COX2通过HIF-1α/VEGFA/PDGFB通路增强炎症肌腱细胞的新血管形成

COX2 Enhances Neovascularization of Inflammatory Tenocytes Through the HIF-1α/VEGFA/PDGFB Pathway.

作者信息Bin Deng, Pu Xu, Bingyu Zhang, Qing Luo, Guanbin Song
PMID34422800
发布时间2021-08-04
DOI10.3389/fcell.2021.670406

实验完整度

研究涵盖细胞模型(LPS诱导的肌腱细胞炎症模型)、功能验证(血管形成实验、siRNA敲低受体)、机制验证(双荧光素酶、ChIP、免疫共沉淀)等独立证据层级。

主要模型

大鼠肌腱细胞(原代培养,LPS诱导炎症) 大鼠主动脉血管内皮细胞(RAOEC)

重点核对

LPS处理浓度:0.25 μg/ml,处理时间12小时 TSA处理浓度:500 nM COX2过表达质粒pCDH-COX2和VEGFA/PDGFB启动子报告质粒psiCHECK2的构建 siRNA敲低COX2、VEGFR2、PDGFRβ的转染条件 管形成实验中使用Matrigel和RAOECs

摘要

肌腱损伤是骨科最具挑战性的损伤之一。在早期肌腱修复过程中,新血管形成是必要的。然而,过度的血管生成也会加剧瘢痕形成,导致疼痛和功能障碍。缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)及其转录靶点血管内皮生长因子A(VEGFA)和血小板衍生生长因子B(PDGFB)的高表达与显著较差的结果相关,但潜在的分子机制仍不清楚。本研究使用脂多糖(LPS)诱导肌腱细胞的炎症反应。LPS增加了肌腱细胞的炎症因子COX2的表达,并激活了HIF-1α/VEGFA/PDGFB通路。此外,肌腱细胞的条件培养基促进了大鼠主动脉血管内皮细胞(RAOEC)的血管生成。进一步地,使用组蛋白去乙酰化酶抑制剂曲古抑菌素A(TSA)处理炎症肌腱细胞。HIF-1α及其转录靶点VEGFA和PDGFB的表达水平下降,导致RAOEC血管生成被抑制。最后,双荧光素酶报告基因实验和染色质免疫沉淀(ChIP)实验证明,HIF-1α/PDGFB通路在肌腱细胞血管生成中比HIF-1α/VEGFA通路发挥更关键的作用。TSA主要通过表观遗传调控HIF-1α/PDGFB通路来减轻血管生成。综上所述,TSA可能是一种有前景的抗血管生成药物,用于肌腱损伤引起的异常血管生成。

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
炎症肌腱细胞中COX2如何促进血管生成,以及TSA能否抑制该过程?
核心机制
COX2通过激活HIF-1α及其下游靶基因VEGFA和PDGFB,促进肌腱细胞血管生成,其中PDGFB通路作用更为关键;TSA通过增加p53乙酰化,抑制HIF-1α结合到VEGFA和PDGFB启动子,从而抑制血管生成。
主要证据
LPS诱导肌腱细胞炎症,增加COX2、HIF-1α、VEGFA和PDGFB表达;条件培养基促进RAOEC管形成;siRNA敲低VEGFR2和PDGFRβ抑制血管生成;ChIP和双荧光素酶实验验证HIF-1α结合并激活VEGFA和PDGFB启动子,且TSA抑制HIF-1α结合;免疫共沉淀显示TSA促进p53与p300结合,减少COX2和p300与HIF-1α的结合。
研究意义
TSA可能成为一种有前景的抗血管生成药物,用于治疗肌腱损伤引起的异常血管生成。

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

构建肌腱细胞炎症损伤模型

验证LPS能否诱导肌腱细胞炎症并确定最佳处理条件

用不同浓度LPS处理原代大鼠肌腱细胞,检测炎症因子COX2及HIF-1α、VEGFA的mRNA和蛋白表达,确定0.25 μg/ml LPS处理12h为后续实验条件。

2

验证炎症肌腱细胞对血管生成的影响

评估炎症肌腱细胞分泌的因子是否能促进血管内皮细胞管形成

收集LPS处理肌腱细胞的条件培养基,用于RAOEC的管形成实验并检测VEGFA分泌。

3

验证COX2对HIF-1α及其靶基因的调控

确定COX2是否通过HIF-1α影响VEGFA和PDGFB表达

使用siRNA敲低COX2或过表达COX2(pCDH-COX2),检测HIF-1α、VEGFA、PDGFB的表达水平。

4

验证VEGFA和PDGFB通路在血管生成中的作用

确定VEGFA和PDGFB通路是否介导COX2促进的血管生成

敲低RAOEC中的VEGFR2或PDGFRβ,然后用COX2过表达肌腱细胞的条件培养基处理,观察管形成能力。

5

评估TSA对血管生成和信号通路的影响

验证TSA能否抑制COX2过表达引起的血管生成及其分子机制

用TSA处理COX2过表达肌腱细胞,检测乙酰化水平、HIF-1α、VEGFA、PDGFB表达,管形成能力,双荧光素酶报告基因启动子活性。

6

研究TSA对HIF-1α结合VEGFA和PDGFB启动子的影响

探究TSA是否抑制HIF-1α与靶基因启动子的结合及其差异

使用ChIP实验检测HIF-1α在VEGFA和PDGFB启动子区域的富集,比较有无TSA处理的差异。

7

研究COX2、p53、HIF-1α之间的蛋白相互作用

揭示TSA抑制HIF-1α功能的分子机制

通过免疫共沉淀检测COX2、p53、HIF-1α、p300之间的相互作用,比较有无TSA处理。

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培养基Gibco by Life Technologies11965092
胎牛血清Sigma-AldrichF4135
抗生素-抗真菌剂Gibco by Life Technologies15240096
胰蛋白酶-EDTAGibco by Life Technologies25200072
脂多糖SigmaL2630-10MG
RNA提取试剂盒BiotekeRP1001
PrimeScript RT试剂盒(含gDNA去除剂)TakaraRR037A
SYBR qPCR预混液BimakeB21202
裂解缓冲液BeyotimeP0013B
PVDF膜MilliporeIPVH00010
COX2抗体Cell Signaling Technology12282
HIF-1α抗体Cell Signaling Technology14179
乙酰化赖氨酸抗体Cell Signaling Technology9441
VEGFR2抗体Cell Signaling Technology9698
PDGFRβ抗体Cell Signaling Technology3161
β-肌动蛋白抗体Cell Signaling Technology8457
二抗BeyotimeA0208
ECL化学发光系统MilliporeWBULS0500
Lipofectamine 3000转染试剂InvitrogenL3000001
基质胶BD356234
VEGFA ELISA试剂盒NeobioscienceGTX00343-pro
PDGFB ELISA试剂盒NeobioscienceNOV-BG-RAT11754-96T
Bio-Rad酶标仪Bio-Rad1681130A
碧云天双荧光素酶报告基因检测系统BeyotimeRG027
RIPA裂解液BeyotimeP0013D
蛋白酶抑制剂混合物BimakeB14001
蛋白A+G琼脂糖珠BeyotimeP2012
p53抗体Cell Signaling Technology32532
免疫球蛋白GBeyotimeA7016
ChIP检测试剂盒BeyotimeP2078

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
细胞培养与炎症诱导
大鼠肌腱细胞原代培养、LPS浓度(0.25 μg/ml)、处理时间(12h)
阅读提示:Materials and Methods: Primary Culture of Rat Tenocytes and Aortic Endothelial Cells (RAOECs); Results: The Construction of the Tenocyte Inflammation Injury Model
基因敲低与过表达
siRNA转染量(2 μg/well)、Lipofectamine 3000用量(5 μl/well)、转染时间(48h)、pCDH-COX2质粒构建与转染
阅读提示:Materials and Methods: Construction of pCDH-COX2 and psiCHECK2-pVEGFA Vectors, siRNA Transfection
血管生成功能检测
Matrigel基质胶、RAOEC细胞数(104/孔)、管形成时间(6h)、条件培养基收集时间(24h)
阅读提示:Materials and Methods: Tube Formation Assay; Results: The Effects of Inflammatory Injury of Tenocytes on Angiogenesis
机制验证
双荧光素酶报告基因检测启动子活性、ChIP实验TSA浓度(500 nM)、免疫共沉淀抗体
阅读提示:Materials and Methods: Luciferase Reporter Assay, ChIP Assay, Immunoprecipitation Assay