黄连素可抑制机械拉伸诱导的血管平滑肌细胞增殖和凋亡

血流通过血管壁主要产生两种机械力：机械剪切应力和机械拉伸应力 (SS)。前者平行于血管的纵轴并作用于内皮细胞，而SS 产生垂直于血管壁的力，作用于所有组成细胞，包括内皮细胞、血管平滑肌细胞 (VSMCs)、成纤维细胞等。

VSMCs是动脉粥样硬化斑块的主要细胞成分，它承受着血压施加的持续的SS。因此，VSMCs的增殖、凋亡、迁移、炎症、分化和表型变化都与血管重塑和动脉粥样硬化等疾病密切相关。然而，导致 VSMCs 病理生理表现的机械力的潜在机制仍不清楚。

来自中山大学中山医学院组织学与胚胎学系、中山大学附属第一医院血管外科等单位的专家学者发现，小鼠的静脉移植迅速发展为动脉化或移植物粥样硬化。组织病理学评估显示，VSMCs 的凋亡和增殖同时增加，与移植物病变形成的速度成正比。重要的是，该团队发现SS激活了氧化应激系统中的蛋白二硫化物异构酶(PDI)/NADPH氧化酶家族蛋白(NOX1)/活性氧(ROS)信号，导致 VSMC 增殖和凋亡的同时增加，这与某些VSMC亚型密切相关。

另一个重要的氧化还原信号通路是内质网应激 (ERS) 系统, 由 PERK、IRE1α 和 ATF6 三个成分组成, 与 PDI、增殖和凋亡密切相关。这些蛋白质是否也能被机械力激活，目前尚不清楚。

黄连，是一种传统的常用中药，具有药用和食用价值。黄连的加工品已被广泛应用于临床，用于治疗腹泻、眼炎、湿热引起的女性腹部疾病等。其最重要的成分是黄连素 (小檗碱)，自 1960 年以来，已在中国广泛用于治疗感染性腹泻、退烧和排毒等。

最近有报道称，黄连素可以抑制动脉粥样硬化，改善血压，具有抗高血糖，抗高血脂，抗癌等作用。这些发现促使研究人员探索黄连素是否可以阻止由机械力诱导的 VSMC 增殖和凋亡的同时增加。

因此，该团队于 Life Sciences 发表了题为《Berberine inhibits proliferation and apoptosis of vascular smooth muscle cells induced by mechanical stretch via the PDI/ERS and MAPK pathways》的研究成果。在这项研究中，首次提供了黄连素抑制 PDI/ERS/MAPK 信号通路的证据，从而减弱了响应于机械拉伸的 VSMC 增殖和凋亡的同时增加。

实验结果：

黄连素抑制SS诱导的VSMCs增殖和凋亡

为了探索黄连素的潜在保护作用，VSMCs 用 100 μM 黄连素或 500 μM 杆菌肽预处理 1 小时，再进行机械拉伸（10% ）持续1 小时，然后培养 23 小时。结果表明，与未使用黄连素的阴性对照组相比，单独使用黄连素对静止VSMCs的增殖和凋亡没有影响。然而，黄连素能明显抑制SS诱导的VSMC增殖和凋亡的增加。由于增殖和凋亡是动脉粥样硬化的主要标志物，这些数据表明黄连素可能减缓由高血压引发的病理生理变化。

黄连素降低 SS 诱导的 VSMCs 中 MAPK 的磷酸化

之前报道过SS同时激活VSMCs中MAPK信号通路的三个成员，但是否存在干预尚不清楚。为了探讨黄连素对VSMCs增殖和凋亡的潜在影响机制，先用黄连素或杆菌肽处理细胞1 h，再用SS处理细胞10 min，然后收集细胞用于蛋白质印迹分析。结果所示, 10 分钟的机械应力激活了三种不同的 MAPK，磷酸化的 ERK、JNK 和 p38MAPK 水平上调，而这些蛋白质的总水平大致保持不变。动力学分析表明，该响应早在5min就出现了，最大诱导时间不晚于30min，此后反应下降。因此，黄连素以浓度依赖性方式降低了三种磷酸化 MAPKs 的水平。

黄连素抑制 SS 刺激的 VSMCs 中 PDI 激活的上调

为了研究黄连素对 SS 诱导的 PDI 活化 (OX-PDI) 的影响，在用 10% 的SS 刺激之前，VSMCs 用不同浓度（10、100、200 或 500 μM）的黄连素预处理 1 h。结果所示，观察到黄连素浓度与 OX-PDI 水平呈负相关。

接下来，研究了黄连素对 SS 诱导的总PDI 的影响。用黄连素或杆菌肽预处理 1 小时的 VSMCs 进行 SS（10%，1 h），然后再培养 23 h。蛋白质印迹显示，黄连素不影响静止细胞中的基础 PDI 表达，但可以抑制 SS 诱导的 PDI 上调。这些结果表明，PDI 通过其氧化/还原形式，在 SS 诱导的 VSMCs 细胞内信号转导中起重要作用。

黄连素抑制 SS 刺激的 VSMCs 中的内质网应激

由于 PDI 是内质网中非常重要的分子伴侣和异构酶，实验试图研究 SS 是否诱导 ERS。为此，VSMCs 经受了不同时间段的 SS。重要的是，SS 迅速激活了三种 ERS 信号分子，即 PERK、IRE1α 和 ATF6。为了确定黄连素是否影响 SS 诱导的 ERS，在 SS 施加之前用黄连素或杆菌肽预处理细胞。我们发现所有三个 ERS 信号分子都被下调。这些结果表明 ERS 参与了 SS 诱导的 VSMCs 中的信号转导，其可被黄连素和杆菌肽抑制。

接下来，实验探讨了PDI与MAPK、MAPK与ERS信号分子之间的关系以及MAPKs在介导黄连素中的作用，结果表明在 SS 刺激的 VSMCs 中，黄连素通过 MAPK 途径降低了 OX-PDI 和 ERS 信号通路，MAPK 抑制剂降低 SS 诱导的 VSMCs 中 PDI 激活和 ERS 的上调。

然后，实验还研究了ERS 和黄连素之间的潜在相互作用，结果表明 ERS 信号在黄连素治疗的效果中起作用，ERS 信号分子的抑制减弱了 VSMCs 中由 SS 诱导的 PDI 激活的上调。在高血压期间，由血压升高引起的 SS 可能对血管壁产生长期影响，而黄连素可以降低由长期 SS 诱导的 VSMCs 中的 PDI 激活和 ERS 信号转导。

最后，为了进一步阐明 SS 诱导 VSMCs 细胞凋亡的机制，实验研究了半胱天冬酶的表达。延长机械拉伸激活了促凋亡 caspase-12 和 caspase-3，这可能解释了拉伸引发的细胞凋亡的出现，而黄连素可以降低 SS 诱导的 VSMCs 中 caspase-3 和 caspase-12 的表达，这可能解释了其对 SS 诱导的血管重塑的抗凋亡作用。

实验结论：

在这项研究中，检测了黄连素对机械应力诱导的VSMCs增殖和凋亡的影响，并得出了几个重要的发现。首先，黄连素显著抑制 SS 诱导的 VSMCs 的增殖和凋亡。其次，机械拉伸显著增加了 PDI 的氧化、PERK 和 IRE1α 的磷酸化、ATF6 的激活、MAPKs 的磷酸化以及 caspase-3 和 caspase-12 的激活。所有这些影响都被黄连素所减弱。第三，MAPK 抑制剂降低了 OX-PDI 和三个 ERS 信号分子的水平，而常见的 ERS 抑制剂下调了 OX-PDI ，但没有降低磷酸化的 MAPK 水平。

这些结果不仅有助于了解与血流动力学变化相关的血管疾病，而且有助于了解这些疾病的分子发病机制和治疗方法。更重要的是，该研究结果进一步阐明了传统药物黄连素的作用机制，并为预防和治疗高血压引起的血管重塑提供了新的治疗策略。

参考文献：Wang L, Deng L, Lin N, Shi Y, Chen J, Zhou Y, Chen D, Liu S, Li C. Berberine inhibits proliferation and apoptosis of vascular smooth muscle cells induced by mechanical stretch via the PDI/ERS and MAPK pathways. Life Sci. 2020 Oct 15;259:118253. doi: 10.1016/j.lfs.2020.118253. Epub 2020 Aug 11. PMID: 32795536.

原文链接：https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/32795536/

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