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美国生理学杂志心脏循环生理学。作者手稿;PMC 2019年11月1日提供。
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NIHMSID公司:尼姆斯1040903
PMID:18178715

新型抗炎机制N个-乙酰-Ser-Asp-Lys-Pro在高血压靶器官损伤中的作用

摘要

Sharma U、Rhaleb NE、Pokharel S、Harding P、Rasoul S、Peng H、Carretro OA。新型抗炎机制N个-乙酰-Ser-Asp-Lys-Pro在高血压诱导的靶器官损伤中的作用。美国生理学杂志心脏循环生理学294:H1226–H1232,2008年。2008年1月4日首次出版;doi:10.1152/ajpheart.00305.2007.-高血压(HBP)是心脏、肾脏和血管功能障碍的重要危险因素。过度炎症是HBP诱导靶器官损伤(TOD)的主要致病机制。N个-乙酰-Ser-Asp-Lys-Pro(Ac-SDKP)是一种由血管紧张素转换酶(ACE)特异性降解的四肽,可减少HBP诱导的炎症、纤维化和TOD。我们的假设是Ac-SDKP通过抑制:1)骨髓干细胞(BMSC)向巨噬细胞的分化,2)巨噬细胞的活化和迁移,以及)活化巨噬细胞释放促炎细胞因子TNF-α。BMSC新鲜分离并在巨噬细胞生长培养基中培养。使用F4/80作为巨噬细胞成熟的标记物,通过流式细胞术分析小鼠骨髓基质细胞向巨噬细胞的分化。在改良的Boyden室中测量巨噬细胞迁移。ELISA法检测培养物中活化巨噬细胞释放TNF-α的情况。通过Mac-2(半乳糖凝集素-3)蛋白的Western blotting研究了ANGⅡ诱导的高血压小鼠心肌巨噬细胞的活化。用苦味酸红染色法测定间质胶原沉积。我们发现Ac-SDKP(10 nM)使培养的BMSC向成熟巨噬细胞的分化减少了24.5%[F4/80阳性:载体的平均荧光强度为14.09±1.06,Ac-SDKP为10.63±0.35;P(P)˂ 0.05]. Ac-SDKP还降低了galectin-3和巨噬细胞集落刺激因子依赖的巨噬细胞迁移。此外,Ac-SDKP可减少细菌LPS刺激的巨噬细胞分泌TNF-α。在ANG II诱导的高血压小鼠中,Ac-SDKP降低了半乳糖凝集素-3(一种由心肌浸润巨噬细胞产生的蛋白)的表达和间质胶原沉积。总之,本研究表明Ac-SDKP的抗炎作用部分是由于其对BMSC和巨噬细胞的直接作用,抑制其分化、激活和细胞因子释放。这些作用解释了Ac-SDKP在高血压中的一些抗炎和抗纤维化特性。

关键词:巨噬细胞、炎症、活化、血管紧张素II

高血压会导致心脏、肾脏和血管损伤。靶器官损伤的机制尚未完全阐明。有证据表明炎症会导致终末器官损伤(20). 我们已经证明,在ANGⅡ诱导的高血压中(32)以及肾血管性高血压(25,35),盐皮质激素盐性高血压(26,28),自发性高血压大鼠(9)和心梗后心力衰竭(24),N个-乙酰-芳基-天冬氨酰-赖氨酰-脯氨酸(Ac-SDKP)不仅可以预防而且可以逆转心脏和肾脏的炎症、细胞增殖和纤维化。

Ac-SDKP是由脯氨酸寡肽酶从其前体(胸腺肽-β4)释放的内源性肽(9,12). Ac-SDKP是一种多能干细胞增殖的天然抑制剂(5)通常存在于人体血浆和循环单核细胞中(2). 早期,Ac-SDKP被证明来源于骨髓(19)但最近研究表明,Ac-SDKP及其前体在小鼠体内广泛分布于包括肺、肾和心脏在内的组织中(31). Ac-SDKP主要由血管紧张素转换酶(ACE)水解,ACE抑制剂(ACEi)阻止其水解并将其在血浆中的浓度提高四到五倍(2).

Ac-SDKP预防和逆转心肌梗死大鼠左心室巨噬细胞浸润(42)和2-kidney-1夹高血压(35). 心肌纤维化与浸润巨噬细胞数量呈正相关(). 巨噬细胞释放多种促炎细胞因子和生长因子,包括半乳糖凝集素-3、IL-6、转化生长因子-β(TGF-β)和TNF-α,导致细胞增殖、纤维化、器官损伤和功能障碍(37). 我们假设Ac-SDKP对炎症,尤其是巨噬细胞浸润的抑制作用是多相的,抑制骨髓干细胞(BMSC)向巨噬细胞的分化、巨噬细胞迁移和活化。因此,我们在体外(细胞培养)检测了Ac-SDKP对BMSC向巨噬细胞分化(F4/80表达)以及巨噬细胞迁移和活化(TNF-α生成)的影响。我们还研究了Ac-SDKP对ANGⅡ诱导的高血压小鼠心脏巨噬细胞浸润和活化(半乳糖凝集素-3表达)以及纤维化的影响。

方法

BMSC的分离和培养

该协议由亨利福特医院动物护理和使用机构委员会批准。如前所述,BMSC是从小鼠股骨和胫骨中分离出来的(16). 彻底清洁两只小鼠的后腿,并使用冰镇PBS冲洗股骨和胫骨的骨髓。将收集的骨髓细胞收集在一起,在冰镇PBS中清洗,然后再悬浮在含有以下成分的巨噬细胞生长培养基(MGM;BioVeris)中:人集落刺激因子[粒细胞-巨噬细胞(GM)]-含5%(vol/vol)FBS(热灭活)和硫酸卡那霉素的Iscove改良Dulbecco培养基(IMDM;HEPES缓冲)中的CSF、粒细胞(G)-CSF和巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)]和细胞因子。MGM补充100 U/ml青霉素和100μg/ml链霉素(Fisher)。

巨噬细胞分化

BMSC用Ac-SDKP或PBS处理,并在MGM中培养7天。根据其他人之前的报告,每天添加Ac-SDKP以克服ACE降解并保持Ac-SDKP浓度(4,6,11,36). 此外,由于卡托普利(一种血管紧张素转换酶抑制剂)已被证明直接抑制小鼠骨髓培养物中造血干细胞和祖细胞的增殖,因此本研究未使用血管紧张素转化酶抑制剂(8). 打开第8天用添加了10 mM EDTA和4 mg/ml利多卡因的PBS收集细胞。通常,一只小鼠的股骨和胫骨骨髓产生2×107至6×107巨噬细胞在培养7天后。以FITC-偶联F4/80作为第一抗体,以抗小鼠IgG2α-FITC作为同型对照,对巨噬细胞进行染色。大约3000个细胞被分析,只有活细胞被选通。使用FL1通道通过流式细胞术定量成熟巨噬细胞F4/80的表面表达,数据表示为平均荧光强度(MFI)。

巨噬细胞迁移试验

在改良的Boyden室中进行了巨噬细胞迁移研究。我们使用Chemicon QCM 96-well迁移分析,孔径为8-μm,适用于单核细胞和巨噬细胞。上腔充满巨噬细胞悬浮液(10×104将150μl无血清培养基添加到下室,在有或无化学引诱剂(3μM半乳糖凝集素-3)或M-CSF(100 ng/ml)的情况下。对于Ac-SDKP的抑制研究,逐渐增加Ac-SDKP的剂量(0.01、0.1、10和100 nM),并在添加趋化剂之前将样品预培养30 min。将细胞培养12小时,并使用预热的缓冲液分离附着在多孔膜底部的细胞。分离的细胞在裂解缓冲液中培养,CyQuant GR染料发出的荧光通过荧光板阅读器使用480/520 nm滤光器进行定量。我们发现Ac-SDKP在10nM时最有效,因此我们在随后的所有实验中都使用了该剂量。

体内外巨噬细胞活化

体外活化巨噬细胞的TNF-α表达。

根据前面描述的方法,将从骨髓基质干细胞分化中获得的巨噬细胞用于本研究(1). 用纯化内毒素(10μg/ml LPS)刺激成熟巨噬细胞,分别加入和不加入Ac-SDKP(1和10 nM)48 h。根据制造商的说明(研发系统),用ELISA定量细胞上清液中的TNF-α。每个培养孔中的活细胞用结晶紫染色,并根据制造商的说明测量吸光度。将上清液中的TNF-α水平归一化为相应培养孔记录的吸光度。

体内活化巨噬细胞的渗透。

雄性C57Bl6/J小鼠(12-14周龄)分为三组:1)车辆(n个= 5),2)ANG二期(n个=7),以及)ANG II+Ac-SDKP(n个= 7). 用戊巴比妥钠(50 mg/kg ip)麻醉小鼠。在肩胛骨之间开一个小切口,在皮下形成一个口袋,刚好能装下一个渗透微型泵(Alzet 2004)。植入泵以注射ANG II(750μg·kg·−1·天−1)和/或Ac-SDKP(800μg·kg·−1·天−1; 由加拿大谢尔布鲁克大学W.Neugebauer合成)或生理盐水加0.01 N乙酸。给小鼠治疗8周。每周两次用尾袖测量收缩压。实验结束时,用50 mg/kg戊巴比妥钠麻醉动物。心脏在舒张时停止,脑室内注射15%KCl,并迅速切除。对左心室(包括隔膜)进行称重,并从顶部到底部进行横向切片。

苦味酸红染色用于检测心脏中的胶原蛋白。

使用改良的Sweat等人的方法,对测量6μm的切片进行脱蜡、复水和苦味酸红染色(39). 简单地说,切片后固定在Bouin液中,然后用苏木精铁染色显示细胞核。然后用0.1%苦味酸红染色1h,并用0.5%醋酸洗涤两次。使用计算机数字相机(SPOT,诊断仪器)获取图像,并在显微镜(尼康E600)下使用正常光检查胶原蛋白,并使用SigmaScan Pro(Jandel Scientific)进行分析。

Western blot检测左心室和肾脏中的galectin-3。

在所有三组中,通过蛋白质印迹检测心肌组织中半乳糖凝集素-3蛋白的表达。在还原条件下,对来自LV提取物的总共60μg蛋白质进行12%的SDS-PAGE。蛋白质被转移到硝化纤维膜上。主要抗体是针对全长重组人半乳糖凝集素-3(1μg/ml,生物试剂)的小鼠单克隆抗体。将膜与一级抗体在4°C下培养过夜,然后在室温下培养抗鼠IgG、HRP-相关抗体1小时。使用ECL Western试剂盒(GE Healthcare)对条带进行可视化。用生物扫描仪对条带进行定量,并将结果标准化为肌动蛋白,并表示为与假手术相比的倍数增加。

统计分析

数据为平均值±SE.A配对t吨-使用霍克伯格调整后的测试来判断治疗组之间的统计显著性P(P)<0.05视为显著。

结果

Ac-SDKP对骨髓基质干细胞向巨噬细胞分化的影响

用Ac-SDKP处理从小鼠骨骼分离的BMSC。经MGM处理的细胞出现足细胞突起,7天后强烈表达成熟巨噬细胞特异性标记F4/80(图1 A). 每隔24小时向培养基中添加10-nM Ac-SDKP,持续7天,显著降低F4/80的表面表达(图1C;图2)在保持活细胞数量的同时,表明Ac-SDKP抑制BMSC向成熟巨噬细胞的分化(F4/80阳性的几何平均值:载体,14.09±1.06 MFI;Ac-SDKP,10.63±0.35 MFI;P(P)< 0.05).

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FACS分析比较巨噬细胞F4/80的表达。A类:用巨噬细胞生长介质(MGM)处理骨髓干细胞(BMSC)获得的巨噬细胞F4/80的表面表达。B类:同型控制A类.C类:经MGM处理的细胞中表面F4/80的表达+N个-乙酰-芳基天冬氨酰-赖氨酰-脯氨酸(Ac-SDKP;10 nM)。D类:同型控制C类.FL1-H,FL1,(FITC)通道上的荧光强度;M(M)1,用于定义积极事件的标记。

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定量分析Ac-SDKP对F4/80表面表达降低的影响。BMSC在MGM中孵育7天,显示F4/80的表面表达。联合Ac-SDKP治疗7天,F4/80表达显著降低;n个= 3. *P(P)<0.05,车辆与Ac-SDKP。

Ac-SDKP对巨噬细胞迁移的影响

外源性重组半乳糖凝集素-3(3μM)增加巨噬细胞迁移(图3A). 增加浓度的Ac-SDKP显著抑制了半乳糖凝集素-3诱导的巨噬细胞迁移,但100-nM剂量的Ac-SCKP的作用减弱(图3A). 同样,与车用处理细胞相比,浓度为100 ng/ml的小鼠重组M-CSF显示巨噬细胞迁移增加,Ac-SDKP显著降低了巨噬细胞迁移(图3B).

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博伊登室巨噬细胞迁移的测量。将细胞放置在Boyden室的上表面,并在下室中添加化学引诱剂[半乳糖凝集素-3或巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)](含或不含Ac-SDKP)。A类:Ac-SDKP对galectin-3刺激的巨噬细胞迁移的影响。B类:Ac-SDKP对M-CSF刺激的巨噬细胞迁移的影响。Ac-SDKP在体外抑制galectin-3-和M-CSF依赖的巨噬细胞迁移。A.U.,任意单位;n个= 4.

Ac-SDKP对活化巨噬细胞释放TNF-α的影响

为了检测培养中LPS激活的巨噬细胞释放TNF-α的变化,我们用细菌LPS处理巨噬细胞48小时,并通过定量ELISA测量上清液中的TNF-α。如所示图4LPS增加TNF-α释放(TNF-β:载体,721.8±66.1 pg/ml;LPS,1853.9±132.2 pg/ml);P(P)=0.001),10 nM Ac-SDKP显著降低LPS诱导的TNF-α释放(1289.8±34.6 pg/ml;P(P)= 0.006 ).

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Ac-SDKP对LPS刺激的培养巨噬细胞释放TNF-α的影响。巨噬细胞在96周培养板中生长;在培养上清液中测量TNF-α水平,并将其归一化为相应培养孔中的活细胞。细菌内毒素增加成熟巨噬细胞TNF-α的释放,Ac-SDKP显著降低其释放;n个= 6.

Ac-SDKP对ANGⅡ型高血压小鼠血压、心脏肥大和活化巨噬细胞浸润心肌的影响

我们用载体、ANG II或ANG II+Ac-SDKP治疗小鼠。正如预期的那样,ANG II显著增加了收缩压、心率和左室重量,而Ac-SDKP并未改变这一点(表1). 我们还发现,与给予ANG II+载体的小鼠相比,经ANG II+Ac-SDKP治疗的小鼠左室胶原沉积显著减少(图5). 随后,我们通过Western blotting测定了经ANGⅡ治疗的高血压小鼠和对照组的心肌中Mac-2(半乳糖凝集素-3)蛋白水平。在ANGⅡ治疗的小鼠心肌中,半乳糖凝集素-3的表达增加。输注Ac-SDKP显著降低ANGⅡ诱导的心肌中半乳糖凝集素-3的生成(图6). Ac-SDKP治疗后,心肌中半乳糖凝集素-3的表达降低,表明活化的巨噬细胞浸润减少。

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Ac-SDKP对ANGⅡ诱导的小鼠心脏间质胶原沉积的影响。A类:心脏苦涩部分的代表性图像。B类:苦味染色切片中间质胶原含量的定量。血管紧张素Ⅱ(ANG II)显著增加小鼠心脏间质胶原体积分数,而Ac-SDKP对此有抑制作用;n个= 5–7.

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溶媒治疗小鼠左心室(LV)半乳糖凝集素-3水平的测定(n个=5),ANG II(n个=7),或ANG II+Ac-SDKP(n个=7)持续8周。A类:用载体、ANG II或ANG II+Ac-SDKP处理的小鼠心脏提取蛋白上的代表性半乳糖凝集素-3免疫印迹。同时对同一样品进行肌动蛋白免疫印迹,以使半乳糖凝集素-3水平正常化。B类:免疫印迹中半乳糖凝集素-3水平的定量。ANG II治疗增加了LV galectin-3的表达水平,Ac-SDKP显著降低了该水平;n个=5–7。

表1。

输注溶媒、ANG II或ANG II+Ac-SDKP的大鼠的血压、心率、左心室肥厚和血浆Ac-SDKP

控制ANG二期ANG II+Ac-SDKP

收缩压,毫米汞柱 110±6156±6*   148±7*
心率,次/分钟 574±7 583±23   584±18
低压/低压31.2±141.1±2.1*  43.8±1.5*
血浆Ac-SDKP,nM1.67±0.211.88±0.1115.02±10.14

数值为平均值±SE.Ac-SDKP,N个-乙酰-Ser-Asp-Lys-Pro;收缩压;HR、心率、LVW/BW、左心室重量与体重的比值。

*P(P)≤0.005与对照组相比;
P(P)=0.014与对照组。

讨论

我们有证据表明,在高血压大鼠模型中长期服用Ac-SDKP具有抗炎和抗纤维化的特性;然而,Ac-SDKP的抗炎作用机制尚未确定。在本研究中,我们发现体外Ac-SDKP抑制1)BMSC向巨噬细胞的分化(F4/80表达),2)巨噬细胞迁移,以及)巨噬细胞活化(TNF-α)。我们还发现,在ANG II诱导的高血压小鼠中,Ac-SDKP抑制半乳糖凝集素-3(Mac-2)的表达和心脏胶原沉积,而不影响血压或心脏肥厚。

炎症、疤痕和靶器官损伤是高血压的常见后果。通常,炎症过程涉及以下机制:1)刺激多能干细胞向单核细胞和巨噬细胞系分化,2)巨噬细胞对组织损伤区域的定点吸引,以及)巨噬细胞的激活和促炎细胞因子的释放(17). 我们认为,这是首次研究表明Ac-SDKP可以抑制在高血压诱导的炎症和纤维化中起关键作用的三个步骤中的每一个。

先前在长期骨髓培养中进行的研究表明,巨噬细胞发育的初始过程由M-CSF介导,M-CSF主要由局部骨髓基质组织产生。M-CSF与其单个高亲和力受体结合后激活酪氨酸激酶活性,并特异性刺激骨髓基质干细胞分化为巨噬细胞(10). 单侧肾梗阻CSF-1缺乏小鼠炎症反应降低,器官功能改善(18). 我们发现Ac-SDKP可以抑制BMSC向巨噬细胞的分化,从而使原始造血细胞保持未分化状态。这种作用可能有助于减少炎症浸润。Ac-SDKP对BMSC分化的抑制作用并不奇怪,因为Ac-SDKP的早期药理作用之一是通过阻止进入S期抑制造血干细胞增殖(12,22,23).

在我们之前的研究中,Ac-SDKP显著降低了ANG II诱导的LV单核细胞/巨噬细胞浸润、细胞增殖和TGF-β表达,这些作用被单克隆Ac-SDKP阻断抗体抵消(25,28). 在本研究中,通过评估Ac-SDKP对体外巨噬细胞迁移的影响,我们发现Ac-SDKP直接作用于巨噬细胞,抑制其迁移,从而抑制组织浸润;这可能部分解释了Ac-SDKP对高血压动物心脏、肾脏和动脉中巨噬细胞浸润的抑制作用(25——27,32). 尽管趋化因子导向细胞迁移的确切机制仍在研究中,但细胞酪氨酸激酶的局部激活已被证实(38). 我们最近证实Ac-SDKP特异性地与位于心脏成纤维细胞膜上的结合位点结合,这使我们进一步推测Ac-SDKP可能通过尚未确定的巨噬细胞中可能表达的受体发挥抗炎作用(43).

心血管疾病中的炎症与巨噬细胞的激活和浸润有关,巨噬细胞表达并分泌促炎细胞因子和趋化因子(21,37). 术语“激活的巨噬细胞”是指那些获得了执行特定免疫功能的增强能力的巨噬细胞。通常,活化的巨噬细胞显示较高水平的主要组织相容性复合体II类、CD11b(Mac-1)和半乳糖凝集素-3(Mac-2)基因表达。此前,我们在ANGⅡ过度诱导高血压的转基因大鼠模型[TGR(mREN2);参考37]. 向心包腔慢性输注半乳糖凝集素-3导致心脏纤维化和左室功能障碍(37). 我们还报告了Ac-SDKP治疗的2肾1夹高血压大鼠的炎症和纤维化减轻(35). 这些研究,以及我们在ANG II高血压输注模型中获得的当前数据,推进了我们之前的发现,因为我们现在知道Ac-SDKP的抗炎和抗纤维化作用至少部分归因于其对巨噬细胞活化和半乳糖凝集素3表达的抑制作用。目前的研究也支持我们之前的研究结果,即Ac-SDKP对血压或心肌肥厚没有任何影响。这种新型四肽的抗纤维化作用部分归因于其抗炎特性。

众所周知,Ac-SDKP作为造血的生理调节器,并抑制小鼠和人类造血干细胞的S期进入(23). 最近,我们发现,在接受POP抑制剂治疗的大鼠中,Ac-SDKP基础水平的降低与心脏和肾脏血管周围纤维化和肾小球硬化的增加有关。这表明Ac-SDKP在基础浓度下发挥重要的生理作用,防止器官胶原蛋白积累(7).

已经描述了Ac-SDKP的几种体外抑制作用,包括抑制心脏和肾脏成纤维细胞增殖、胶原合成和系膜生长(13——15,30,34,34,40). 因此,Ac-SDKP的抗炎和抗纤维化作用可能是复杂的,因为Ac-SDKP通过抑制炎症、细胞增殖和胶原合成,以及新血管生成作用,在体内外影响广泛的生理活动(9,25,28,32——35,41,42). 我们还发现ACEi的部分抗炎作用由Ac-SDKP介导(26,29).

研究限制

体外进行BSMC分化和巨噬细胞迁移研究。众所周知,体外细胞药理学并不能完全模拟整个动物体内复杂的细胞环境。另一方面,体外研究使我们能够确定Ac-SDKP对干细胞成熟为巨噬细胞、巨噬细胞迁移和细胞因子释放有直接影响。目前的数据在一定程度上支持了体内研究;然而,在完整的动物中,其他因素,如抑制细胞粘附分子的表达、成纤维细胞增殖和胶原合成,也可能对Ac-SDKP的抗纤维化作用产生显著影响。

总之,心脏、肾脏和动脉的炎症和纤维化是长期高血压的已知后果之一。在高血压终末器官损伤中,炎症细胞过度浸润和循环促炎细胞因子水平增加的报道一直存在。本研究表明Ac-SDKP可以在巨噬细胞形态发生的多个阶段发挥抗炎作用,包括BMSC分化、迁移、激活和细胞因子分泌。由于有充分的文献证明ACEi增加血浆和组织Ac-SDKP,因此可以得出结论,本研究中显示的Ac-SDKP的多重作用可能为我们理解ACEi对抗长期高血压不良后果的机制指明了一个新的方向。

致谢

赠款

这项研究得到了国家心脏、肺和血液研究所拨款HL-28982(发给O.A.Carretero)和HL-071806(发给N.E.Rhaleb)的支持。

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