)胞增殖 傳代細(xì)胞融合生長(zhǎng)至80%左右時(shí)經(jīng)消化后調(diào)整細(xì)胞懸液濃度至5×104/ml，接種于96孔板，每孔加200μl懸液。各培養(yǎng)孔加入Cyclopamine，終濃度分別為0.625、1.25和2.5μmol/L。以酒精(Cyclopamine的溶媒)作為空白對(duì)照，終濃度為0.1%。上述細(xì)胞分別培養(yǎng)12、24 h和48 h時(shí)，每孔加入5 mg/ml MTT 20μl。繼續(xù)培養(yǎng)4 h后加入DMSO顯色。最后用酶標(biāo)儀檢測(cè)各孔吸光度(A值)。每孔設(shè)定5個(gè)復(fù)孔，取其均值作為最終測(cè)量值。細(xì)胞增殖抑制率(%)=1-δA 值實(shí)驗(yàn)孔/× δA 值對(duì)照孔100%。

1.4 流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞周期和凋亡 按MTT實(shí)驗(yàn)操作，各培養(yǎng)孔加入Cyclopamine，終濃度分別為1.25和2.5μmol/L，培養(yǎng)24 h和48 h。消化收集各組細(xì)胞，并用磷酸鹽緩沖液(PBS)洗滌3次，用4℃無水乙醇固定30 min，離心，染色30 min后采用流式細(xì)胞檢測(cè)儀檢測(cè)細(xì)胞周期，檢測(cè)結(jié)果經(jīng)Multicycle軟件分析。凋亡指數(shù)(AI)=亞二倍峰細(xì)胞數(shù)/總細(xì)胞數(shù)×100%，增殖指數(shù)(PI)=(S期 +G2/M期)(G0/G1期 +S期 +G2/M期)×100%。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，計(jì)量資料以x±s表示。

2 結(jié)果

2.1 Cyclopamine對(duì)增殖指數(shù)和AI的影響 在培養(yǎng)液中加入不同濃度Cyclopamine后，VSMCPI降低，AI升高。見表1。

表1 Cyclopamine對(duì)增殖指數(shù)和AI的影響(x±s)

2.2 Cyclopamine對(duì)細(xì)胞增殖的影響 在培養(yǎng)液中加入不同濃度Cyclopamine后，平滑肌細(xì)胞的增殖均受到抑制，并且抑制作用呈濃度及時(shí)間依賴性。見表2。

2.3 Cyclopamine對(duì)細(xì)胞周期的影響 在培養(yǎng)液中加入不同濃度Cyclopamine后，VSMC中處于G0/G1期的比例升高，而處于S期和G2/M期的比例降低。見表3。

表2 Cyclopamine對(duì)細(xì)胞增殖的影響(x±s)

3 討論

目前對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病原因尚未完全確定，可能與年齡、性別、血脂異常、高血壓、吸煙、糖尿病、肥胖、感染等因素有關(guān)〔6〕。近年來的觀點(diǎn)認(rèn)為動(dòng)脈粥樣硬化是一種炎癥性疾病，VSMC過度增殖被認(rèn)為是促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素〔7，8〕。闡明血管平滑肌在病理性刺激中的增殖機(jī)制，對(duì)減緩動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)程，預(yù)防和治療動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展可能起到積極的作用。

HH基因編碼一系列分泌型信號(hào)蛋白，在胚胎的發(fā)育過程中起著調(diào)控細(xì)胞增殖及組織分化的作用，在成熟器官中HH信號(hào)通路處于失活狀態(tài)。近年來研究發(fā)現(xiàn)，HH信號(hào)通路參與多種損傷后的組織修復(fù)過程，包括四肢、血管、前列腺、神經(jīng)、膽管、肺以及骨骼〔4〕。但是，HH信號(hào)在不同組織中所起的作用是不一致的，認(rèn)為HH信號(hào)的調(diào)節(jié)作用可能由于種屬、體內(nèi)、體外以及環(huán)境的不同而有所不同〔9〕。此外，研究顯示，HH信號(hào)系統(tǒng)與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)，在器官形態(tài)發(fā)育、調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖中起重要的作用〔10〕。SHH信號(hào)通路在人類根據(jù)配體的不同分為3個(gè)亞型，即SHH信號(hào)通路、Indian hedgehog(IHH)信號(hào)通路及Desert hedgehog(DHH)信號(hào)通路〔11〕。該信號(hào)途徑是由SHH、2個(gè)跨膜受體Patched(Ptc)和Smoothed(Smo)組成的受體復(fù)合物、蛋白激酶A以及下游轉(zhuǎn)錄因子Gli家族(Glil、Gli2、Gli3)等組成，在進(jìn)化上高度保守〔12〕。SHH信號(hào)通路在胚胎發(fā)育中的細(xì)胞生長(zhǎng)分化、組織器官形成及成體干細(xì)胞的維持等方面具有重要的作用。已有研究發(fā)現(xiàn)，SHH信號(hào)通路參與調(diào)控VSMC和內(nèi)皮細(xì)胞的分化，誘導(dǎo)肺血管形成，從而促進(jìn)肺的發(fā)育成熟和器官形成〔13〕。此外，SHH通路啟動(dòng)因子重組SHH可促進(jìn)海水浸泡血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和抑制其凋亡，證實(shí)SHH信號(hào)通路通過作用血管內(nèi)皮細(xì)胞而促進(jìn)毛細(xì)血管的修復(fù)〔14〕。

Cyclopamine是從藜蘆屬植物內(nèi)分離得到的一種異甾體類生物堿，通過對(duì)抗SHH信號(hào)通路中Smoothed(Smo)蛋白而特異性抑制 SHH信號(hào)通路〔15〕。MTT結(jié)果顯示，培養(yǎng)液中加入0.625、1.25和2.5μmol/L Cyclopamine后血管平滑肌增殖受到明顯抑制，Cyclopamine對(duì)血管平滑肌增殖的抑制作用呈濃度及時(shí)間依賴性。因此，SHH信號(hào)通路在血管平滑肌增殖過程中起著一定作用。流式細(xì)胞儀檢測(cè)結(jié)果顯示，在培養(yǎng)液中加入1.25和2.5μmol/L Cyclopamine后，VSMC中處于G0/G1期的比例升高，而處于S期和G2/M期的比例降低，從而導(dǎo)致PI降低和AI升高。因此，SHH信號(hào)通路在VSMC增殖和凋亡中發(fā)揮重要作用，但是其確切的機(jī)制尚需作進(jìn)一步研究。

1 Kipshidze N，Tsapenko M，Iversen P，et al.Antisense therapy for restenosis following percutaneous coronary intervention〔J〕.Expert Opin Biol，2005;5(1):79-89.

2 丁 浩，李菊香，洪 葵.SOCS1對(duì)氧化型低密度脂蛋白促進(jìn)人血管平滑肌細(xì)胞增殖作用的影響〔J〕.廣東醫(yī)學(xué)，2011;32(17):2232-5.

3 閆承慧，欒 波，黃明方，等.CREG調(diào)控IGF2R/IGFII內(nèi)吞抑制人血管平滑肌細(xì)胞增殖〔J〕.中國(guó)病理生理雜志，2011;27(9):1676-81.

4 Jacob L，Lum L.Deconstructing the hedgehog pathway in development and disease〔J〕.Science，2007;318(5847):66-8.

5 楊 昱，錢桂生，王關(guān)嵩，等.重組Shh因子對(duì)海水浸泡肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和凋亡的影響研究〔J〕.第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009;31(13):1268-71.

6 田作軍，鄧 宇，楊碧萍，等.影響冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的程度及病變支數(shù)的常見危險(xiǎn)因素〔J〕.廣東醫(yī)學(xué)，2010;31(22):2903-6.

7 Tedgui A，Mallat Z.Cytokines in atherosclerosis:pathogenic and regulatory pathways〔J〕.Physiol Rev，2006;86(2):515-81.

8 張文娟，龔俊榮，郭小梅.Mfn2介導(dǎo)纈沙坦抑制血管平滑肌細(xì)胞增殖的研究〔J〕.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版)，2012;41(1):7-11.

9 周翔宇，袁 平，楊 輝，等.Shh/Gli2信號(hào)軸在小鼠急性胰腺炎中的表達(dá)及意義〔J〕.國(guó)際免疫學(xué)雜志，2012;35(1):67-70.

10 Fitch PM，Howie SE，Wallace WA.Oxidative damage and TGF-β differentially induce lung epithelial cell sonic hedgehog and tenascin-C expression:implications for the regulation of lung remodelling in idiopathic interstitial lung disease〔J〕.Int JExp Pathol，2011;92(1):8-17.

11 Wang Y，McMahon AP，Allen BL.Shifting paradigms in Hedgehog signaling〔J〕.Curr Opin Cell Biol，2007;19(2):159-65.

12 許逸卿，肖 勇，陶紅發(fā)，等.Shh信號(hào)阻斷對(duì)胰腺癌PANC-1細(xì)胞生物學(xué)行為的影響〔J〕.中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2008;18(17):2475-8.

13 Asai J，Takenaka H，Kusano KF，et al.Topical sonic hedgehog gene ther-apy accelerates wound healing in diabetes by enhancing endothelial progenitor cell mediated microvascular remodeling〔J〕.Circulation，2006;113(20):2413-24.

14 楊 昱，錢桂生，王關(guān)嵩，等.重組Shh因子對(duì)海水浸泡肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和凋亡的影響研究〔J〕.第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009;31(13):1268-71.

15 Taipale J，Chen JK，Cooper MK，et al.Effects of oncogenic mutations in smoothened and patched can be reversed by cyclopamine〔J〕.Nature，2000;406(6799):1005-9.