低剪切应力下由 IKKε 调节的 Akt 磷酸化通过激活 IRF3 导致内皮炎症

低剪切应力下由 IKKε 调节的 Akt 磷酸化通过激活 IRF3 导致内皮炎症

动脉粥样硬化是一种慢性炎症性疾病,大都发生在几何性质复杂、弯曲、分叉如冠状动脉、腹主动脉等血液流动区域,这些复杂流场区域往往与扰动流相关,特别是低剪切应力(LSS)。LSS 是血流施加的切向摩擦力,在血管炎症的发展和动脉粥样硬化斑块的发展中至关重要。越来越多的证据表明,LSS 通过增强内皮细胞炎症分子的表达来促进动脉粥样硬化。然而,LSS 诱导炎症的潜在机制还不完全清楚。



Akt 激酶,也称为蛋白激酶 B/PKB,在细胞生长、增殖、迁移和代谢等多种细胞功能中发挥重要作用。众所周知,PI3K 有助于 Akt1Thr308 Ser473 上的两个关键残基的磷酸化。除了这种经典途径外,Akt 还可以被非经典途径激活,例如 mTORC2Ack1SrcPTK6TBK1 IKKε

大量研究表明,由生理层流剪切应力诱导的 Akt 激活是一种公认的抗动脉粥样硬化流动,在内皮功能中起保护作用。同时,据报道在 LSS 作用下,内皮细胞 Akt 磷酸化水平也有增加。然而,LSS 诱导的内皮细胞(ECs)中 Akt 激活的机制和作用仍不清楚。

基于此,南京医科大学附属南京第一医院心血管内科、江苏大学附属人民医院重症监护室的研究团队进行了深入研究,发现暴露于 LSS 的人脐静脉内皮细胞(HUVECs)中的 Akt 激活受到 IKKε 的调节,并且由 IKKε 介导的 Akt 激活在 LSS 诱导的内皮炎症中起着至关重要的作用。



低剪切应力下由 IKKε 调节的 Akt 磷酸化通过激活 IRF3 导致内皮炎症


首先,为了确认 LSS 是否激活 Akt,使用蛋白质印迹分析检测了 Akt Thr308/Ser473 位点的磷酸化。HUVECs 分别暴露于 2 dyn/cm2 的 LSS 下 0、5、15、30、60 和 120 分钟。结果显示,与静态对照组相比,五个处理组中 Ser473 和 Thr308 位点的 Akt 磷酸化均呈时间依赖性增加。在 LSS 处理后 5 分钟观察到 Akt 磷酸化升高,并在 30 分钟达到峰值,增加了 2-3 倍。




众所周知,PI3K 是 Akt 活性的典型上游调节因子。因此,实验研究了 LSS 诱导的 Akt 激活是否依赖于 PI3K。数据表明 LSS 诱导的 Akt 激活不依赖于 PI3K因为 mTORC2 是一种成熟的 AktS473)激酶,实验还评估了 mTORC2 LSS 刺激的 Akt 激活中的作用。结果发现 LSS 以独立于 mTORC2 的方式激活 Akt

最近的研究表明,IKKε 和 TBK1 是 Akt 激酶的上游调节因子。因此,实验进一步确定了 IKKε 和 TBK1 在 LSS 诱导的 Akt 激活中的作用。结果表明 LSS 激活 HUVECs 中的 IKKε 和 TBK1。

然后实验研究了 IKKε LSS 诱导的 Akt 激活中的作用。用小干扰 RNAssiRNAs)转染 HUVECs 以抑制 IKKε 表达,然后 LSS 处理 60 分钟。使用蛋白质印迹分析评估 siRNAs IKKε 敲低的有效性。与对照 siRNA 相比,IKKε siRNA 显著消除了由 LSS 诱导的 Akt -Thr308 -Ser473 的磷酸化,表明在 LSS HUVECs Akt 活性受到 IKKε 的正向调节

同时还探讨了 TBK1 对 LSS 诱导的 Akt 激活的影响。结果表明,LSS 诱导的 Akt 激活并不需要TBK1。总之,这些数据表明 IKKε,而不是 TBK1,与 Akt 相互作用,并作为响应 LSS Akt 的关键上游激活剂发挥作用。


为了阐明 Akt 在 LSS 诱导的内皮功能障碍中的作用,实验检测了 Akt 抑制对 LSS 诱导的 HUVECs 中 ICAM-1 表达的影响。与对照组(DMSO,1:10000)相比,在静态组和 LSS 组,1 μM 浓度的特异性 Akt 抑制剂 MK2206 可阻断 Akt(Ser473 和 Thr308)的磷酸化。值得注意的是,在用 MK2206 处理的 HUVECs 中,由 LSS 触发的 ICAM-1 的蛋白表达显著降低。


接下来进一步证明 Akt 激活对 LSS 刺激的 ICAM-1 表达的影响,结果表明,Akt1 失活突变显著降低了 LSS 诱导的 ICAM-1 表达。此外,MK2206 对 Akt 的抑制显著降低了 LSS 诱导的 ICAM-1、VCAM-1 和 MCP-1 的 mRNA 表达水平。更重要的是,AAV 介导的内皮特异性 Akt1 过表达显著增加了小鼠部分结扎的颈动脉 LSS 区域的内膜 ICAM-1 表达。所有这些结果都反映了 Akt 参与了 LSS 诱导的 ECs 中粘附分子和趋化因子的表达为了确定响应 LSS 的 Akt 激活介导的 ICAM-1 表达机制,实验最后检测了 Akt 抑制对 IRF3、NF-κB 和 STAT1 的影响,它们都是 IKKε 的关键下游分子并参与 ICAM-I表达 。

与对照组(DMSO,1:10000)相比,MK2206 对 Akt 的抑制显著消除了 LSS 诱导的 IRF3 磷酸化和核易位。同样,Akt1 失活突变显著减少了 LSS 诱导的 IRF3 核易位。此外,AAV 介导的 Akt1 过表达显著上调小鼠部分结扎的颈动脉 LSS 区域的内膜 IRF3 表达。相比之下,MK2206 对 Akt 的抑制对 LSS 刺激的 NF-κB 和 STAT1 的磷酸化和核易位没有影响。这些结果表明 Akt 通过激活 IRF3 而不是 NF-κB 和 STAT1 来促进 LSS 诱导的 ICAM-1 表达。


低剪切应力下由 IKKε 调节的 Akt 磷酸化通过激活 IRF3 导致内皮炎症

图形概要


LSS 在 HUVECs 中激活的 IKKε/Akt/IRF3 信号通路的表征。IKKε 介导的 Akt Ser473 和 Thr308 位点的磷酸化通过增加 IRF3 磷酸化和核易位以及随后与 ICAM-1 启动子结合以响应 LSS 来促进 ICAM-1 表达。

总之,该研究表明 LSS 诱导的 Akt 磷酸化依赖于 IKKε,并通过激活 IRF3 促进内皮炎症。这些发现为 LSS 诱导的病理过程提供了一种新机制,并为针对动脉粥样硬化,特别是血管分叉病变中炎症性疾病的新疗法提供了新的见解。



参考文献:Zhu L, Yang H, Chao Y, Gu Y, Zhang J, Wang F, Yu W, Ye P, Chu P, Kong X, Chen S. Akt phosphorylation regulated by IKKε in response to low shear stress leads to endothelial inflammation via activating IRF3. Cell Signal. 2021 Apr;80:109900. doi: 10.1016/j.cellsig.2020.109900. Epub 2020 Dec 25. PMID: 33370582.
原文链接:https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/33370582/
图片来源:所有图片均来源于参考文献

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