血管平滑肌细胞自噬缺陷加速衰老并促进新生内膜形成和动脉粥样硬化

Defective autophagy in vascular smooth muscle cells accelerates senescence and promotes neointima formation and atherogenesis.

作者信息Mandy Oj Grootaert, Paula A da Costa Martins, Nicole Bitsch, Isabel Pintelon, Guido Ry De Meyer, Wim Martinet, Dorien M Schrijvers
PMID26391655
期刊Autophagy
发布时间2015-11
DOI10.1080/15548627.2015.1096485

实验完整度

包含体外细胞实验(氧化应激、衰老、迁移、胶原检测)、体内动物模型(颈动脉结扎新生内膜模型、Apoe-/-动脉粥样硬化模型)及功能验证(siRNA、过表达),机制验证(NFE2L2通路、SQSTM1诱导衰老)。

主要模型

小鼠主动脉血管平滑肌细胞(VSMC) 血管平滑肌细胞特异性Atg7敲除小鼠(atg7−/−) 颈动脉结扎诱导的新生内膜形成小鼠模型 Apoe−/−小鼠动脉粥样硬化模型

重点核对

血管平滑肌细胞特异性Atg7敲除(Atg7F/FTagln-Cre+) 氧化应激处理:25 µmol/l tBHP或50 µg/ml oxLDL处理24小时 颈动脉结扎诱导损伤模型(5天或5周) 西方饮食喂养10或14周 NFE2L2沉默(siRNA)效率

摘要

自噬在病变动脉血管的血管平滑肌细胞中被触发。然而,血管平滑肌细胞自噬在心血管疾病中的作用知之甚少。因此,我们研究了自噬缺陷对血管平滑肌细胞存活和表型的影响及其在损伤后新生内膜形成和动脉粥样硬化发展中的意义。在小鼠血管平滑肌细胞中条件性敲除必需自噬基因Atg7(atg7−/−血管平滑肌细胞)导致SQSTM1/p62积累,并加速应激诱导的早衰的发展,表现为细胞和核肥大、CDKN2A-RB介导的G1期增殖阻滞和衰老相关的GLB1活性。在Atg7+/+血管平滑肌细胞中转染编码SQSTM1的质粒DNA诱导了类似的特征,提示SQSTM1的积累促进血管平滑肌细胞衰老。有趣的是,与对照组相比,atg7−/−血管平滑肌细胞对氧化应激诱导的细胞死亡具有抵抗力。这种效应归因于转录因子NFE2L2的核转位,导致几种抗氧化酶的上调。在体内,血管平滑肌细胞自噬缺陷导致MMP9、TGFB和CXCL12上调,并促进损伤后新生内膜形成和饮食诱导的动脉粥样硬化。血管平滑肌细胞特异性atg7敲除小鼠的病变特征是总胶原沉积增加、核肥大、CDKN2A上调、RB低磷酸化和GLB1活性,这些都是细胞衰老的典型特征。总之,自噬对血管平滑肌细胞的功能、表型和存活至关重要。血管平滑肌细胞自噬缺陷加速衰老并促进结扎诱导的新生内膜形成和饮食诱导的动脉粥样硬化,提示抑制自噬作为新生内膜狭窄和动脉粥样硬化治疗策略将是不利的。相反,刺激自噬可能是治疗动脉疾病的一个有价值的新策略。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
血管平滑肌细胞自噬缺陷在心血管疾病中的作用及其机制尚不清楚,本研究旨在探讨自噬缺陷对血管平滑肌细胞存活、表型及其在损伤后新生内膜形成和动脉粥样硬化发展中的意义。
核心机制
自噬缺陷导致SQSTM1积累,激活NFE2L2核转位并上调抗氧化酶(GSTA、NQO1),同时通过CDKN2A-RB通路诱导细胞衰老,并上调MMP9、TGFB和CXCL12,促进新生内膜形成和动脉粥样硬化。
主要证据
体外实验表明atg7−/−血管平滑肌细胞对tBHP和oxLDL诱导的细胞死亡更具抵抗力,且出现衰老表型;体内模型显示atg7−/−小鼠结扎后新生内膜形成增加,动脉粥样硬化斑块增大,且斑块内血管平滑肌细胞表现出衰老特征。
研究意义
本研究首次揭示了血管平滑肌细胞自噬在损伤后新生内膜形成和饮食诱导动脉粥样硬化中的作用,并表明SQSTM1是诱导血管平滑肌细胞衰老的关键因子,提示刺激自噬可能是治疗动脉疾病的新策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

验证自噬缺陷

确认Atg7敲除导致血管平滑肌细胞自噬功能受损。

通过Western blot检测ATG7、SQSTM1、ATG12-ATG5、MAP1LC3B表达;饥饿处理(EBSS)后检测MAP1LC3B-II和自噬小体形成;透射电镜观察自噬小体。

2

检测氧化应激抗性

评估自噬缺陷对血管平滑肌细胞氧化应激诱导细胞死亡的影响。

使用tBHP或oxLDL处理VSMCs,检测细胞存活率、ROS产生、抗氧化酶表达及NFE2L2核转位;沉默Nfe2l2后检测细胞抗性。

3

分析细胞形态和功能变化

研究自噬缺陷对VSMC形态、迁移和胶原合成的影响。

观察细胞形态和大小,测量蛋白含量,评估迁移能力(Oris迁移实验),检测TGFB和CXCL12表达,检测胶原总量和类型。

4

评估细胞衰老

确定自噬缺陷是否诱导VSMC衰老及机制。

BrdU掺入实验检测增殖,细胞周期分析,SA-β-gal染色,Western blot检测CDKN2A、RB磷酸化、TP53乙酰化、CDKN1A,彗星实验检测DNA损伤;过表达SQSTM1验证其作用。

5

体内新生内膜形成模型

验证自噬缺陷对损伤后新生内膜形成的影响。

对Atg7+/+和atg7−/−小鼠进行左颈总动脉结扎,5天后检测MMP9、TGFB、CXCL12表达,5周后分析新生内膜面积、胶原含量、CDKN2A和SA-β-gal。

6

体内动脉粥样硬化模型

验证自噬缺陷对动脉粥样硬化发展的影响。

将Atg7+/+和atg7−/−小鼠与apoe−/−小鼠杂交,喂食西方饮食10或14周,分析斑块面积、坏死、凋亡、巨噬细胞含量、胶原含量及VSMC衰老标志物。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM/F-12培养基Gibco Life Technologies11320-074
胎牛血清Sigma AldrichF6178
氧化低密度脂蛋白----
嘌呤霉素Sigma AldrichP8833
中性红----
羧基-H2DCFDAMolecular ProbesI36007
钙黄绿素AMMolecular probesC3099
Pierce BCA蛋白测定试剂盒Thermo Scientific23225
Laemmli样品缓冲液Bio-Rad161-0737
β-巯基乙醇Sigma AldrichM3148
NuPAGE 4-12% Bis-Tris凝胶Life TechnologiesBG04120
Immobilon-P膜MilliporeIPVH304F0
抗GSTA抗体Abcamab53940
抗NFE2L2抗体Abcamab137550
抗CDKN2A/p16抗体Abcamab54210
抗CDKN1A/p21抗体Abcamab7960
抗CXCL12抗体Biossbs-4938
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology14C10
抗TGFB抗体Cell Signaling Technology3711
抗磷酸化RB抗体Cell Signaling Technology8516
抗MAP1LC3B抗体Nanotools0231-100
抗NQO1抗体Novus BiologicalsNBP1-40663
抗PARP1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-7150
抗CDKN2A/p16抗体(sc-1207)Santa Cruz Biotechnologysc-1207
抗总RB抗体Santa Cruz Biotechnologysc-50
抗ACTB抗体Sigma-AldrichA5441
抗ATG7抗体Sigma-AldrichA2856
抗ATG5抗体Sigma-AldrichA0856
抗SQSTM1/p62抗体Sigma-AldrichP0067
抗乙酰化TP53抗体Sigma-AldrichSAB4503014
HRP偶联二抗Dako--
NE-PER核和胞质提取试剂盒Thermo Scientific78833
RIPA裂解液Sigma AldrichR0278
酶谱明胶凝胶Life TechnologiesEC6175
考马斯亮蓝Merck115444
Absolutely RNA小提试剂盒Agilent400800
Agilent 2100生物分析仪Agilent Technologies--
TaqMan基因表达检测Applied Biosystems--
通用PCR预混液Applied Biosystems4324018
人主动脉平滑肌细胞核转染试剂盒AmaxaVPC-1001
ON-TARGETplus SMART Pool siRNADharmaconL-040766-00-0005
ON-TARGETplus对照poolDharmaconD-001810-10-05
Platinum Pfx DNA聚合酶Invitrogen11708-013
pEGFP-N3质粒Clontech6080-1
衰老细胞组织化学染色试剂盒Sigma-AldrichCS0030
BD FACScan流式细胞仪BD--
抗LAMP2抗体BD PharMingen553322
抗剪切CASP3抗体Cell Signaling Technology9661
抗磷酸化RB抗体Cell Signaling Technology8516
抗CDKN2A/p16抗体(sc-1207)Santa Cruz Biotechnologysc-1207
抗TAGLN抗体Abcamab10135
抗ACTA2抗体(FITC标记)Sigma-AldrichA2547
抗SQSTM1/p62抗体Sigma-AldrichP0067
ABC试剂Vector Laboratoriespk4001
天狼星红Sigma Aldrich365548
抗COL3A1抗体BiodesignT33330G
核固红BDH34209
抗ACTA2-FITC抗体Sigma AldrichF3777
西方型饮食Harlan TekladTD88137
Superose 6色谱柱----
胆固醇检测试剂盒RandoxCH200
OCT包埋剂Thermo ScientificNeg-50

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
氧化应激实验
VSMC基因型(Atg7+/+ vs atg7−/−),tBHP浓度(25 µmol/l)或oxLDL浓度(50 µg/ml),处理时间(24 h),细胞代数(4-10代)
阅读提示:Methods: Cell culture 部分
细胞衰老分析
BrdU处理时间(2 h),X-gal染色时间(24 h),细胞周期分析流程,CDKN2A和RB磷酸化检测
阅读提示:Methods: Analysis of cellular senescence 部分
迁移实验
细胞接种密度(2.5×10^4细胞/孔),迁移观察时间(24 h),结晶紫染色浓度(0.1%)
阅读提示:Methods: Analysis of proliferation, collagen amount and migration 部分
颈动脉结扎模型
结扎时间(5天或5周),小鼠基因型(Atg7+/+ vs atg7−/−),麻醉剂和镇痛剂使用(氯胺酮、甲苯噻嗪、丁丙诺啡)
阅读提示:Methods: Mouse studies 部分
动脉粥样硬化模型
饮食类型和持续时间(WD 10或14周),小鼠基因型(atg7−/− apoe−/−),分析部位(头臂动脉和主动脉根部)
阅读提示:Methods: Mouse studies 部分