颅内动脉瘤（IA）是蛛网膜下腔出血的最常见原因，其发病率和死亡率较高。在中国，7.0-8.8% 的成年人口患有未破裂性IAs。虽然目前对未破裂 IA 的治疗主要是手术（夹闭和血管内治疗），但与这些介入性手术相关的并发症和复发风险是不容忽视的。因此，重要的是为 IA 建立适当的无创治疗策略，例如药物治疗，以稳定未破裂的 IAs并防止其发展为易于破裂的 IA。尽管已经进行了大量的研究，但与 IA 形成和破裂相关的机制仍不清楚。
机械应力诱导的血管平滑肌细胞 (VSMCs) 表型转化和异常的血管重塑可能与IA的发病机制有关。然而，机械应力诱导 VSMCs 表型转化和介导血管重塑的机制尚不清楚。Stromal cell–derived factor-1α (SDF-1α) 及其受体—CXC趋化因子受体4 (CXCR4) 在炎症细胞趋化、血管生成、造血作用和神经生成等许多生物学过程中发挥重要作用。这些生物学过程与IA形成过程中血管重塑密切相关。
此外，已经有研究表明，SDF-1α可以诱导VSMCs中基质金属蛋白酶-2（MMP-2）的高表达，而CXCR4拮抗剂可以阻断SDF-1α诱导的proMMP-2反应。然而，尚未有研究确定异常的血流动力学是否可以通过激活SDF-1α / CXCR4通路诱导VSMCs表型转化和血管重塑。
近日，以此为基点，海军军医大学附属长海医院神经外科、中国人民解放军海军医学中心神经外科等医学团队联合在Translational Stroke Research上发表了题为《SDF-1α/CXCR4 Pathway Mediates Hemodynamics-Induced Formation of Intracranial Aneurysm by Modulating the Phenotypic Transformation of Vascular Smooth Muscle Cells》的研究论文。该团队检测了SDF-1α和CXCR4在人IA样本中的表达。此外，利用CXCR4受体拮抗剂 (AMD3100) 和外源性SDF-1α，建立了IA小鼠模型，以验证SDF-1α / CXCR4通路在异常血流动力学诱导的IA中的生物学作用。实验还以机械应激刺激为基础，探讨了人脑VSMCs中SDF-1α / CXCR4通路的激活及其下游信号转导机制。
实验部分
1.共培养系统
HBVSMC/HUVEC 共培养是通过将两种细胞分别置于10 μm厚的多孔膜两侧，培养24 h，然后将两种细胞并入平行板流动腔，培养12 h。将12 dynes /cm2的壁面剪应力（WSS）应用于HUVECs。细胞用 AMD3100 (10 μM) 或SDF-1α (100 ng/ml) 预处理 24 小时。2.SDF-1α / CXCR4 通路和低 WSS 介导的动脉瘤破裂
为探讨SDF-1α / CXCR4信号通路与动脉瘤破裂的关系，实验测定了SDF-1α/CXCR4通路的活性以及α-SMA和MMP-2在动脉瘤破裂中的表达。SDF-1α、CXCR4、TNF-α和MMP-2在破裂动脉瘤中的表达水平显著高于非破裂动脉瘤，而α-SMA的表达水平无明显差异。此外，使用计算流体动力学 (CFD) 分析软件对 IA 进行的血流动力学分析表明，破裂的动脉瘤与较低的 WSS 相关，而未破裂的动脉瘤具有较高的 WSS（0.19 ± 0.11 vs. 0.53 ± 0.18，p = 0.004）。
3.SDF-1α/CXCR4通路调控体外VSMCs 表型转化
为了排除弹性蛋白酶对 SDF-1α / CXCR4 信号通路活性和 HBVSMC 中表型转化相关蛋白表达的影响，HBVSMC 用弹性蛋白酶 (1 U/ml) 预处理 12 小时。HBVSMCs 在体外与 HUVECs 共培养，流动室用于 WSS 干预。通过外源性添加 SDF-1α/CXCR4 信号通路的特异性抑制剂和激活剂，以进一步验证机械应力 (WSS) 与 SDF-1α / CXCR4 信号通路之间的相关性。
为了探索最合适的 WSS 刺激，将 HBVSMCs 分为静态培养组、低 WSS 组、正常 WSS 组和高 WSS 组，分别对应于 0、6、12 和 24 dyn/cm 2 WSS 刺激。
结果显示 SDF-1α、CXCR4 和 MMP-2的表达在 12 dyn/cm 2 WSS 时最高，而 α-SMA 的表达显着低于静态培养组。因此，使用WSS 12 dyn/cm2进行12 h干预。为了探索最适合药物干预的浓度，将AMD3100滴定为0、5、10和20 μM四个浓度，将外源性SDF-1α滴定为0、50、100和200 ng/mL四个浓度。在 12 dyn/cm 2 WSS 共培养刺激 12 小时后，研究了 α-SMA 和 MMP-2 的表达。
数据显示，在 10 μM AMD3100 时，α-SMA 的表达最高，并且 MMP-2 的表达受到显著抑制。在 100 ng/mL SDF-1α 时，α-SMA 的表达受到显著抑制，而 MMP-2 的表达最高。因此，使用 10 μM AMD3100 和 100 ng/ml SDF-1α 作为后续干预措施。
HBVSMCs 分为 WSS0、WSS12、WSS12 SDF 和 WSS12 AMD 组。WSS0组在没有任何干预的情况下进行培养；WSS12组在12dyn/cm 2 WSS下培养；WSS12 SDF组和WSS12 AMD组分别补充100 ng/ml SDF-1α或10 μM AMD3100，在12 dyn/cm 2 WSS下动态培养。结果显示与 WSS0 组相比，WSS12 组 SDF-1α、CXCR4 和 MMP-2 的 mRNA 和蛋白表达显着上调，而 α-SMA 表达显着下调（p < 0.05）。
实验结论
在 IA 中检测到 SDF-1α 和 CXCR4 的显着升高，伴随着动脉瘤壁血管重塑（即炎症因子 MMP-2 和 TNF-α 的上调，以及收缩标志物α- SMA 和calponin 的下调）。此外，血流动力学分析显示，与未破裂的动脉瘤相比，破裂的动脉瘤与较低的壁面剪切应力和较高的 MMP-2 表达相关。体内外实验表明，异常血流动力学可激活SDF-1α / CXCR4、P38和JNK信号通路，诱导VSMCs表型转化，导致IA形成。总之，异常的血流动力学可以通过激活 SDF-1α / CXCR4 信号通路诱导 VSMCs 的表型转化并引起 IA。这一发现为动脉瘤发病机制的研究提供了新的概念，并为IA的预防提供了新的可能方向。
参考文献：Yan Y, Xiong J, Xu F, Wang C, Zeng Z, Tang H, Lu Z, Huang Q. SDF-1α/CXCR4 Pathway Mediates Hemodynamics-Induced Formation of Intracranial Aneurysm by Modulating the Phenotypic Transformation of Vascular Smooth Muscle Cells. Transl Stroke Res. 2021 Jun 25. doi: 10.1007/s12975-021-00925-1. Epub ahead of print. PMID: 34173205.
原文链接：https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/34173205/
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