Adv Sci:张澄/张运/章萌团队发现β2受体激动剂福莫特罗抑制腹主动脉瘤的有益作用

2024-02-19 论道心血管 论道心血管 发表于威斯康星

中等剂量的β2肾上腺素受体激动剂福莫特罗可显著抑制EPO诱导的AAA并揭示了这一疗效的分子机制,为AAA的药物治疗开辟了新的途径。

腹主动脉瘤(AAA)是一类隐匿性强、致死率高、控制率低的严重大血管疾病,目前仍缺乏治疗AAA的有效药物。2021年,张澄教授/张运院士/章萌副教授团队首次报道促红细胞生成素(EPO)可诱导ApoE-/-小鼠形成AAA,与传统AAA小鼠模型相比,EPO诱导的AAA小鼠模型更接近人类AAA的发病特点。然而,在这一新的小鼠模型中,何种药物可对抗AAA仍不明了。

2024214日,山东大学齐鲁医院络病理论创新转化全国重点实验室和心内科张澄教授/张运院士/章萌副教授团队在国际权威期刊Advanced Science (5年影响因子IF=16.7)上发表了题为“Medium-Dose Formoterol Attenuated Abdominal Aortic Aneurysm Induced by EPO via β2AR/cAMP/SIRT1 Pathway”的研究论文,该研究首次发现,中等剂量的β2肾上腺素受体激动剂福莫特罗可显著抑制EPO诱导的AAA并揭示了这一疗效的分子机制,为AAA的药物治疗开辟了新的途径。

首先,作者在给予EPO并诱导出AAAApoE-/-小鼠和不给予EPO的对照ApoE-/-小鼠中进行了主动脉组织测序的对比分析,利用Phenopedia数据库筛选测序结果,显示与AAA相关的差异基因共121个,包括37个上调基因和87个下调基因。课题组将全部121个差异基因、37个上调基因和87个下调基因分别输入Connectivity Map (CMap)数据库进行药物预测,获得3组预测药物,将3组预测药物相互交集,得出唯一交集的药物福莫特罗,由此提出科学假设:福莫特罗可能对EPO诱导的AAA具有干预作用。

继之,课题组通过向ApoE-/-小鼠腹腔注射EPO构建了AAA模型,将造模小鼠随机分为对照组以及福莫特罗低、中、高剂量组,发现中剂量福莫特罗可显著抑制EPO诱导的AAA的发生。

进一步的生物信息学分析发现,EPO可能通过促进细胞衰老而诱导AAA的发生。H2AX存在于细胞核的核小体中,当DNA损伤时,H2AXSer139 位点会发生快速磷酸化,故第139位丝氨酸磷酸化的H2AX被命名为γH2AX,是细胞衰老的标志物。在多种衰老细胞模型中,SIRT1蛋白表达水平随着衰老进程逐渐降低,这一现象已成为细胞衰老的特征。课题组采用免疫组织荧光染色方法检测了对照组、EPO组、EPO+中剂量福莫特罗组腹主动脉切片中γH2AXSIRT1的表达水平,发现EPO加重主动脉平滑肌细胞(VSMC)衰老程度,而EPO+中剂量福莫特罗逆转了这一现象。

福莫特罗是β2肾上腺素受体(β2AR)激动剂,为了明确福莫特罗对EPO诱导AAA的作用机制,课题组首先证明小鼠主动脉平滑肌细胞中存在β2AR,然后利用小干扰RNA构建了β2AR基因敲低的小鼠原代VSMC以及无基因干扰的对照VSMC,通过SA-β-gal染色、Western blot以及SIRT1细胞免疫荧光染色实验发现,福莫特罗通过β2AR上调了SIRT1的表达并促进SIRT1进入细胞核,延缓EPO诱导的VSMC细胞衰老。

福莫特罗主要通过激活β2AR,使环磷酸腺苷(cAMP)合成增多而发挥药理作用,已有研究报道,cAMP增多亦可促进SIRT1的表达。为了观察cAMP在福莫特罗延缓VSMC细胞衰老中的作用,课题组采用ELISA法检测了小鼠VSMC中的cAMP水平,发现EPO并未引起细胞中cAMP水平上调,而EPO+中剂量福莫特罗组细胞内cAMP水平显著升高,而应用腺苷酸环化酶抑制剂SQ22536抑制cAMP的合成后,EPO+福莫特罗组细胞内cAMP水平则不再升高。同时,SA-β-gal染色、Western blot以及SIRT1细胞免疫荧光染色实验发现,在抑制cAMP合成后,福莫特罗对EPO引起的细胞衰老和SIRT1表达及活性下调失去干预作用。

有研究表明,高剂量福莫特罗可导致β2AR内吞,这可能是高剂量福莫特罗组未显示AAA保护作用的潜在机制。课题组在体外实验中观察了不同浓度梯度福莫特罗(0.01 nmol/mL0.1 nmol/mL1 nmol/mL、10 nmol/mL)β2AR膜定位的影响。通过β2AR细胞免疫荧光染色的共聚焦显微镜观测和细胞膜蛋白Western blot实验,发现高剂量(10 nmol/mL)福莫特罗可导致β2AR内吞,从而揭示了高剂量福莫特罗对EPO诱导的AAA失去保护作用的分子机制。

综上所述,在EPO诱导的ApoE-/-小鼠的AAA模型中,中剂量福莫特罗组显著抑制了AAA的形成,其机制为:福莫特罗通过激活β2AR,增加了细胞内cAMP含量,上调了SIRT1的表达和活性,延缓了主动脉平滑肌细胞的衰老。鉴于福莫特罗是一种临床常用药物,本研究为福莫特罗的“老药新用”和AAA的防治提供了新的途径。

山东大学齐鲁医院张澄教授、张运院士和章萌副教授为该论文的通讯作者,山东大学齐鲁医院心内科博士张见琳为该论文的第一作者,山东大学齐鲁医院为该论文的第一和通讯作者单位。该研究工作获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持,得到了山东大学心血管重构与功能研究重点实验室动物中心的大力支持和帮助,课题组对此深表谢意。

原文链接:

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38353392/

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