Krüppel样因子15/白细胞介素11轴介导的外膜重塑依赖于血管紧张素II诱导的高血压中细胞外信号调节激酶1和2的激活

Krüppel-Like Factor 15/Interleukin 11 Axis-Mediated Adventitial Remodeling Depends on Extracellular Signal-Regulated Kinases 1 and 2 Activation in Angiotensin II-Induced Hypertension

作者信息Yue-Tong Guo, Yuan-Yuan Lu, Xiao Lu, Shun He, Shi-Jin Li, Shuai Shao, Han-Dan Zhou, Rui-Qi Wang, Xiao-Dong Li, Ping-Jin Gao
PMID34350769
发布时间2021-08-17
DOI10.1161/JAHA.120.020554

实验完整度

包含IL-11敲除小鼠和Ang II输注体内模型、重组IL-11及中和抗体干预、原代AF细胞实验、双荧光素酶报告基因、Western blot和RT-qPCR等体外机制验证,证据层级丰富。

主要模型

C57BL/6小鼠Ang II输注高血压模型 IL-11基因敲除小鼠Ang II输注模型 大鼠原代外膜成纤维细胞 人胚胎肾293T细胞

重点核对

Ang II输注剂量:1000 ng/kg/min,持续14天 IL-11中和抗体给药方案:1 mg/kg静脉注射,于Ang II输注后第7、9、11、13天 rmIL-11给药剂量:每日皮下注射100 μg/kg 体外AF细胞处理:Ang II浓度10^-6 mol/L,处理时间4-24小时 KLF15过表达和敲低方法:腺病毒介导和siRNA转染

摘要

背景:外膜重塑是高血压的病理标志,导致靶器官损伤。激活的外膜成纤维细胞被认为是这一过程中的关键调节因子,但确切机制仍不清楚。方法与结果:将白细胞介素11(IL-11)基因敲除小鼠和野生型小鼠进行血管紧张素II(Ang II)输注,以建立高血压相关血管重塑模型。在Ang II刺激下,IL-11 mRNA和蛋白表达增加,尤其是在外膜中。与野生型小鼠相比,经Ang II处理的IL-11基因敲除小鼠血管肥大、外膜纤维化、巨噬细胞浸润和炎症因子表达均有所改善。重组小鼠IL-11加重了Ang II输注的野生型小鼠的外膜纤维化。有趣的是,IL-11中和抗体在Ang II输注7天后减弱了外膜纤维化、巨噬细胞浸润和炎症因子的表达。机制上,在原代培养的外膜成纤维细胞中,Krüppel样因子15负性调节Ang II诱导的IL-11表达。Ang II增加了细胞外信号调节激酶1和2的激活(尤其在外膜中),并引起外膜成纤维细胞中细胞外信号调节激酶1和2的双相激活。快速早期激活通过降低Krüppel样因子15表达增加IL-11产生,进而诱导第二次细胞外信号调节激酶1和2激活,导致转录后促纤维化基因表达。结论:这些结果表明,细胞外信号调节激酶1和2的激活对于Krüppel样因子15介导的IL-11在外膜成纤维细胞中的表达以促进Ang II诱导的高血压中的外膜重塑至关重要。因此,靶向Krüppel样因子15/IL-11轴可能作为血管疾病的新治疗策略。

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
在Ang II诱导的高血压中,IL-11是否由外膜成纤维细胞产生并促进外膜重塑,其调控机制是否涉及KLF15和ERK1/2信号通路?
核心机制
Ang II诱导的ERK1/2早期激活通过下调KLF15转录抑制,解除对IL-11表达的抑制作用,导致IL-11产生增加;IL-11随后通过自分泌方式激活第二次ERK1/2信号,进而激活p90RSK,通过转录后机制上调促纤维化蛋白(COL1a1和ACTA2)表达。
主要证据
IL-11敲除或中和抗体可减轻Ang II诱导的血管肥大、外膜纤维化、巨噬细胞浸润和炎症因子表达;KLF15过表达抑制Ang II诱导的IL-11表达和启动子活性,而敲低KLF15则增强IL-11表达,并可通过IL-11中和抗体部分逆转;Ang II引起ERK1/2双相激活,第二次激活依赖于IL-11,且抑制ERK1/2激活可降低IL-11表达和促纤维化蛋白水平。
研究意义
该研究揭示了IL-11在高血压相关血管重塑和纤维化中的新作用,并提示靶向KLF15/IL-11轴可能作为缓解和逆转高血压相关血管重塑和纤维化的潜在治疗策略。

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

Ang II输注诱导高血压模型

建立高血压相关的血管重塑模型,观察IL-11表达变化及外膜重塑表型。

对C57BL/6小鼠(8-10周龄)进行Ang II(1000 ng/kg/min)或生理盐水持续输注14天,建立高血压模型;另使用IL-11敲除小鼠进行相同处理。

2

组织学与免疫荧光分析血管重塑

评估Ang II诱导的血管肥大、纤维化和炎症反应程度。

对主动脉组织进行H&E染色、天狼星红染色、免疫荧光染色(ER-TR7、ACTA2、CD68、KLF15等),定量分析血管壁厚度、面积、胶原面积及细胞浸润。

3

体外原代AF培养及处理

在细胞水平研究Ang II对IL-11表达的影响及KLF15和ERK1/2的调控作用。

分离大鼠胸主动脉外膜成纤维细胞,进行Ang II刺激,并运用腺病毒过表达KLF15、siRNA敲低KLF15、ERK1/2抑制剂和IL-11中和抗体预处理等干预。

4

双荧光素酶报告基因检测IL-11启动子活性

验证KLF15对IL-11转录的调控作用。

将IL-11启动子(-2000至+1)克隆至pGL4.10载体,转染HEK293T细胞,通过AdKLF15过表达和Ang II刺激,测定荧光素酶活性。

5

分子检测IL-11及相关基因表达

定量检测IL-11、COL1a1、ACTA2等基因在mRNA和蛋白水平的表达变化。

提取细胞或组织RNA,通过RT-qPCR检测mRNA表达;用Western blot检测蛋白表达水平。

6

体内给药验证IL-11功能

验证补充IL-11或阻断IL-11信号对Ang II诱导的血管重塑的影响。

在Ang II输注模型中,给予重组小鼠IL-11(每日皮下注射100 μg/kg)或IL-11中和抗体(第7、9、11、13天静脉注射1 mg/kg),分析血管重塑指标。

7

信号通路验证

阐明ERK1/2双相激活及IL-11/ERK1/2/p90RSK通路在促纤维化基因表达中的作用。

通过时间梯度实验检测Ang II诱导的ERK1/2磷酸化变化,应用抑制剂和IL-11中和抗体干预,观察对下游靶蛋白表达的影响。

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
血管紧张素IIMillipore SigmaA9525
微渗透泵Alzetmodel 1002
重组小鼠IL-11R&D2949-MC-050
IL-11中和抗体R&DMAB418
DMEM培养基Corning10-013-cvr
胎牛血清Gibco10099141
青霉素-链霉素Gibco10378016
核糖体S6激酶抑制剂MCEHY-52101
ERK1/2抑制剂MCEPD98059
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo Fisher Scientific--
天狼星红ServicebioGP1138
抗ER-TR7抗体Abcamab51824
抗KLF15抗体Millipore SigmaABC471
抗ACTA2抗体Millipore SigmaA2547
抗磷酸化ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4695
抗CD68抗体Bio-RadMCA341GA
RIPA裂解液Millipore Sigma20-188
蛋白酶抑制剂混合物BimakeB14001
PVDF膜Millipore SigmaIPVH00010
抗IL-11抗体R&DMAB218
抗IL-11受体α亚基抗体Santa Cruz Biotechnologysc-130920
抗I型胶原蛋白α1抗体ServicebioGB11022-1
抗p90RSK抗体Cell Signaling Technology9355
抗磷酸化p90RSK抗体Cell Signaling Technology11989
抗GAPDH抗体KangchenKC-5G5
ECL检测系统Tanon180-5001
Trizol试剂Millipore SigmaT9424
Prime Script RT Master Mix试剂盒Takara--
SYBR Green预混液Takara--
viia7实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
StepOne Plus实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
BP-2000血压分析系统Visitech Systems--
GraphPad Prism 8.0统计软件GraphPad--

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
动物模型建立
Ang II输注剂量:1000 ng/kg/min;输注时间:14天;小鼠品系、性别和年龄:雄性C57BL/6小鼠(8-10周龄,体重20-23g);麻醉方式:1%-2%异氟烷持续吸入。
阅读提示:Methods - Experimental Animals 和 Ang II Infusion Model
IL-11干预
rmIL-11给药剂量:100 μg/kg,每日皮下注射;IL-11中和抗体给药剂量:1 mg/kg静脉注射,于Ang II输注后第7、9、11、13天。
阅读提示:Methods - Ang II Infusion Model
细胞培养和处理
大鼠原代AF分离步骤(文中未明确说明);培养条件:DMEM+10%FBS+1%青霉素/链霉素;血清饥饿时间:24小时;Ang II浓度:10^-6 mol/L;处理时间:mRNA检测4小时,蛋白检测24小时。
阅读提示:Methods - Cell Culture and Reagents, Results - KLF15 Negatively Regulated IL-11 Expression
KLF15操作
KLF15过表达腺病毒滴度:1*10^8 PFU/mL;感染时间:48小时;siRNA浓度:50 nmol/L;转染试剂:Lipofectamine 3000;转染时间:48小时。
阅读提示:Methods - Cell Culture and Reagents
信号通路抑制
ERK1/2抑制剂PD98059浓度:10^-5 mol/L;p90RSK抑制剂CMK浓度:10 µmol/L;处理时间:1小时预处理;IL-11中和抗体浓度:文中未明确说明(用于细胞实验)。
阅读提示:Methods - Cell Culture and Reagents, Results - Ang II Induced Biphasic ERK1/2 Activation