紊亂血流上調血管 Sema7A通過內皮 β1 整合素促進動脈粥樣硬化
Vascular Semaphorin 7A upregulation by disturbed flow promotes atherosclerosis through endothelial β1 integrin
Keywords: Atherogenesis, Endothelial phenotypic changes, Disturbed blood flow, Leukocyte recruitment, Semaphorin 7A.
內皮細胞能感知并響應各類病理生理刺激，以此維持血管的完整性與穩(wěn)態(tài)。當暴露于受擾血流時，內皮細胞會發(fā)生顯著表型變化，進而導致血管通透性增加、細胞因子釋放及白細胞黏附，這類血管壁的結構和功能改變會提高動脈粥樣硬化的易感性。以往研究已發(fā)現膜受體、黏附分子等一系列血流應答相關分子，它們被認為是動脈粥樣硬化的潛在治療靶點。
軸突導向因子（Semaphorins）最初被認定為神經元生長的調控因子，其家族部分成員還參與免疫應答、血管發(fā)育等生理及病理過程。其中，Sema7A是 GPI 錨定的細胞表面蛋白，具有特定結構域，在神經元、內皮細胞等多種細胞中表達，可調控炎癥應答、癌癥進展等，且在缺氧等誘導的急性炎癥中，肺內皮細胞的 Sema7A 會被 HIF-1α 上調，但目前尚無其參與動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展的相關報道。研究團隊此前發(fā)現，敲除軸突導向因子家族成員 Sema4D 可抑制動脈粥樣硬化。
因此，蘇州大學唐仲英血液學研究中心的研究團隊通過高脂飲食喂養(yǎng)的 ApoE⁻/⁻小鼠頸動脈部分結扎模型來進行驗證。研究發(fā)現受擾血流會誘導內皮細胞中 Sema7A 的表達上調，而基因敲除 Sema7A 能減輕 ApoE⁻/⁻小鼠的動脈粥樣硬化。研究成果發(fā)表在Arterioscler Thromb Vasc Biol期刊，題為“Vascular Semaphorin 7A upregulation by disturbed flow promotes atherosclerosis through endothelial β1 integrin”。 
首先，為了探究 Sema7A 在動脈粥樣硬化中的作用，研究人員通過高脂飲食誘導的 Sema7A⁻/⁻ApoE⁻/⁻小鼠模型發(fā)現，Sema7A 基因敲除可使小鼠主動脈的粥樣硬化病變面積減少 51.5%（主動脈弓減少最顯著）（圖 1A、B），主動脈根部脂質蓄積面積減少 51.8%（圖 1C、D），且小鼠的血清脂質和體重未受影響。同時，人類動脈粥樣硬化頸動脈組織中 Sema7A 蛋白水平顯著高于健康腹主動脈 （圖 1E）。這些結果表明 Sema7A 參與動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展。 
通過對比不同血管區(qū)域發(fā)現，易受紊亂血流影響的主動脈弓及主動脈小彎側，其 Sema7A 的 mRNA 和蛋白表達水平均高于血流較穩(wěn)定的區(qū)域（圖 2A-C）。在體內通過部分頸動脈結扎誘導紊亂血流后，結扎側頸總動脈的 Sema7A mRNA 水平顯著升高（圖 2F），且內皮細胞中 Sema7A 蛋白表達明顯增加（圖 2G）。體外實驗中，暴露于振蕩剪切應力的人臍靜脈內皮細胞，其 Sema7A mRNA 水平也高于層流剪切應力處理的細胞（圖 2H）。這些結果共同證實了紊亂血流對血管內皮細胞 Sema7A 表達的上調作用。
為了進一步探究紊亂血流如何上調內皮細胞中 Sema7A 的表達， 研究人員通過計算機啟動子分析發(fā)現，人和小鼠的 Sema7A 啟動子區(qū)域存在剪切應力響應轉錄因子 CREB 的潛在結合位點。鑒于 PKA 是 CREB 在血流信號中的經典上游調控因子，進一步實驗顯示，用 H89 抑制 PKA 后，CREB 磷酸化水平降低，而 Sema7A 的 mRNA 和蛋白表達增加（圖 2I-L）。這表明 PKA/CREB 信號通路的抑制可能是紊亂血流上調內皮細胞 Sema7A 表達的潛在機制。
隨后，為了明確紊亂血流誘導的 Sema7A 表達是否參與內皮炎癥，研究人員檢測了部分頸動脈結扎（PCL）術后 Sema7A+/+ 小鼠和 Sema7A−/−小鼠頸動脈中 ICAM-1 和 VCAM-1 的水平。結果顯示，紊亂血流會上調內皮黏附分子 ICAM-1 和 VCAM-1 的表達，而 Sema7A 缺失可消除這種上調 —Sema7A−/−小鼠經 PCL 處理的左頸總動脈中，ICAM-1 和 VCAM-1 的 mRNA 水平及蛋白表達均低于 Sema7A+/+ 小鼠（圖 3A-F）。同時，Sema7A 缺失還會降低 P - 選擇素的 mRNA 水平，但對 E - 選擇素無顯著影響，表明其對黏附分子的調控具有選擇性。這些結果表明，Sema7A 缺失可減少紊亂血流誘導的內皮細胞 ICAM-1、VCAM-1 等黏附分子的表達。
研究人員進一步探究了 Sema7A 在動脈粥樣硬化相關過程中的作用。結果顯示，Sema7A 缺失能顯著減少白細胞滾動和黏附：在經 TNF-α 預處理的小鼠提睪肌小靜脈中，Sema7A−/−小鼠的白細胞滾動和黏附分別減少 45.2% 和 68.2%（圖 3G、H ）。在改良的 PCL 模型中，其頸動脈內皮上的白細胞黏附減少 67.2%（圖 3I、J）。這表明，Sema7A 缺失可減少紊亂血流誘導的黏附分子上調，進而減少小鼠體內的白細胞黏附。 此外，在 PCL 模型中，與 Sema7A+/+ApoE−/−小鼠相比，Sema7A−/−ApoE−/−小鼠的動脈粥樣硬化斑塊面積顯著減�。p少約 66%）（圖 3K、L）。這些結果表明，Sema7A 可促進紊亂血流誘導的動脈粥樣硬化斑塊形成。
接著，為了研究 Sema7A 在動脈粥樣硬化中調控 ICAM-1、VCAM-1 表達及白細胞黏附的機制，研究構建了 Sema7A 過表達的人臍靜脈內皮細胞系。檢測顯示，與轉導對照病毒的細胞相比，Sema7A 過表達的細胞中 ICAM-1 和 VCAM-1 的表達水平顯著升高（圖 4A-D）。研究人員還探究了 Sema7A 調控內皮功能障礙的機制，發(fā)現 β1 整合素是其關鍵受體。實驗顯示，用抗體阻斷 β1 或 α1 整合素亞基，可降低過表達 Sema7A 的 HUVECs 中 ICAM-1 的表達（圖 4E）。這表明，Sema7A 可能通過 α1β1 異二聚體發(fā)揮作用。進一步研究表明，Sema7A 過表達會激活 FAK（圖 4F），而抑制 FAK、MEK1/2 或 NFκB 相關酶（IKK-1/2）后，ICAM-1 的高表達及 NFκB P65 的磷酸化均受抑制（圖 4G、H） 。綜上，Sema7A 通過 β1 整合素及其下游的 FAK/MEK1/2/NFκB 信號通路，介導血管內皮功能障礙。
為了探究 β1 整合素及下游 FAK/MEK1/2/NFκB 信號在單核細胞 - 內皮細胞相互作用中的作用，研究人員開展了體外單核細胞 - 內皮細胞黏附實驗。實驗顯示：過表達 Sema7A 的 HUVECs 對 THP-1 細胞的黏附顯著增加（約為對照的 2.1 倍）。而阻斷 β1 或 α1 整合素，或抑制 FAK、MEK1/2、NFκB 后，這種增強的黏附作用被明顯減弱（圖 4I、J）。這表明 Sema7A 通過 β1 整合素依賴的方式，并借助下游 FAK/MEK1/2/NFκB 信號通路，增強內皮細胞黏附分子的表達及單核細胞與內皮細胞的相互作用。 
接下來，為了明確血管源性與血源性 Sema7A 在白細胞黏附中的作用，研究人員進行了體外白細胞黏附實驗。結果如圖 5A 所示：經 LPS 處理的 Sema7A⁺/⁺主動脈內皮與 Sema7A⁻/⁻白細胞共孵育時，單核細胞黏附略有減少；但當內皮細胞本身缺失 Sema7A（Sema7A⁻/⁻）時，無論與之共孵育的白細胞是否表達 Sema7A，單核細胞黏附均幾乎完全阻斷。這一結果表明，在炎癥刺激下，血管內皮細胞來源的 Sema7A 是介導主動脈單核細胞黏附的主要因素。
最后，為了明確血管源性與血源性 Sema7A 在紊亂血流誘導的動脈粥樣硬化中的作用，研究構建了骨髓移植嵌合小鼠模型，結果如圖 5B 所示：無論移植是Sema7A−/−ApoE−/−還是 Sema7A+/+ApoE−/−的血細胞，Sema7A−/−ApoE−/−小鼠的動脈粥樣硬化病變面積均顯著小于 Sema7A+/+ApoE−/−小鼠，尤其在受紊亂血流影響的主動脈弓處更為明顯。這表明，在動脈粥樣硬化發(fā)生中，內皮細胞源性 Sema7A 起主要作用，而非血源性Sema7A。
總之，該研究指出，Sema7A 在紊亂血流引發(fā)的內皮細胞功能異常及動脈粥樣硬化斑塊形成中扮演關鍵角色。其促動脈粥樣硬化作用主要通過整合素 β1 介導，該受體可激活下游 FAK/MAPK/NFκB 信號通路，進而推動白細胞黏附、浸潤及動脈粥樣硬化的進展。這些發(fā)現為動脈粥樣硬化的防治提供了新的潛在靶點和策略。
參考文獻：Hu S, Liu Y, You T, Heath J, Xu L, Zheng X, Wang A, Wang Y, Li F, Yang F, Cao Y, Zhang H, van Gils JM, van Zonneveld AJ, Jo H, Wu Q, Zhang Y, Tang C, Zhu L. Vascular Semaphorin 7A Upregulation by Disturbed Flow Promotes Atherosclerosis Through Endothelial β1 Integrin. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2018 Feb;38(2):335-343. doi: 10.1161/ATVBAHA.117.310491. Epub 2017 Dec 21. PMID: 29269512; PMCID: PMC5785426.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29269512/
Impact Factor: 7.4
ISSN: 1079-5642 (Print)；1524-4636 (Electronic)
圖片來源：所有圖片均來源于參考文獻
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Keywords: Atherogenesis, Endothelial phenotypic changes, Disturbed blood flow, Leukocyte recruitment, Semaphorin 7A.
內皮細胞能感知并響應各類病理生理刺激，以此維持血管的完整性與穩(wěn)態(tài)。當暴露于受擾血流時，內皮細胞會發(fā)生顯著表型變化，進而導致血管通透性增加、細胞因子釋放及白細胞黏附，這類血管壁的結構和功能改變會提高動脈粥樣硬化的易感性。以往研究已發(fā)現膜受體、黏附分子等一系列血流應答相關分子，它們被認為是動脈粥樣硬化的潛在治療靶點。
軸突導向因子（Semaphorins）最初被認定為神經元生長的調控因子，其家族部分成員還參與免疫應答、血管發(fā)育等生理及病理過程。其中，Sema7A是 GPI 錨定的細胞表面蛋白，具有特定結構域，在神經元、內皮細胞等多種細胞中表達，可調控炎癥應答、癌癥進展等，且在缺氧等誘導的急性炎癥中，肺內皮細胞的 Sema7A 會被 HIF-1α 上調，但目前尚無其參與動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展的相關報道。研究團隊此前發(fā)現，敲除軸突導向因子家族成員 Sema4D 可抑制動脈粥樣硬化。
因此，蘇州大學唐仲英血液學研究中心的研究團隊通過高脂飲食喂養(yǎng)的 ApoE⁻/⁻小鼠頸動脈部分結扎模型來進行驗證。研究發(fā)現受擾血流會誘導內皮細胞中 Sema7A 的表達上調，而基因敲除 Sema7A 能減輕 ApoE⁻/⁻小鼠的動脈粥樣硬化。研究成果發(fā)表在Arterioscler Thromb Vasc Biol期刊，題為“Vascular Semaphorin 7A upregulation by disturbed flow promotes atherosclerosis through endothelial β1 integrin”。
首先，為了探究 Sema7A 在動脈粥樣硬化中的作用，研究人員通過高脂飲食誘導的 Sema7A⁻/⁻ApoE⁻/⁻小鼠模型發(fā)現，Sema7A 基因敲除可使小鼠主動脈的粥樣硬化病變面積減少 51.5%（主動脈弓減少最顯著）（圖 1A、B），主動脈根部脂質蓄積面積減少 51.8%（圖 1C、D），且小鼠的血清脂質和體重未受影響。同時，人類動脈粥樣硬化頸動脈組織中 Sema7A 蛋白水平顯著高于健康腹主動脈 （圖 1E）。這些結果表明 Sema7A 參與動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展。
圖1 Sema7A 缺失減少 ApoE⁻/⁻小鼠主動脈脂質沉積且血管 Sema7A 在動脈粥樣硬化中上調。
通過對比不同血管區(qū)域發(fā)現，易受紊亂血流影響的主動脈弓及主動脈小彎側，其 Sema7A 的 mRNA 和蛋白表達水平均高于血流較穩(wěn)定的區(qū)域（圖 2A-C）。在體內通過部分頸動脈結扎誘導紊亂血流后，結扎側頸總動脈的 Sema7A mRNA 水平顯著升高（圖 2F），且內皮細胞中 Sema7A 蛋白表達明顯增加（圖 2G）。體外實驗中，暴露于振蕩剪切應力的人臍靜脈內皮細胞，其 Sema7A mRNA 水平也高于層流剪切應力處理的細胞（圖 2H）。這些結果共同證實了紊亂血流對血管內皮細胞 Sema7A 表達的上調作用。
為了進一步探究紊亂血流如何上調內皮細胞中 Sema7A 的表達， 研究人員通過計算機啟動子分析發(fā)現，人和小鼠的 Sema7A 啟動子區(qū)域存在剪切應力響應轉錄因子 CREB 的潛在結合位點。鑒于 PKA 是 CREB 在血流信號中的經典上游調控因子，進一步實驗顯示，用 H89 抑制 PKA 后，CREB 磷酸化水平降低，而 Sema7A 的 mRNA 和蛋白表達增加（圖 2I-L）。這表明 PKA/CREB 信號通路的抑制可能是紊亂血流上調內皮細胞 Sema7A 表達的潛在機制。
圖2 紊亂血流上調血管內皮細胞中 Sema7A 的表達。
隨后，為了明確紊亂血流誘導的 Sema7A 表達是否參與內皮炎癥，研究人員檢測了部分頸動脈結扎（PCL）術后 Sema7A+/+ 小鼠和 Sema7A−/−小鼠頸動脈中 ICAM-1 和 VCAM-1 的水平。結果顯示，紊亂血流會上調內皮黏附分子 ICAM-1 和 VCAM-1 的表達，而 Sema7A 缺失可消除這種上調 —Sema7A−/−小鼠經 PCL 處理的左頸總動脈中，ICAM-1 和 VCAM-1 的 mRNA 水平及蛋白表達均低于 Sema7A+/+ 小鼠（圖 3A-F）。同時，Sema7A 缺失還會降低 P - 選擇素的 mRNA 水平，但對 E - 選擇素無顯著影響，表明其對黏附分子的調控具有選擇性。這些結果表明，Sema7A 缺失可減少紊亂血流誘導的內皮細胞 ICAM-1、VCAM-1 等黏附分子的表達。
研究人員進一步探究了 Sema7A 在動脈粥樣硬化相關過程中的作用。結果顯示，Sema7A 缺失能顯著減少白細胞滾動和黏附：在經 TNF-α 預處理的小鼠提睪肌小靜脈中，Sema7A−/−小鼠的白細胞滾動和黏附分別減少 45.2% 和 68.2%（圖 3G、H ）。在改良的 PCL 模型中，其頸動脈內皮上的白細胞黏附減少 67.2%（圖 3I、J）。這表明，Sema7A 缺失可減少紊亂血流誘導的黏附分子上調，進而減少小鼠體內的白細胞黏附。 此外，在 PCL 模型中，與 Sema7A+/+ApoE−/−小鼠相比，Sema7A−/−ApoE−/−小鼠的動脈粥樣硬化斑塊面積顯著減�。p少約 66%）（圖 3K、L）。這些結果表明，Sema7A 可促進紊亂血流誘導的動脈粥樣硬化斑塊形成。
圖3 Sema7A 缺失減少紊亂血流誘導的內皮細胞中 ICAM-1 和 VCAM-1 的表達、白細胞黏附及斑塊形成。
接著，為了研究 Sema7A 在動脈粥樣硬化中調控 ICAM-1、VCAM-1 表達及白細胞黏附的機制，研究構建了 Sema7A 過表達的人臍靜脈內皮細胞系。檢測顯示，與轉導對照病毒的細胞相比，Sema7A 過表達的細胞中 ICAM-1 和 VCAM-1 的表達水平顯著升高（圖 4A-D）。研究人員還探究了 Sema7A 調控內皮功能障礙的機制，發(fā)現 β1 整合素是其關鍵受體。實驗顯示，用抗體阻斷 β1 或 α1 整合素亞基，可降低過表達 Sema7A 的 HUVECs 中 ICAM-1 的表達（圖 4E）。這表明，Sema7A 可能通過 α1β1 異二聚體發(fā)揮作用。進一步研究表明，Sema7A 過表達會激活 FAK（圖 4F），而抑制 FAK、MEK1/2 或 NFκB 相關酶（IKK-1/2）后，ICAM-1 的高表達及 NFκB P65 的磷酸化均受抑制（圖 4G、H） 。綜上，Sema7A 通過 β1 整合素及其下游的 FAK/MEK1/2/NFκB 信號通路，介導血管內皮功能障礙。
為了探究 β1 整合素及下游 FAK/MEK1/2/NFκB 信號在單核細胞 - 內皮細胞相互作用中的作用，研究人員開展了體外單核細胞 - 內皮細胞黏附實驗。實驗顯示：過表達 Sema7A 的 HUVECs 對 THP-1 細胞的黏附顯著增加（約為對照的 2.1 倍）。而阻斷 β1 或 α1 整合素，或抑制 FAK、MEK1/2、NFκB 后，這種增強的黏附作用被明顯減弱（圖 4I、J）。這表明 Sema7A 通過 β1 整合素依賴的方式，并借助下游 FAK/MEK1/2/NFκB 信號通路，增強內皮細胞黏附分子的表達及單核細胞與內皮細胞的相互作用。
圖4 Sema7A 過表達增強內皮細胞黏附分子表達及單核細胞 - 內皮相互作用。
接下來，為了明確血管源性與血源性 Sema7A 在白細胞黏附中的作用，研究人員進行了體外白細胞黏附實驗。結果如圖 5A 所示：經 LPS 處理的 Sema7A⁺/⁺主動脈內皮與 Sema7A⁻/⁻白細胞共孵育時，單核細胞黏附略有減少；但當內皮細胞本身缺失 Sema7A（Sema7A⁻/⁻）時，無論與之共孵育的白細胞是否表達 Sema7A，單核細胞黏附均幾乎完全阻斷。這一結果表明，在炎癥刺激下，血管內皮細胞來源的 Sema7A 是介導主動脈單核細胞黏附的主要因素。
最后，為了明確血管源性與血源性 Sema7A 在紊亂血流誘導的動脈粥樣硬化中的作用，研究構建了骨髓移植嵌合小鼠模型，結果如圖 5B 所示：無論移植是Sema7A−/−ApoE−/−還是 Sema7A+/+ApoE−/−的血細胞，Sema7A−/−ApoE−/−小鼠的動脈粥樣硬化病變面積均顯著小于 Sema7A+/+ApoE−/−小鼠，尤其在受紊亂血流影響的主動脈弓處更為明顯。這表明，在動脈粥樣硬化發(fā)生中，內皮細胞源性 Sema7A 起主要作用，而非血源性Sema7A。
圖5 內皮細胞 Sema7A 對促進白細胞黏附和斑塊形成起主要作用。
總之，該研究指出，Sema7A 在紊亂血流引發(fā)的內皮細胞功能異常及動脈粥樣硬化斑塊形成中扮演關鍵角色。其促動脈粥樣硬化作用主要通過整合素 β1 介導，該受體可激活下游 FAK/MAPK/NFκB 信號通路，進而推動白細胞黏附、浸潤及動脈粥樣硬化的進展。這些發(fā)現為動脈粥樣硬化的防治提供了新的潛在靶點和策略。
參考文獻：Hu S, Liu Y, You T, Heath J, Xu L, Zheng X, Wang A, Wang Y, Li F, Yang F, Cao Y, Zhang H, van Gils JM, van Zonneveld AJ, Jo H, Wu Q, Zhang Y, Tang C, Zhu L. Vascular Semaphorin 7A Upregulation by Disturbed Flow Promotes Atherosclerosis Through Endothelial β1 Integrin. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2018 Feb;38(2):335-343. doi: 10.1161/ATVBAHA.117.310491. Epub 2017 Dec 21. PMID: 29269512; PMCID: PMC5785426.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29269512/
Impact Factor: 7.4
ISSN: 1079-5642 (Print)；1524-4636 (Electronic)
圖片來源：所有圖片均來源于參考文獻
小編旨在分享、學習、交流生物科學等領域的研究進展。如有侵權或引文不當請聯系小編修正。如有任何的想法以及建議，歡迎聯系小編。感謝各位的瀏覽以及關注！進入官網www.naturethink.com或關注“Naturethink”公眾號，了解更多相關內容。
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