单核细胞通过β2-整合素/ICAM-1介导的信号增强人主动脉瓣间质细胞的炎症反应

主动脉瓣钙化疾病（CAVD）是老年人常见的瓣膜疾病，其病理特征包括瓣叶炎症、纤维化和钙化。瓣叶慢性炎症、进行性钙化和纤维化导致瓣膜功能障碍，最终导致主动脉瓣狭窄和心力衰竭。

越来越多的证据表明，瓣膜炎症是促进CAVD进展的重要起始事件。据报道，主动脉瓣膜的慢性炎性浸润与几种瓣膜病理变化有关，包括纤维化和钙化。此外，研究发现了促炎介质（如IL-1β和TNF-α）在主动脉瓣组织中的表达。钙化性主动脉瓣狭窄患者的主动脉瓣的组织学检查显示，浸润包括单核细胞、淋巴细胞、浆细胞和肥大细胞，存在慢性炎症过程。此外，主动脉瓣膜间质细胞（AVICs）是在维持瓣膜稳态中起重要作用的主要结构和功能细胞，已被发现积极参与CAVD发病机制中的瓣膜炎症、纤维化和钙化。研究 AVIC 炎症过程的潜在机制可为了解 CAVD 发病机制和抑制 CAVD 进展提供重要信息。

浸润的单核细胞产生炎症介质，在炎症部位分化为促炎巨噬细胞。这些细胞能够通过释放促炎因子（旁分泌）和/或直接的细胞间相互作用来影响附近的细胞。在患病的主动脉瓣组织中可以观察到单核细胞浸润、巨噬细胞积聚和促炎细胞因子水平升高。之前的研究发现，激活的单核细胞能够通过旁分泌信号使人类AVIC对炎症反应敏感。目前，关于单核细胞与AVIC的直接相互作用以及这种相互作用对AVIC炎症活性和瓣膜炎症的影响知之甚少。

可溶性细胞外基质（ECM）蛋白能够作为损伤相关分子模式（DAMPs）发挥作用。组织损伤或ECM降解后，随着可溶性ECM蛋白的释放产生DAMPs。细胞与可溶性ECM蛋白的相互作用传递信号以启动AVIC中的生物活性。Matrilin-2是Matrilin家族中结缔组织分布最广泛的主要成员，组织损伤或应激过程中可溶性Matrilin-2可用作信号分子。此外，据报道，Matrilin-2与炎症相关的病理生物学过程有关。研究表明，Matrilin-2可以作为DAMPs，刺激人类AVICs产生炎症反应并且增强其成骨分化活性。目前尚不清楚Matrilin-2是否激活单核细胞，以及单核细胞是否影响AVIC对Matrilin-2的炎症反应。

在炎症刺激下，白细胞被募集到炎症区域，并通过细胞粘附分子与组织常驻细胞相互作用。细胞间粘附分子（ICAM）-1是免疫球蛋白（Ig）样细胞粘附分子超家族的成员。它在心血管细胞表面上构成性表达并在炎症状态下表达水平上调。整合素是一类糖基化的异二聚体跨膜型粘附受体。β2-整合素在白细胞表面表达，作为必需的粘附分子起作用。它介导白细胞粘附到不同细胞。已发现ICAM-1具有受体的功能，可以与白细胞上的β2-整合素相互作用，以调节白细胞在炎症部位的迁移和粘附。此外，β2-整合素可作为ICAM-1的配体，诱导依赖于ICAM-1的效应细胞活化。因此，单核细胞极有可能通过β2-整合素/ICAM-1 之间的联结与 AVICs 相互作用以调节AVICs 对促炎刺激的炎症反应。

基于此，美国科罗拉多大学丹佛分校外科系、南方医科大学南方医院心内科的一项联合研究旨在确定：（1）可溶性ECM蛋白对单核细胞粘附到人AVICs的影响，（2）单核细胞-AVIC相互作用对AVICs对 Matrilin-2 的炎症反应的影响，（3）单核细胞对AVICs施加影响的机制和（4）负责从单核细胞转导信息的AVIC信号通路。

单核细胞增强AVICs对可溶性ECM蛋白的炎症反应

为了确定可溶性ECM蛋白对与THP-1单核细胞共培养的人AVICs炎症反应的影响，实验将单培养的AVICs和与THP-1单核细胞共培养的AVICs暴露于增加浓度的Matrilin-2（0，1，2或4 μg/ mL）中48小时。图1 A显示，在AVIC 单培养中，Matrilin-2剂量依赖性地增加了ICAM-1和IL-6水平。有趣的是，Matrilin-2在单核细胞-AVIC共培养中诱导了ICAM-1和IL-6水平的更大增加，特别是在暴露于低浓度Matrilin-2（1 μg/mL）的共培养物中。共培养中ICAM-1和IL-6的产生主要由AVICs产生，因为测试浓度中的Matrilin-2对单核细胞中的ICAM-1和IL-6水平没有影响（图1 B）。此外，用低浓度的Matrilin-2（1 μg/mL）刺激共培养物以时间依赖性方式增强了AVICs 中 ICAM-1和IL-6的产生，在测试时间点的48小时时效果最大（图1 C）。这些观察结果表明，单核细胞增强AVICs对可溶性ECM蛋白的炎症反应。

图1 单核细胞-AVIC共培养对Matrilin-2刺激具有更大的炎症反应。

可溶性ECM蛋白促进单核细胞对AVICs的粘附

接下来检查了Matrilin-2刺激后单核细胞对AVICs的粘附（图2 A）。在暴露于Matrilin-2的共培养物中，单核细胞改变了它们的形态（大小和形状），并对AVICs表现出更大的粘附性。然而，Matrilin-2对单独培养的单核细胞没有显著影响。图2 B中的免疫荧光图像证实，共培养中的Matrilin-2刺激改变了单核细胞的形态并增加了它们对AVICs的粘附。这些观察结果表明，单核细胞在用Matrilin-2刺激时粘附于AVICs上。

图2 单核细胞在暴露于Matrilin-2的共培养物中粘附于AVICs。

单核细胞通过β2-整合素-ICAM-1相互作用增强AVICs对可溶性ECM蛋白的炎症反应

为了评估ICAM-1和β2-整合素在介导单核细胞对AVICs的粘附和增强AVICs炎症反应中的作用，实验检查了用中和抗体阻断ICAM-1和β2-整合素是否可以在暴露于Matrilin-2的共培养中减弱单核细胞粘附并抑制AVIC炎症反应。结果表明，中和ICAM-1和/或β2-整合素显著减少了粘附在AVICs上的单核细胞数量。此外，中和ICAM-1或β2-整合素显著降低了共培养的AVIC中ICAM-1和IL-6的产生，但对暴露于Matrilin-2的单独培养的AVICs没有显著影响。此外，中和β2-整合素和ICAM-1基本上消除了共培养中由Matrilin-2诱导的ICAM-1和IL-6的产生。因此，Matrilin-2诱导单核细胞β2-整合素与AVIC中ICAM-1相互作用，并且这种相互作用导致细胞粘附，增强AVIC对可溶性ECM蛋白的炎症反应。

YAP和NF-κB参与增强AVIC炎症反应

为了研究AVIC对可溶性Matrilin-2的炎症反应增强的信号机制，实验确定了Matrilin-2对Yes相关蛋白（YAP）和NF-κB的影响，因为它们在介导或调节细胞炎症反应中起重要作用。图3 A显示Matrilin-2在共培养中上调YAP和NF-κB磷酸化。为了评估YAP和NF-kB在调节AVIC炎症反应中的作用，在共培养之前用特异性YAP抑制剂（verteporfin）或NF-κB抑制剂（Bay 11-7082）预处理AVIC 2小时并暴露于Matrilin-2。抑制AVICs中YAP抑制了共培养中由Matrilin-2诱导的NF-κB磷酸化（图3 B）。此外，YAP或NF-κB的抑制减弱了共培养中ICAM-1和IL-6的产生（图3 C、D）。这些结果表明，YAP参与暴露于单核细胞和Matrilin-2的AVICs中的NF-κB激活，并且在这种情况下，YAP和NF-κB都在介导AVICs的炎症反应中发挥作用。

图3 Matrilin-2通过激活YAP-NF-κB信号增强共培养中的炎症反应。

单核细胞β2-整合素通过ICAM-1增强Matrilin-2诱导的AVICs促炎信号和炎症反应

由于单核细胞对 AVICs 的粘附取决于β2-整合素与ICAM-1，这种分子相互作用似乎是负责增强AVICs炎症反应的原因，实验最后测试了重组β2-整合素可以增强AVICs对Matrilin-2的炎症反应，使用重组的人类CD18蛋白代替表达在单核细胞上的β2-整合素，与Matrilin-2联合刺激AVICs。虽然单独使用CD18不会增加人AVICs中ICAM-1和IL-6的产生，或YAP和NF-κB磷酸化，但CD18显著增强了Matrilin-2诱导的AVICs的ICAM-1和IL-6的AVICs产生，以及YAP和NF-κB的磷酸化。ICAM-1的中和减弱了CD18的增强。ICAM-1中和对炎症介质产生的这种影响与其抑制暴露于Matrilin-2加CD18的AVIC中YAP和NF-κB的增强磷酸化相关。因此，单核细胞上的β2-整合素通过ICAM-1依赖性机制加剧AVIC炎症活性，而阻断 ICAM-1可以抑制这种恶化。

图4 示意图总结了单核细胞增强人AVIC对ECM的炎症反应的潜在机制。单核细胞β2-整合素与AVIC ICAM-1相互作用，通过YAP和NF-κB通路增强AVIC 对可溶性ECM蛋白（可溶性matrilin-2）的炎症反应。

该研究结果表明，可溶性ECM蛋白诱导单核细胞与AVICs的相互作用，增强AVIC炎症活性。单核细胞β2-整合素和AVIC ICAM-1的相互作用导致AVICs中YAP和NF-κB的激活，这是对内源性促炎因子的炎症反应增强的原因（图4）。这些新发现强调了浸润单核细胞通过与AVIC的细胞间相互作用在增加主动脉瓣炎症中的作用，并指出了抑制瓣膜炎症引起的CAVD进展的潜在靶点。

参考文献：Luo Z, The E, Zhang P, Zhai Y, Yao Q, Ao L, Zeng Q, Fullerton DA, Meng X. Monocytes augment inflammatory responses in human aortic valve interstitial cells via β2-integrin/ICAM-1-mediated signaling. Inflamm Res. 2022 Jun;71(5-6):681-694. doi: 10.1007/s00011-022-01566Matrilin-2. Epub 2022 Apr 11. PMID: 35411432.

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35411432/

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