Aβ1-40通过激活MAPKs通路诱导血管平滑肌细胞发生炎症及表型转化*

张杰， 黄兴晓， 池菊芳

Aβ1-40通过激活MAPKs通路诱导血管平滑肌细胞发生炎症及表型转化*

张杰， 黄兴晓▲， 池菊芳△

［绍兴市人民医院（浙江大学绍兴医院）心内科，浙江绍兴 312000］

探究β-淀粉样蛋白1-40 （Aβ1-40）对血管平滑肌细胞（VSMCs）的炎症反应、活力、迁移能力及表型转化的影响，并分析其机制。以不同浓度的Aβ1-40干预VSMCs适当时间。用CCK-8和Transwell实验评估细胞的活力及迁移能力；用Western blot检测细胞中白细胞介素1β （IL-1β）和肿瘤坏死因子α （TNF-α）等炎症因子水平， VSMCs表型转化标志蛋白α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）、骨桥蛋白（OPN）和Krüppel样因子4 （KLF4）的表达，以及丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）信号通路相关蛋白p-p38 MAPK、p-ERK1/2和p-JNK的蛋白水平。在Aβ1-40的作用下， VSMCs中炎症因子IL-1β和TNF-α水平显著升高，表型转化相关蛋白表达发生改变， α-SMA表达水平显著下降，而OPN和KLF4的表达水平显著升高（<0.05）；且在一定浓度范围内， Aβ1-40可提高VSMCs的活力和迁移能力；另外，Aβ1-40处理可显著增加VSMCs中p-p38 MAPK、p-ERK1/2和p-JNK的蛋白水平（<0.05）。应用MAPKs相应的抑制剂可显著降低IL-1β和TNF-α表达水平（<0.05），并抑制细胞表型转化，即α-SMA表达水平显著升高， OPN和KLF4表达水平显著下降（<0.05）。Aβ1-40可通过激活MAPKs通路诱导VSMCs发生炎症反应和表型转化。

β-淀粉样蛋白1-40；血管平滑肌细胞；炎症；表型转化；MAPKs信号通路

β-淀粉样蛋白（amyloid β-protein， Aβ）在脑内的沉积是阿尔茨海默病（Alzheimer disease， AD）的重要发生机制之一，其中Aβ1-40和Aβ1-42在AD的病理过程中显得尤为重要［1-2］。且随着研究的深入，上述两种淀粉样蛋白在AD中的具体定位日渐清晰。Aβ1-40主要通过与脑血管较高的亲和力而沉积于血管，造成大脑淀粉样血管病（cerebral amyloid angiopathy， CAA），这是一种AD的标志性病变，进而促进AD的进展［3］； Aβ1-42则更多的是沉积在脑组织而发挥其作用［4］。然而Aβ1-40与脑血管的亲和力并无特异性，预示其可能不仅仅只在脑血管中沉积，还可能在外周血管中也发挥促炎等作用。一项关于Aβ在全身血浆及组织中水平的研究显示，在动脉粥样硬化患者的主动脉壁上，Aβ1-40和Aβ1-42分别以75.3 ng/g和0.7 ng/g的含量存在于动脉粥样硬化斑块之中［5］。同时，最新资料也表明AD与心血管疾病（cardiovascular diseases， CVD）存在许多共享的病理机制， Aβ1-40在CVD中也同样发挥着重要作用，而针对Aβ1-40代谢可能将成为一种有效的CVD治疗方式［6］。但目前为止，仅有少量关于Aβ1-40与心血管疾病关系的研究，而细分到动脉粥样硬化的研究更是寥寥无几。据此，本研究主要探讨Aβ1-40与动脉粥样硬化的关系。另外，由于血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells， VSMCs）在动脉粥样硬化中发挥着十分关键的作用，因此本研究观察Aβ1-40对VSMCs炎症和表型转化的影响，并探讨丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases， MAPKs）信号通路［包括细胞外信号调节激酶（extracellular signal-egulated kinase， ERK）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun NH2-terminal kinase， JNK）和p38 MAPK］在其中的作用。

材料和方法

1　实验材料

VSMCs购自中国科学院。DMEM培养基购自Sigma；胎牛血清购自Gibco； Aβ1-40购自Abcam； SB203580、U0126、SP600125和CCK-8试剂盒均购自Mce； Transwell小室购自Corning； BCA试剂盒和ECL发光液购自碧云天公司；抗白细胞介素1β （interleukin-1β，IL-1β）、肿瘤坏死因子α （tumor necrosis factor-α， TNF-α）、α-平滑肌肌动蛋白（α-smoth muscle actin， α-SMA）、骨桥蛋白（osteopontin， OPN）、Krüppel样因子4 （Krüppel-like factor 4， KLF4）、p38 MAPK、p-p38 MAPK、ERK1/2、p-ERK1/2、JNK和p-JNK抗体均购自Abcam。

2　实验方法

2.1细胞培养用含10%胎牛血清和1%青-链霉素的DMEM高糖培养基（Sigma）培养VSMCs。细胞置于37℃、5% CO2加湿培养箱之中。

2.2细胞干预为探究不同浓度Aβ1-40对VSMCs的作用，将VSMCs随机分为4组：（1）对照（control）组，给予正常培养基；（2） 0.5 µmol/L Aβ1-40组，培养基中含0.5 µmol/L Aβ1-40；（3） 2.5 µmol/L Aβ1-40组，培养基中含2.5 µmol/L Aβ1-40；（4） 5.0 µmol/L Aβ1-40组，培养基中含5.0 µmol/L Aβ1-40。为探究MAPKs信号通路在Aβ1-40所致VSMCs炎症和表型转化中的作用，将VSMCs随机分为5组：（1）对照组，给予正常培养基；（2） Aβ1-40组，培养基中含2.5 µmol/L Aβ1-40；（3） Aβ1-40+SB203580组，在用2.5 µmol/L Aβ1-40干预VSMCs之前，用20 µmol/L p38 MAPK抑制剂SB203580预处理细胞30 min；（4） Aβ1-40+U0126组，在用2.5 µmol/L Aβ1-40干预VSMCs之前，用20 µmol/L ERK1/2抑制剂U0126预处理细胞30 min；（5） Aβ1-40+SP600125组，在用2.5 µmol/L Aβ1-40干预VSMCs之前，用20 µmol/L JNK抑制剂SP600125组预处理细胞30 min。干预适当时间后，终止培养，进行后续实验分析。

2.3CCK-8实验检测细胞活力将VSMCs以每孔6 000个的密度种植于96孔板中，待细胞贴壁之后，分别予以不同浓度的Aβ1-40进行干预。0、24、36和48 h之后，每孔避光加入10 μL的CCK-8液，继续在培养箱中培养2 h，最后用酶标仪在450 nm波长下测定吸光度（）值。

2.4Transwell实验检测细胞的迁移能力将Transwell小室置于24孔板中，上室以5×104细胞密度种植VSMCs（无血清培养基），下室加入600 μL含5%胎牛血清及不同浓度Aβ1-40的培养基，培养24 h后进行结晶紫染色，随后置于倒置显微镜下观察并计数。

2.5Western blot检测蛋白水平用RIPA裂解液提取各实验组蛋白，随后用BCA试剂盒进行蛋白浓度测定并配平。以10% SDS-PAGE进行蛋白分离，之后转膜。用5%脱脂奶粉室温封闭PVDF膜1 h，随后加入相应I抗（抗IL-1β、TNF-α、α-SMA、OPN、KLF4、p38 MAPK、p-p38 MAPK、ERK1/2、p-ERK1/2、JNK和p-JNK抗体）4℃孵育过夜。第2天加入相应II抗室温孵育2 h，最后加ECL发光液于自动曝光机下进行曝光。

3　统计学处理

用SPSS 26.0和GraphPad Prism 8软件进行统计分析。实验数据以均数±标准差（mean±SD）表示，组间均数比较采用单因素方差分析及Tukey法。以<0.05为差异有统计学意义。

结果

1　Aβ1-40可促进VSMCs发生炎症反应

以不同浓度的Aβ1-40干预血管平滑肌细胞24 h之后，评估各组细胞炎症水平。结果显示，与对照组相比，随着Aβ1-40浓度的逐渐增加，VSMCs的炎症因子（IL-1β和TNF-α）水平逐渐升高（<0.05），见图1。这提示Aβ1-40可促进VSMCs发生炎症反应，且呈浓度依赖性。

Figure 1.　Effects of Aβ1-40 on inflammation of VSMCs. The protein expression levels of IL-1β and TNF-α were detected by Western blot. Mean±SD. n=3. *P<0.05 vs control group.

2　Aβ1-40对VSMCs活力及迁移能力的影响

以不同浓度的Aβ1-40干预血管平滑肌细胞，分别于0 h、24 h、36 h和48 h之后用CCK-8实验检测细胞活力。结果显示，在一定浓度范围内（<2.5 µmol/L），随着Aβ1-40浓度的增加，VSMCs的活力逐渐升高（<0.05）；但当以更高浓度（5 µmol/L）的Aβ1-40处理VSMCs时， VSMCs活力下降，见图2A。用不同浓度Aβ1-40干预VSMCs 24 h后， Transwell实验结果显示，一定浓度范围内（<2.5 µmol/L），随着Aβ1-40浓度的增加，VSMCs的迁移能力逐渐增强（<0.05）；而以更高浓度（5 µmol/L）的Aβ1-40干预细胞，VSMCs的迁移能力下降，见图2B。这些结果提示，在一定浓度范围内，Aβ1-40可增强VSMCs的活力和迁移能力。

Figure 2.　Effect of Aβ1-40 on the viability and migration ability of VSMCs. A: the viability of VSMCs treated with different concentrations (0.5, 2.5 and 5.0 µmol/L) of Aβ1-40 was measured by CCK-8 assay; B: the migration ability of VSMCs was detected by Transwell assay. Mean±SD. n=3. *P<0.05, **P<0.01 vs control group; #P<0.05 vs 2.5 µmol/L Aβ1-40 group.

3　Aβ1-40可促进VSMCs发生表型转化

以不同浓度的Aβ1-40干预VSMCs 24 h之后，检测各组细胞表型转化指标α-SMA、OPN和KLF4的表达水平。结果显示，与对照组相比，随着Aβ1-40浓度的逐渐增加， α-SMA表达水平逐渐下降，而OPN和KLF4的表达水平逐渐升高（<0.05），见图3。这提示Aβ1-40可促进VSMCs发生表型转化，且呈浓度依赖性。

Figure 3.　Effect of Aβ1-40 on phenotypic switching of VSMCs. The protein expression levels of α-SMA, OPN and KLF4 were determined by Western blot. Mean±SD. n=3. *P<0.05 vs control group.

4　Aβ1-40通过MAPKs信号通路发挥其作用

以不同浓度的Aβ1-40干预VSMCs 24 h之后，检测各组细胞MAPKs信号通路活性。Western blot结果显示，随着Aβ1-40浓度的逐渐提高， p-p38 MAPK、p-ERK1/2和p-JNK蛋白水平均逐渐增加（<0.05），而总p38 MAPK、ERK1/2和JNK的蛋白水平无显著变化，提示p38 MAPK、ERK1/2和JNK通路的逐渐激活，见图4。该结果表明MAPKs系列通路参与了Aβ1-40对VSMCs的作用过程。

Figure 4.　Effect of Aβ1-40 on activation of MAPKs pathway in VSMCs. The relevant protein levels of p38 MAPK, p-p38 MAPK, ERK1/2, p-ERK1/2, JNK and p-JNK were detected by Western blot. Mean±SD. n=3. *P<0.05 vs control group.

5　抑制MAPKs信号通路可缓解Aβ1-40诱导的VSMCs炎症反应和表型转化

为进一步验证MAPKs信号通路在Aβ1-40诱导的VSMCs炎症和表型转化中的作用，我们使用p38 MAPK、ERK1/2和JNK的特异性抑制剂SB203580、U0126和SP600125对细胞进行预处理，之后再以2.5 µmol/L Aβ1-40干预VSMCs。结果显示，与Aβ1-40组相比，3种通路抑制剂均能显著降低VSMCs的炎症水平（IL-1β和TNF-α水平下降），并抑制细胞的表型转化（α-SMA表达升高，OPN和KLF4表达下降），见图5。此结果进一步证实了MAPKs信号通路在Aβ1-40诱导的VSMCs的炎症和表型转化中的作用，并且阻断上述通路可显著抑制VSMCs的功能变化。

Figure 5.　Effects of specific inhibitors of MAPKs signaling pathway on Aβ1-40-induced changes in VSMCs. The protein levels of IL-1β, TNF-α, α-SMA, OPN and KLF4 were determined by Western blot. Mean±SD. n=3. *P<0.05 vs control group; #P<0.05 vs Aβ1-40 group.

讨论

动脉粥样硬化是一种常见的心血管疾病，其发病机制复杂多样，但可以明确的是炎症和VSMCs的增殖、迁移及表型转化在其中发挥着重要作用［7］。而同为系统退行性病变， AD被越来越多的研究证明与动脉粥样硬化之间存在许多共性及联系［8］。Aβ1-40作为AD的标志性蛋白之一，因其对冠心病和心力衰竭等心血管疾病的促进作用，吸引了大量心血管学者的关注［9-10］，但目前尚无明确研究揭示其在动脉粥样硬化中的作用。本实验用不同浓度Aβ1-40处理VSMCs，结果发现Aβ1-40可以导致VSMCs发生炎症反应，促进VSMCs增殖和迁移并诱导其发生表型转化，且存在浓度依赖性。

MAPKs是一类广泛表达于真核生物的丝/苏氨酸蛋白激酶，主要包括ERK1/2、JNK和p38 MAPK三个家族成员［11］。MAPKs可接受多种细胞外信号刺激，并通过逐层级联磷酸化激活导致下游一系列反应，进而调控细胞炎症、增殖和分化等活动［12］。我们通过对MAPKs家族磷酸化水平的检测及相应抑制剂的应用发现， ERK1/2、JNK及p38 MAPK信号通路均参与了Aβ1-40诱导的VSMCs变化，而抑制相应的通路则可降低VSMCs的炎症水平和表型转化程度。

综上所述，本研究证明了Aβ1-40可诱导VSMCs发生炎症反应和表型转化，且在一定浓度内可促进VSMCs的活力和迁移，而这个过程中MAPKs信号通路发挥了重要作用。我们的结果可能会为动脉粥样硬化的治疗提供一种新思路。然而，动物及临床等进一步研究还有待开展。

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Aβ1-40 induces inflammation and phenotypic switching via activation of MAPKs signaling pathway in vascular smooth muscle cells

ZHANG Jie， HUANG Xing-xiao， CHI Ju-fang

［，（，），312000，］

To investigate the effects of amyolid β-protein 1-40 （Aβ1-40） on inflammation， viability， migration and phenotypic switching in vascular smooth muscle cells （VSMCs）， and to analyze the underlying mechanisms.The VSMCs were treated with Aβ1-40 at different concentration gradients for appropriate time. CCK-8 and Transwell assays were performed to evaluate the viability and migration ability of VSMCs. The levels of inflammatory factors including interleukin-1β （IL-1β） and tumor necrosis factor-α （TNF-α）， phenotypic switching-related proteins including α‑smooth muscle actin （α‑SMA）， osteopontin （OPN） and Krüppel‑like factor 4 （KLF4）， and mitogen-activated protein kinases （MAPKs） signaling pathway-related proteins including p-p38 MAPK， p-ERK1/2 and p-JNK were determined by Western bolt.After Aβ1-40 treatment， the levels of inflammatory factors IL-1β and TNF-α in the VSMCs were significantly increased （<0.05）， and the expression of phenotypic switching-related proteins was altered， as indicated by down-regulation of α‑SMA and up-regulation of OPN and KLF4 （<0.05）. Treatment with Aβ1-40 within a certain concentration range promoted the viability and migration of the VSMCs. In addition， the protein levels of p-p38 MAPK， p-ERK1/2 and p-JNK were significantly increased by Aβ1-40 treatment （<0.05）. Furthermore， pretreatment with specific inhibitors of MAPKs pathway significantly reduced the levels of IL-1β and TNF-α （<0.05）， and inhibited the phenotypic switching， as indicated by up-regulation of α‑SMA and down-regulation of OPN and KLF4 （<0.05）.Treatment with Aβ1-40 induces the inflammation and phenotypic switching in VSMCs via activation of MAPKs signaling pathway.

Amyolid β-protein 1-40；Vascular smooth muscle cells； Inflammation； Phenotypic switching； MAPKs signaling pathway

R749.1+6； R363.2

A

10.3969/j.issn.1000-4718.2020.11.007

1000-4718（2020）11-1966-06

2020-04-27

2020-07-01

国家自然科学基金资助项目（No.81873120）；浙江省医药卫生科研资助项目（No.2018KY172）

Tel： 0575-88228888； E-mail： chijufang@zju.edu.cn

▲共同第一作者:并列第1作者

（责任编辑：宋延君，罗森）