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.2017年7月25日;136(4):388-403.
doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.117.027646。 Epub 2017年4月27日。

血管CXCR4通过维持动脉完整性限制动脉粥样硬化:来自小鼠和人类研究的证据

附属公司

血管CXCR4通过维持动脉完整性限制动脉粥样硬化:来自小鼠和人类研究的证据

伊冯娜·迪林等。 循环. .

摘要

背景:CXCL12/CXCR4趋化因子配体/受体轴控制(祖细胞)细胞内环境稳定和贩运。到目前为止,CXCL12/CXCR4的动脉粥样硬化保护作用仅通过药物干预被暗示,特别是因为CXCR4系列小鼠体内的基因具有胚胎致死性。此外,CXCR4在动脉壁中的细胞特异性作用及其潜在机制尚不明确,这促使我们研究CXCR4与血管细胞类型与动脉粥样硬化保护的相关性。

方法:我们通过诱导内皮细胞(BmxCreER)来检测血管CXCR4在动脉粥样硬化和斑块组成中的作用T2段-驱动)特异性或平滑肌细胞(SMC,SmmhcCreERT2段-或TaglnCre驱动的)特定缺陷CXCR4系列载脂蛋白E缺乏小鼠模型。为了确定CXCR4作用的潜在机制,我们研究了内皮通透性、体内白细胞粘附、Akt/WNT/β-catenin信号通路的参与以及VE-cadherin表达和功能中的相关磷酸酶、主动脉环中的血管张力、巨噬细胞的胆固醇流出、,SMC表型标记的表达。最后,我们分析了CXCR4系列冠心病风险所在地,以及CXCR4系列人类动脉粥样硬化斑块中的转录表达。

结果:细胞特异性缺失CXCR4系列在高脂血症小鼠中,动脉内皮细胞(n=12-15)或SMCs(n=13-24)显著增加动脉粥样硬化病变的形成。CXCL12/CXCR4促进内皮屏障功能,触发Akt/WNT/β-catenin信号传导以驱动VE钙粘蛋白表达,并通过相关磷酸酶稳定连接的VE钙粘蛋白复合物。相反,内皮细胞CXCR4系列在动脉粥样硬化形成过程中,缺乏导致动脉渗漏和炎性白细胞募集。在动脉平滑肌细胞中,CXCR4维持正常的血管反应性和收缩反应,而CXCR4系列缺乏有利于合成表型,在病变中出现巨噬细胞样SMC,并损害胆固醇流出。对人类(n=259 796)进行回归分析,确定C等位基因位于2322864卢比CXCR4系列与冠心病风险增加相关的基因座。总之,C/C风险基因型携带者颈动脉斑块中CXCR4表达降低(n=188),这进一步与症状性疾病相关。

结论:我们的数据清楚地证明,血管CXCR4通过维持动脉完整性、保持内皮屏障功能和正常收缩SMC表型来限制动脉粥样硬化。通过选择性调节剂增强动脉CXCR4的这些有益功能可能会为动脉粥样硬化的治疗开辟新的选择。

关键词:WNT信号通路;动脉粥样硬化;钙粘蛋白;内皮细胞;渗透;受体CXCR4;平滑肌细胞表型。

PubMed免责声明

利益冲突声明

利益冲突披露

除了《致谢》中对每位作者详细说明的研究资金和拨款支持外,没有任何利益冲突需要披露。

数字

图1
图1。动脉内皮细胞上的CXCR4具有动脉粥样硬化保护作用
Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−小鼠与BmxCreER公司T2段-表达小鼠(称为BmxCre公司),以允许他莫昔芬诱导Cxcr4号机组动脉内皮细胞缺失。BmxCre公司+Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−老鼠与BmxCre-Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−除非另有说明,否则在高脂饮食(HFD)12周后对对照组进行分析。(A、B)实验方案。(C-F)主动脉根部Oil-Red-O或HE染色后测量的病变面积(C、Dn=12-14),主动脉弓(E)n=12-15个)和主动脉(F)n=12-15)。显示了主动脉根部的代表性图像(C).比例尺=500µm。(G)主动脉根部病变中SMC含量,在SMA染色后定量(n=12-14)。(H,I)主动脉根部病变中的巨噬细胞含量,在Mac2染色后定量(n=12-14)。代表性图像如所示(H).(J)主动脉根部病变的坏死核心区,通过无核区测量进行量化(n=12-14)。(K,L)ICAM-1的数量+主动脉根部病变中每µm斑块衬里的细胞数(n=10-13)。代表性图像如所示(K).(M,N)代表性图片(百万)和量化(N)活体显微镜观察白细胞与TNFα刺激的Bmx颈动脉的粘附Cre公司+Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−与BmxCre-Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−HFD 8周后的小鼠。对CD11b(所有髓细胞)、Ly6G(中性粒细胞)或Ly6C(单核细胞)进行白细胞标记(n=7-10)。(D-N)数据表示平均值±标准偏差*P(P)<0.05; **P(P)<0.01; ***P(P)<0.001,通过Student t检验和Welch校正或Mann-Whitney检验(视情况而定)进行分析。
图2
图2。平滑肌细胞上的CXCR4具有动脉粥样硬化保护作用
(A–H) Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−小鼠与标记Cre-表达小鼠系,触发构成Cxcr4号机组SMC中的删除。标记Cre+Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−老鼠与TaglnCre相比-Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−在HFD治疗12周后对对照组进行分析。(A、B)实验方案。(中-英)主动脉根部Oil-Red-O或HE染色后测量的病变面积(C)n=13-24),主动脉(D)n=6-16)和主动脉弓(D)n=5-11)主动脉根部有代表性的图片(左面板)。比例尺=500µm。(F)主动脉根部病变中的巨噬细胞含量,在Mac2染色后定量(n=5-16)。(G)主动脉根部病变的坏死核心区,通过无核区测量进行量化(n=6-16)。(H)主动脉根部病变中的SMC含量在SMA染色后定量,并与斑块细胞数量相关(n=13-23)。显示了代表性图像(左侧面板)。(I-O) Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−小鼠与SmmhcCreER公司T2段-表达小鼠(称为SmmhcCre公司)允许他莫昔芬诱导Cxcr4号机组SMC中的删除。SmmhcCre公司+Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−老鼠与SmmhcCre相比-Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−在HFD治疗12周后对对照组进行分析。(一)实验方案。(J-O)主动脉根部Oil-Red-O或HE染色后测量的病变面积(J)n=12-15),主动脉弓(K)n=10-13)和主动脉(升n=12-13)主动脉根部有代表性的图片(J)比例尺=500µm。(M-O)SMC和巨噬细胞含量相对于斑块细胞数量的定量(M,N,n=12-14)主动脉根部病变的坏死核心区,通过测量无核区进行量化(O),n=12-13).(首席执行官)数据表示平均值±标准偏差*P(P)<0.05; **P(P)<0.01,通过学生t检验和韦尔奇校正或曼希特尼检验(视情况而定)进行分析。
图3
图3。内皮CXCR4通过WNT信号降低血管通透性
(A、B)实验方案。(C)如图所示,在用CXCR4拮抗剂AMD3465(125µg/只小鼠)或载体(PBS)预处理16小时的C57/Bl6小鼠中,组胺诱导(10µg静脉注射10分钟)对伊文思蓝的血管通透性。(n=8-13;学生t检验,含韦尔奇修正)。显示了代表性图像(左侧面板)。(D)如图所示,用CXCL12(3µg)或载剂(PBS)预处理4小时的C57/Bl6小鼠的组胺诱导的(静脉注射10µg组胺10分钟)血管对Evans蓝的通透性(n=8-13;带Welch校正的Student t检验)。显示了代表性图像(左侧面板)。(E)实验方案。(F、G)埃文斯蓝在主动脉弓外渗BmxCre公司-Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−BmxCre公司+Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−HFD 12周后的小鼠,并用CXCR4拮抗剂AMD3465(125µg/小鼠)或载体(PBS)处理12小时,如图所示。(n=9-21;2向方差分析,带Bonferroni后验)。显示了代表性图像(左侧面板)。(H)实验方案。(I,J)CXCL12(100 ng/ml)刺激24小时后hAoEC对FITC-Dextran的渗透性(一)或15分钟(J)如有指示,用CXCR4拮抗剂AMD3100预处理细胞(一)或AMD3465(J)在CXCL12刺激前,以1µg/ml的浓度持续1小时。中的数据(一)表示7个独立实验中的n=17-20口井(Kruskal-Wallis测试和Dunn的后测试)。中的数据(J)代表来自6个独立实验的n=11-19个井(具有Tukey多重比较检验的单向方差分析)。(K)如图所示,用CXCL12(100 ng/ml)刺激15分钟并用Akt抑制剂SH-5(20 nM)预处理30分钟后,hAoEC对FITC-Dextran的渗透率(4个独立实验中的n=6-8个井;用Dunn的后测进行Kruskal-Wallis测试)。(C-K公司)图表表示平均值±SD*P(P)<0.05; **P(P)<0.01; ***P(P)<0.001.
图4
图4。CXCL12/CXCR4轴通过WNT/β-catenin信号调节VE-cadherin维持内皮屏障功能
(A)实验方案。(B)在用CXCL12(100 ng/ml)刺激指定时间后,在Gaussia荧光素酶WNT报告子分析中测定hAoEC中的WNT活性。用CXCR4拮抗剂AMD3100(1µg/ml)或CXCR4系列使用siRNA(CXCR4-kd)进行敲除。WNT抑制剂endo-IWR1(10µM)阻断了WNT的激活(n=3;Sidak多重比较试验的单因素方差分析)。(C)用CXCL12(100 ng/ml)刺激24 h后,hAoEC细胞质和核提取物中的β-连环蛋白水平。用endo-IWR1(10µM)预处理细胞。使用siRNA(CXCR4-kd)沉默CXCR4。β-连环蛋白水平分别归一化为细胞质(微管蛋白)和核(层粘连蛋白β1)负荷对照组,并与未经处理的对照组相比,通过密度测定法进行量化(n=3;采用Tukey多重比较试验的单因素方差分析)。图中显示了具有代表性的western blot和密度测定定量(左侧面板)。(D)用WNT3a(200 ng/ml)或WNT激活剂LiCl(30 mM)刺激24小时后,hAoEC对FITC-葡聚糖的渗透性(来自4个独立实验的n=5-10个孔;用Dunn的后测试进行Kruskal-Wallis测试)。(E)用WNT3a(200 ng/ml)或CXCL12(100 ng/ml。(F)如图所示,用CXCL12(100 ng/ml)刺激24 h并用endo-IWR1(10µM)处理后,hAoEC细胞质提取物中的VE-cadherin蛋白水平。使用siRNA(CXCR4-kd)敲除CXCR4。VE-cadherin的表达被归一化为微管蛋白,并与未经处理的表达相对照,通过密度测定进行量化(n=3;采用Tukey多重比较试验的单因素方差分析)。显示了具有代表性的Western blot和密度测定定量。收到对照siRNA的对照(B、C、F).(G)颈动脉裂解物中VE-cadherin表达的定量BmxCre公司+与BmxCre-Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−小鼠(n=3;Mann-Whitney试验)。(H)如图所示,用CXCL12(100 ng/ml)或WNT3a(200 ng/ml。(I-K)VE-PTP-FRB中组胺(10µg静脉注射,10分钟)诱导的Evans蓝血管通透性+/VE-cadherin-FKBP C57/Bl6敲除小鼠用CXCR4拮抗剂AMD3465(125µg)预处理12 h和/或Rapalog(250µg。(A-K)数据显示平均值±SD(A-J公司)或平均值±SEM(K(K)). *P(P)<0.05**P(P)<0.01; ***P(P)<0.001.
图5
图5。CXCR4缺失对胆固醇流出、血管张力和SMC表型的影响
(A、B)使用高密度脂蛋白或来自标记Cre+标记Cre-Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−老鼠(A类,n=6)或来自SmmhcCre公司+SmmhcCre公司-Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−老鼠(B类,n=4)作为受体接受HFD 12周后。数据代表平均值±SD(Mann-Whitney检验用于比较Cre-与Cre+;双向ANOVA与Bonferroni后检验用于比较使用cAMP)。(C)血清中ApoA1蛋白水平标记Cre+与TaglnCre相比-Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−通过Western blot分析测定HFD 12周后的小鼠。显示了代表性的blot和密度测定定量(n=6;平均值±SD;Mann-Whitney试验)。(D、 E类)乙酰胆碱诱导的内皮依赖性舒张(D),8-9只小鼠的n=20个有内皮环或n=9-10个无内皮环)和DETA-NONOate诱导的内皮非依赖性舒张(E类,从8-9小鼠的主动脉环中,n=16-18个有内皮的环或n=11-16个无内皮的环)TaglnCre公司+与TaglnCre相比-Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−如图所示,HFD 12周后,去除或不去除内皮细胞的小鼠。数据表示平均值±SEM(双向重复测量方差分析与Bonferroni后验进行比较Cre公司-与Cre相比+).(F)主动脉环中L-NAME诱导的收缩(300µM L-NAME)与无L-NAME的基础预收缩的比率标记Cre+与TaglnCre相比-Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−HFD 12周后的小鼠(8~9只小鼠的20~21个环)。数据表示平均值±SEM(Mann-Whitney检验)。(G)相对量化转氨酶(Tagln),平滑肌肌球蛋白重链(Smmhc),波形蛋白CD248型(内唾液酸)大鼠胸主动脉mRNA的表达标记Cre+与TaglnCre相比-Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−SmmhcCre公司+与SmmhcCre相比-Cxcr4号机组飞行/飞行阿波−/−正常化后的小鼠18秒rRNA(n=3-9)。数据表示平均值±标准差、Welch校正的Student t检验或Mann-Whitney检验(视情况而定)。(H)SMC特异性小鼠动脉粥样硬化病变(斑块帽)中CD248(内唾液酸)、vimentin和CD68蛋白表达和脂质沉积(尼罗河红)的代表性图像和定量Cxcr4号机组与对照组相比(n=6-10)。数据表示平均值±标准偏差,并根据情况通过Student t检验和Welch校正或Mann-Whitney检验进行分析(G、 H(H)).(一)相对量化Tagln,光滑,CD248波形蛋白如图所示,用endoIWR1(1µM)预处理并用WNT3a(200 ng/ml)刺激hAoSMCs的mRNA表达。数据标准化为Gapdh公司表达式(平均值±标准差,3-7个实验的数据组合,每个实验一式三份;Sidak多重比较试验的单因素方差分析或Dunn多重比较试验中的Kruskal-Wallis试验,视情况而定)。(J)相对量化Tagln,光滑,CD248波形蛋白用(蛋白酶抗性)CXCL12(100-300 ng/ml)、TGF-β(2.5 ng/ml)或PDGF-BB(20 ng/ml)刺激的hAoSMCs中的mRNA表达。数据标准化为Gapdh公司表达式(平均值±标准差,3-5个实验的数据组合,每个实验一式三份;Sidak多重比较试验的单因素方差分析或Dunn多重比较试验中的Kruskal-Wallis试验,视情况而定)。(A-J)*P(P)<0.05; **P(P)<0.01; ***P(P)<0.001.
图6
图6。CXCR4通路表达与人类动脉粥样硬化疾病的相关性
(A)人类动脉粥样硬化病变中CXCR4的染色。对人颈动脉内膜切除标本进行CXCR4(棕色)和CD31(左侧,粉红色)或SMA(右侧,粉红色)染色。比例尺=50µm。箭头表示CXCR4+EC(左)或CXCR4+SMC(右)。(B)人类动脉粥样硬化病变中活性β-连环蛋白染色。对人颈动脉内膜切除标本进行活性β-catenin(ABC;棕色)和CD31(左侧,粉红色)或SMA(右侧,粉红色)染色。比例尺=50µm。箭头表示ABC+EC(左)或ABC+SMC(右)。(C类)冠心病风险与2322864卢比我们使用92516例冠心病患者和167280名对照者的数据(包括数据集的详细信息,见补充表4),检查了CXCR4基因座(±25KB)上345个常见变异与冠心病的相关性,最显著的是询问了CARDIoGRAMplusC4D数据。我们对12500例心肌梗死患者和12000名对照进行了精细定位研究,并对所有512个变异进行了基因分型,这些变异的次要等位基因频率>0.1%,由美国心脏病研究所的1000-Genomes项目鉴定CXCR4系列基因座。A类P(P)-值为5×10基于对857个变体的Bonferroni校正,被认为具有统计学意义。95%置信区间(CI)的比值比(OR)和P(P)-给出了值。C等位基因位于2322864卢比发现与冠心病风险增加有关(OR:1.04;P(P)=4.38×10−7). (D类)协会2322864卢比具有CXCR4系列颈动脉内膜切除标本中的表达(C/T;T/T:n=121和C/C:n=67,Mann-Whitney试验和Bonferroni校正以调整多重比较)。(E)的相关性CXCR4系列临床颈动脉狭窄的表达,如神经事件所示,如短暂性脑缺血发作(A,无症状,n=25;S,有症状,n=19,Welch校正的非配对t检验);CXCR4系列表达式被规范化为β-肌动蛋白表达式(平均值±SEM)*P(P)<0.05.

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