基質(zhì)金屬蛋白酶11對轉(zhuǎn)化生長因子β1誘導人主動脈平滑肌細胞增殖和膠原合成的影響

白韜 田文海 唐康歲 彭濤 繆宜成 甘金城

廣西壯族自治區(qū)南溪山醫(yī)院1血管外科，2疼痛科，3血管外科，4大血管外科，5科學實驗室（廣西桂林541002）

胸主動脈瘤是一種威脅生命的疾病，特征是無癥狀的胸主動脈擴張?；加行刂鲃用}瘤的患者發(fā)生嚴重主動脈并發(fā)癥的風險較高，如壁內(nèi)血腫、主動脈夾層或破裂，甚至致命［1-2］。據(jù)估計，全世界每年與主動脈瘤相關(guān)的死亡約為200 000 例［3］。由于迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)任何有效的藥物治療方法，手術(shù)修復仍然是主動脈瘤的唯一治療方法［2］。胸主動脈瘤是一種無聲疾病，目前仍需要新穎的靶向診斷工具來識別胸主動脈瘤患者。血管平滑肌細胞（vascular smooth muscle cells，VSMC）作為主動脈介質(zhì)層中的主要細胞，已被認為在維持主動脈壁穩(wěn)態(tài)方面起著關(guān)鍵作用［4］。在人類和動物模型中，導致主動脈壁變性的因素包括轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor β，TGF?β）、基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloprotease，MMP）等［5-6］。根據(jù)報道，TGF?β1 可以促進人主動脈（human aortic，HA）?VSMC 的增殖、遷移和表型轉(zhuǎn)換［7］，還可誘導肺成纖維細胞增殖、膠原蛋白（collagen，Col）Ⅰ、Col Ⅲ合成與細胞表型分化［8］。TGF?β1 能夠刺激VSMC膠原生物合成并抑制膠原降解［9］。此外，細胞表型轉(zhuǎn)化發(fā)生在胸主動脈瘤的發(fā)展過程中，胸主動脈瘤成纖維細胞顯示幾種MMP（MMP2、MMP11、MMP14）、膠原蛋白基因/彈性蛋白（Col1a1、Col1a2、Col3a1、Ern）和其他基質(zhì)蛋白的表達升高［10］。然而，目前仍缺乏關(guān)于MMP11 對TGF?β1 誘導的HA?VSMC 的增殖和膠原合成影響的報道。因此，本研究旨在通過測定MMP11 在TGF?β1 調(diào)控下HA?VSMC 的增殖和膠原合成中的功能，分析此過程中的相關(guān)機制，為胸主動脈瘤的臨床防治提供新的研究方向和干預靶點。

1 材料與方法

1.1 材料人主動脈平滑肌細胞（HA?VSMC）購自美國生物標準品收藏中心，TGF?β1 購自美國Sigma?Aldrich 公司，MMP11 小干擾RNA si?MMP11、siRNA陰性對照si?NC購自上海吉瑪公司，RIPA裂解緩沖液、增強化學發(fā)光（enhanced chemilumi?nescence，ECL）檢測試劑盒購自美國ASPEN 公司，聚偏二氟乙烯（Polyvinylidene fluoride，PVDF）膜（0.45 μm）購自美國Millipore 公司，RevertAid First Strand cDNA 試劑盒購自美國Thermo Fisher Scien?tific 公司，SYBR?Green Premix Ex Taq 試劑盒購自大連TaKaRa 公司，MTS 細胞活力檢測試劑盒購買美國Promega 公司。

1.2 細胞培養(yǎng)與干預將在干冰保存中的HA?VSMC 懸液常規(guī)解凍、復蘇，以1 × 105細胞密度培養(yǎng)于含10%胎牛血清（Fetal calf serum，F(xiàn)BS）的達爾伯克改良伊格爾培養(yǎng)基（Dulbecco′s modified eagle medium，DMEM）中，置于細胞培養(yǎng)箱中，以37 ℃、5% CO2條件下培養(yǎng)，倒置顯微鏡下觀察，當HA?VSMC 達到90%融合時，胰蛋白酶消化進行傳代。采用對數(shù)生長期細胞進行實驗。

TGF?β1 干預時，將HA?VSMC 接種于96 孔板，并使用含10% FBS 的完全培養(yǎng)基培養(yǎng)24 h。然后將HA?VSMC 用等體積的PBS 洗滌一次以除去殘留的血清。血清饑餓24 h 后，將細胞用PBS 洗滌一次，并將0.1、1、5、10 ng/mL TGF?β1［7］加至細胞中，孵育24 h。

1.3 實驗分組與干擾MMP11將HA?VSMC 分為對照組，0.1、1、5、10 ng/mL 組（0.1、1、5、10 ng/mL TGF?β1），5 ng/mL+si?NC 組（5 ng/mL TGF?β1+轉(zhuǎn)染si?NC）和5 ng/mL+si?MMP11 組（5 ng/mL TGF?β1+轉(zhuǎn)染si?MMP11）。干擾MMP11表達時，將HA?VSMC以1×105細胞密度接種于6孔板，24 h后，將細胞通過Opti?MEM 培養(yǎng)液、Lipo2000脂質(zhì)體與si?MMP11、si?NC 充分混勻，置細胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，6 h 后吸去培養(yǎng)基，加入10% FBS 的DMEM 培養(yǎng)基，繼續(xù)培養(yǎng)48 h。轉(zhuǎn)染結(jié)束后，將5 ng/mL TGF?β1加至細胞中，孵育24 h，進行后續(xù)檢測。

1.4 Western blot每組HA?VSMC經(jīng)1.3中處理后，加入適量RIPA 裂解緩沖液常規(guī)提取蛋白，二辛可寧酸（bicinchoninic acid，BCA）法測定蛋白濃度。每組50 μg 體系下行十二烷基硫酸鈉?聚丙烯酰胺凝膠（SDS?PAGE）電泳，PVDF 膜轉(zhuǎn)膜，5%脫脂牛奶室溫浸泡封閉2 h。按1∶1 000 比例在封閉緩沖液中稀釋細胞周期蛋白D1（CyclinD1）、增殖細胞核抗原（Proliferating cell nuclear antigen，PCNA）、ColⅠ、ColⅢ和MMP11一抗，將PVDF膜浸入一抗溶液中，在4 ℃下孵育過夜。次日用Tris?HCl?Tween 緩沖鹽溶液（Tris buffered saline with Tween，TBST）將PVDF 膜徹底清洗，15 min/次×3 次。用封閉緩沖液將HRP 標記的二抗稀釋至1∶5 000 的稀釋度。37 ℃下將PVDF 膜浸泡在HRP 標記的二抗中孵育1 h，再用TBST 徹底清洗PVDF 膜。最后將適量的ECL 底物溶液逐滴添加到每個膜上顯影，bio?rad 凝膠成像儀拍照分析。

1.5 細胞增殖檢測取HA?VSMC 接種于96 孔板中，每孔約5×103個細胞，根據(jù)1.3 分組進行處理，分別在24 h 后加入MTS 試劑20 μL/孔，在37 ℃、5%CO2培養(yǎng)箱中靜置1 h，酶標儀在490 nm 的波長下讀取OD值，各平行孔取平均值。

1.6 MMP11 mRNA采用Trizol 試劑裂解HA?VSMC，提取RNA。按照RevertAid First Strand cDNA試劑盒和SYBR?Green Premix Ex Taq 試劑盒內(nèi)說明書中的方法及步驟進行cDNA 合成與擴增實驗，反應體系10 μL。通過ABI 7500 快速儀器定量MMP11 的表達。以GADPH 作為內(nèi)參基因，用公式2?ΔΔCt計算MMP11 mRNA 表達情況。MMP11 序列為正向：5′?CCTAAAGGTATGGAGCGATGT?3′，反向：5′?CGATAGTCCAGGTCTCATCAT?3′。GADPH 引物序列正向：5′?GAAGGTGAAGGTCGGAGTC?3′，反向：5′?ATCCAGTGCAGGGTCCGAGG?3′。

1.7 統(tǒng)計學方法將SPSS 22.0 軟件應用于統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)以（）表示。組間差異比較通過t檢驗、SNK?q檢測或單因素方差分析進行，當P<0.05時，差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 不同濃度TGF?β1對HA?VSMC增殖的影響見圖1 和表1，0.1、1、5 和10 ng/mL 濃度TGF?β1 處理HA?VSMC后，0.1、1、5和10 ng/mL組HA?VSMC中CyclinD1、PCNA 蛋白水平和HA?VSMC 增殖活性均高于對照組，以5 ng/mL 組CyclinD1、PCNA 蛋白水平和增殖活性最高，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。

圖1 不同濃度TGF?β1 對HA?VSMC 增殖相關(guān)蛋白的影響Fig.1 Effects of different concentrations of TGF?β1 on proliferation related proteins of HA?VSMC

表1 不同濃度TGF?β1 對HA?VSMC 增殖的影響Tab.1 Effects of different concentrations of TGF?β1 on proliferation of HA?VSMC ±s

表1 不同濃度TGF?β1 對HA?VSMC 增殖的影響Tab.1 Effects of different concentrations of TGF?β1 on proliferation of HA?VSMC ±s

注：與對照組比較，*P<0.05

分組對照組0.1 ng/mL 1 ng/mL 5 ng/mL 10 ng/mL F 值P 值OD490 0.29±0.02 0.47±0.03*0.79±0.04*1.05±0.07*0.85±0.05*49.676<0.001 CyclinD1 0.37±0.02 0.49±0.03*0.69±0.04*0.83±0.05*0.62±0.03*25.915<0.001 PCNA 0.23±0.01 0.36±0.03*0.49±0.04*0.68±0.04*0.51±0.03*30.888<0.001

2.2 不同濃度TGF?β1 對HA?VSMC 膠原合成的影響見圖2 和表2，0.1、1、5 和10 ng/mL 濃度TGF?β1 處理HA?VSMC 后，0.1、1、5 和10 ng/mL 組HA?VSMC 中ColⅠ和ColⅢ蛋白水平均高于對照組，以5 ng/mL 組ColⅠ和ColⅢ蛋白水平最高，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。

圖2 不同濃度TGF?β1 對HA?VSMC 膠原合成相關(guān)蛋白的影響Fig.2 Effects of different concentrations of TGF?β1 on collagen synthesis related proteins of HA?VSMC

表2 不同濃度TGF?β1 對HA?VSMC 膠原合成的影響Tab.2 Effects of different concentrations of TGF?β1 on collagen synthesis of HA?VSMC ±s

表2 不同濃度TGF?β1 對HA?VSMC 膠原合成的影響Tab.2 Effects of different concentrations of TGF?β1 on collagen synthesis of HA?VSMC ±s

注：與對照組比較，*P<0.05

分組對照組0.1 ng/mL 1 ng/mL 5 ng/mL 10 ng/mL F 值P 值ColⅠ0.22±0.01 0.35±0.02*0.49±0.04*0.63±0.05*0.45±0.03*24.520<0.001 ColⅢ0.17±0.01 0.31±0.02*0.42±0.03*0.57±0.03*0.39±0.03*34.732<0.001

2.3 不同濃度TGF?β1 對HA?VSMC 中MMP11表達的影響見圖3 和表3，0.1、1、5 和10 ng/mL組HA?VSMC 中MMP11 蛋白和MMP11 mRNA 水平均高于對照組；差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。

圖3 不同濃度TGF?β1對HA?VSMC中MMP11表達的影響Fig.3 Effects of different concentrations of TGF?β1 on the expression of MMP11 of HA?VSMC

表3 不同濃度TGF?β1 對HA?VSMC 中MMP11 表達的影響Tab.3 Effects of different concentrations of TGF?β1 on the expression of MMP11 of HA?VSMC ±s

表3 不同濃度TGF?β1 對HA?VSMC 中MMP11 表達的影響Tab.3 Effects of different concentrations of TGF?β1 on the expression of MMP11 of HA?VSMC ±s

注：與對照組比較，*P<0.05

分組MMP11 mRNAMMP11對照組1.01±0.050.25±0.02 0.1 ng/mL 1.37±0.08*0.38±0.03*1 ng/mL 5 ng/mL 10 ng/mL F 值P 值1.86±0.10*2.57±0.13*2.12±0.11*39.699<0.001 0.51±0.03*0.75±0.05*0.42±0.03*34.432<0.001

2.4 干擾MMP11 表達能逆轉(zhuǎn)TGF?β1（5 ng/mL）對HA?VSMC增殖的影響見圖4和表4，5 ng/mL+si?MMP11 組HA?VSMC 的MMP11、CyclinD1、PCNA蛋白水平和增殖活性均低于5 ng/mL+si?NC 組，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。

圖4 干擾MMP11 表達能逆轉(zhuǎn)TGF?β1（5 ng/mL）對HA?VSMC 增殖相關(guān)蛋白的影響Fig.4 Interfering with MMP11 expression reversed the effects of TGF?β1（5 ng/mL）on HA?VSMC proliferation related proteins

表4 干擾MMP11 表達能逆轉(zhuǎn)TGF?β1（5 ng/mL）對HA?VSMC 增殖的影響Tab.4 Interfering with MMP11 expression reversed the effects of TGF?β1（5 ng/mL）on HA?VSMC proliferation ±s

表4 干擾MMP11 表達能逆轉(zhuǎn)TGF?β1（5 ng/mL）對HA?VSMC 增殖的影響Tab.4 Interfering with MMP11 expression reversed the effects of TGF?β1（5 ng/mL）on HA?VSMC proliferation ±s

注：與5 ng/mL+si?NC 組比較，*P<0.05

分組5 ng/mL+si?NC 5 ng/mL+si?MMP11 t 值P 值MMP11 0.78±0.04 0.36±0.02*9.773 0.001 OD 值（490 nm）0.98±0.04 0.51±0.03*10.720<0.001 CyclinD1 0.79±0.04 0.45±0.02*8.193 0.001 PCNA 0.66±0.03 0.34±0.01*11.392<0.001

2.5 干擾MMP11表達能逆轉(zhuǎn)TGF?β1（5 ng/mL）對HA?VSMC膠原合成的影響見圖5和表5，5 ng/mL+si?MMP11組HA?VSMC的ColⅠ和ColⅢ蛋白水平均低于5 ng/mL+si?NC組，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。

圖5 干擾MMP11 表達能逆轉(zhuǎn)TGF?β1（5 ng/mL）對HA?VSMC 膠原合成相關(guān)蛋白的影響Fig.5 Interfering with MMP11 expression reversed the effects of TGF?β1（5 ng/mL）on HA?VSMC collagen synthesis related proteins

表5 干擾MMP11 表達能逆轉(zhuǎn)TGF?β1（5 ng/mL）對HA?VSMC 膠原合成的影響Tab.5 Interfering with MMP11 expression reversed the effects of TGF?β1（5 ng/mL）on HA?VSMC collagen synthesis ±s

表5 干擾MMP11 表達能逆轉(zhuǎn)TGF?β1（5 ng/mL）對HA?VSMC 膠原合成的影響Tab.5 Interfering with MMP11 expression reversed the effects of TGF?β1（5 ng/mL）on HA?VSMC collagen synthesis ±s

注：與5 ng/mL+si?NC 組比較，*P<0.05

分組5 ng/mL+si?NC 5 ng/mL+si?MMP11 t 值P 值ColⅠ0.59±0.04 0.31±0.02*6.718 0.003 ColⅢ0.52±0.03 0.26±0.02*7.797 0.002

3 討論

TGF?β是分子量為25 kDa 普遍存在的蛋白質(zhì)，在組織修復中起重要作用。資料顯示，TGF?β途徑與胸主動脈瘤和VSMC 表型轉(zhuǎn)換有關(guān)［11］。TGF?β1已被報道可以誘導VSMC 增殖［12］，還可促進人主動脈內(nèi)皮細胞、HA?VSMC 共培養(yǎng)后的ColⅠ、Col Ⅲ蛋白表達［13］，這與本研究中觀察到的0.1、1、5 和10 ng/mL 濃度TGF?β1 提高增殖活性、上調(diào)增殖蛋白CyclinD1、PCNA 水平和ColⅠ、Col Ⅲ蛋白水平相吻合，提示TGF?β1 能夠促進HA?VSMC 的增殖和膠原合成。

MMP 在調(diào)節(jié)多種不同類型細胞的增殖、分化、凋亡等生理過程中發(fā)揮重要作用［14-15］。在胸主動脈瘤中，彈性蛋白、膠原蛋白和糖胺聚糖的含量減少，活性MMP及其抑制劑的數(shù)量失衡是造成這些變化的主要原因［16］。MMP?11 最早發(fā)現(xiàn)于乳腺癌［17］，通過增加增殖和減少凋亡來促進乳腺腫瘤早期生長［18］。根據(jù)報道，MMP11 是胰腺導管腺癌的腫瘤啟動子［19］，MMP11 耗竭嚴重損害肺腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲［20］。在SELVEY 等［21］測試的成纖維細胞培養(yǎng)物中，白介素1β、TGF?β、纖連蛋白和膠原V 處理48 h，使MMP?11 表達增加。本研究檢測到了相同的情況，即0.1、1、5 和10 ng/mL 濃度TGF?β1 處理HA?VSMC 后，MMP11 蛋白、MMP11 mRNA 水平升高，提示TGF?β1 可誘導MMP11 表達。但MMP11 對TGF?β1 誘導的HA?VSMC 增殖與膠原合成的影響尚未可知。本研究利用siRNA 干擾MMP11 表達，結(jié)果表明，干擾MMP11 表達后，TGF?β1 促進HA?VSMC 增殖與膠原合成的作用被部分逆轉(zhuǎn)，這表明MMP11 可能有助于TGF?β1 誘導HA?VSMC 的增殖與膠原合成，為胸主動脈瘤診治的潛在靶點提供了新的見解，至于MMP11 發(fā)揮作用的機制有待于進一步研究。