Improvement of impaired endothelial progenitor cell functions by <i>in vitro</i> drug interference in DOCA-salt hypertensive mice

SHANG Liuwenxin; SUN Xin; PENG Cheng; XIE Hehui; CHEN Fengyuan; ZHANG Chuan

doi:10.12206/j.issn.1006-0111.201912074

Objective To investigate the effect of tetrahydrobiopterin (BH₄), superoxide dismutase-polyethylene glycol (PEG-SOD) and N(G)-nitro-L-arginine (L-NNA) on impaired endothelial progenitor cell (EPC) functions in DOCA-salt hypertensive mice. Methods DOCA-salt hypertension was created and systolic blood pressure was measured by tail-cuff methods. EPC was isolated from bone marrow of mice and characterized by flow cytometry and fluorescence microscopy. EPC of DOCA-salt mice was incubated with BH₄, PEG-SOD, and L-NNA for 24 h, then in vitro EPC function assays were performed. Results Compared with control group, systolic blood pressure was significantly increased in DOCA-salt mice. Both EPC adhesion and angiogenesis functions were impaired in DOCA-salt mice compared to control animals, which were reversed by incubation with BH₄, PEG-SOD and L-NNA. Conclusion BH₄, PEG-SOD and L-NNA rescued the impairments from EPC functions in DOCA-salt hypertensive mice.

HTML

保护血管内皮对维护心血管系统健康有着重要意义^[1]。近年的研究证实，血管内皮完整性的维持不仅依赖于现有的内皮细胞，而且与骨髓来源的具有向成熟内皮细胞分化能力的未成熟细胞—内皮祖细胞(endothelial progenitor cell, EPC)的募集有关^[2-3]。临床研究证实，外周血中循环EPC的数量与冠心病常见的危险因素（如高血压、糖尿病等）呈负相关关系，EPC可作为治疗缺血、肺动脉高压等血管疾病状态的新靶点^[2-3]。本课题组和他人的研究均证实^{[2, 4-5]}，高血压动物和患者的EPC均出现显著的功能受损。因此，如果能够通过药物干预手段逆转其受损的EPC功能，无疑对减轻高血压患者与内皮功能相关的靶器官损伤，以及改善高血压EPC移植治疗效果等具有重要意义。

去氧皮质酮/盐(Deoxycorticosterone acetate-salt, DOCA-salt)高血压模型是一种盐敏感性高血压动物模型，盐敏感性高血压在美国高血压患者中占1/3的比例，是一种重要的高血压类型^[4-6]。课题组既往的研究证实，DOCA-salt高血压小鼠EPC功能受损与其内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)的脱偶联(uncoupling)有关^[5]。在研究中我们也找到了一些对eNOS脱偶联相关的信号通路/分子有一定改善作用的药物，如四氢生物蝶呤(tetrahydrobiopterin, BH₄)，超氧化物歧化酶-聚乙二醇(superoxide dismutase-polyethylene glycol, PEG-SOD)，N(G)-硝基-L-精氨酸(N(G)-nitro-L-arginine, L-NNA)等^[5-6]。但目前尚不知道这些药物是否可有效逆转DOCA-salt小鼠受损的EPC功能。本研究拟在以往研究的基础上，寻找改善盐敏感性高血压小鼠EPC功能失常的有效药物干预手段，为进一步的EPC移植治疗研究奠定基础。

1. 材料与方法

1.1. 实验动物

野生型(C57BL/6)雄性小鼠，10~12周龄，体重20~25 g（上海斯莱克实验动物中心）。

1.2. 药品及主要试剂

BH₄、PEG-SOD、L-NNA（美国Sigma公司），EGM-2培养基（Lonza公司），胎牛血清（美国GIBCO公司），Matrigel胶（美国BD公司）。

1.3. 小鼠模型的制备与实验方法

1.3.1. DOCA-salt高血压小鼠模型制备^[5-6]

选用10~12周龄，体重20~25 g野生型(C57BL/6)雄性小鼠进行模型制作。小鼠麻醉，侧卧位固定，腹部纵行切口，暴露左肾，小心结扎肾动脉和肾静脉后，进行左肾切除，缝合切口。然后在小鼠两前臂中间的位置开一个大约1 cm的纵行切口，皮下埋置150 mg/kg的DOCA缓释片。DOCA组小鼠给予含1.0% NaCl和0.2% KCl的盐水。假手术组小鼠也进行左肾切除，但不给DOCA缓释片，而且饮用常规自来水。手术后，所有动物被单独饲养于一个干净的塑料笼内。术后第21天用尾动脉测压法测定动物的收缩压水平。

1.3.2. EPC的分离与培养^{[4-5, 7]}

将玻璃粘连蛋白（vitronectin）加入6孔板预处理后备用。小鼠麻醉后处死。使用无菌器械剥离小鼠双侧后肢股骨、胫骨并剔除肌肉组织，于超净台内用EGM-2培养基冲出骨髓。将骨髓细胞浓度调定至2.5×10⁵ /cm²后，加入预处理的6孔板内培养（37 ℃、5% CO₂）。第4天弃去原培养基，更换新鲜培养基，第7天使用。

1.3.3. EPC的鉴定^{[5, 7]}

本研究采用了以下两种鉴定方法。

（1）流式细胞仪法：EPC培养至第7天后，用0.125%胰酶-0.02% EDTA消化，洗涤后调整细胞密度为2×10⁶ /ml，将细胞与Sca-1的抗体（1 µg/ml）和Flk-1的抗体（1 µg/ml）在冰上共孵育1 h，注意避光。之后用5%BSA/PBS洗涤，再用2%的多聚甲醛固定10 min，用流式细胞仪检测Sca-1、Flk-1双标阳性的细胞，即为EPC。

（2）荧光显微镜法：EPC培养至第7天后，用PBS洗细胞，加入1 mg/ml Dil-acLDL(1:200)，于37 ℃避光孵育4 h，用PBS洗细胞，加2%多聚甲醛固定10 min。加10 µg/ml的Lectin，室温避光孵育1 h，再用PBS洗细胞。加Hoechst 33258(10 µg/ml），室温避光孵育30 min，用PBS洗细胞，加2%多聚甲醛固定10 min后，在荧光显微镜下观察Dil-acLDL(红色荧光）、Lectin（绿色荧光）、Hoechst 33258（蓝色荧光）3种染料染色阳性的细胞，即为EPC。

1.3.4. EPC的药物干预^[5]

小鼠骨髓来源EPC培养至第6天后换液，分别用BH₄ (10 µmol/L), PEG-SOD (100 U/L)和L-NNA (0.8 mmol/L)3种药物孵育24 h后，测定其小管形成功能和黏附功能。

1.3.5. EPC黏附功能的测定^{[4-5, 7]}

培养7 d的EPC用0.125%胰酶−0.02% EDTA消化，将1×10⁴细胞接种于vitronectin包被好的96孔板中，每个样本设4复孔。37 ℃、5% CO₂孵育24 h后，去除培养基，PBS洗涤3次，然后用Hoechst 33258 (5 µg/ml)染细胞核，再用PBS洗涤3次。在荧光显微镜下，随机选取3个视野（100×）计算黏附细胞数并取平均值。

1.3.6. EPC小管形成功能的测定^{[4-5, 7]}

在冰上预冷的96孔板中加入60 µl的matrigel，于37 ℃孵育30 min。培养7 d的EPC用0.125%胰酶−0.02% EDTA消化，将5×10⁴细胞接种于matrigel上，在37 ℃，5% CO₂孵箱中孵育6 h后，于显微镜下随机选取4个视野（40×）计算形成小管的数目并取平均值。

1.4. 统计学分析

所得实验数据均通过Prism统计软件进行分析，分别选取配对t-检验和单因素方差分析(One-Way ANOVA)作为2组数据和3组以上数据之间比较的统计学分析方法；选用Newman Keuls法进行均数之间的多重比较。数据书写格式为(均数±标准误)。以P<0.05表示差异有统计学意义。

3. 讨论

本研究发现，BH₄、PEG-SOD和L-NNA均可有效改善DOCA-salt高血压小鼠EPC受损的功能。但此3种药物改善DOCA-salt小鼠EPC功能的具体机制尚有待进一步探究。

近年来研究发现，eNOS除了合成一氧化氮（nitric oxide, NO）外，在某些病理情况下，还是超氧阴离子（O₂^-）的重要来源。BH₄是eNOS的必要辅助因子，影响NO和O₂^-的生成。BH₄充足时eNOS催化底物L-精氨酸和O₂^-生成L-胍氨酸和NO；BH₄缺乏时，eNOS则发生脱偶联，主要催化O₂^-产生^{[5-6, 11]}。BH₄缺乏是高血压、糖尿病等疾病中内皮功能异常的重要原因^[11]。

本课题组和他人曾利用DOCA-salt高血压动物进行过大量血管生物学研究^{[4-6, 12]}，发现该动物血管功能异常与血管组织eNOS脱偶联有关。另外首次发现，DOCA-salt高血压小鼠EPC中BH₄水平显著下降，出现eNOS脱偶联，而且eNOS脱偶联所引起的O₂^-水平升高是导致EPC功能异常的重要机制之一^[5]。接着，我们还尝试采用一些药物手段对eNOS脱偶联相关的信号通路/分子进行了干预：①通过外源性补充BH₄促进EPC的eNOS复偶联；②用L-NNA抑制脱偶联的eNOS活性，使其产生的O₂^-水平降低；③补充PEG-SOD直接清除EPC中升高的O₂^-[5]。我们发现，这些药物干预手段都能显著降低DOCA-salt高血压小鼠EPC的O₂^-水平^[5]。本研究在这些发现的基础上进一步证实，这3种药物干预手段也能显著改善DOCA-salt高血压小鼠EPC的黏附功能和小管形成功能。这些结果也反过来验证了DOCA-salt小鼠EPC功能异常与eNOS脱偶联的关系。

通过本研究证实，BH₄、PEG-SOD、L-NNA均可有效改善DOCA-salt高血压小鼠EPC受损的功能。这些研究结果可为高血压血管并发症的治疗提供参考，也可为改善高血压EPC移植治疗效果提供实验基础。

Reference (12)

[1]	SIMIONESCU M. Implications of early structural-functional changes in the endothelium for vascular disease[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol,2007,27(2):266-274.
[2]	SHANTSILA E, WATSON T, LIP G Y. Endothelial progenitor cells in cardiovascular disorders[J]. J Am Coll Cardiol,2007,49(7):741-752.
[3]	KAWAMOTO A, LOSORDO D W. Endothelial progenitor cells for cardiovascular regeneration[J]. Trends Cardiovasc Med,2008,18(1):33-37.
[4]	CHEN D D, DONG Y G, YUAN H, et al. Endothelin 1 activation of endothelin A receptor/NADPH oxidase pathway and diminished antioxidants critically contribute to endothelial progenitor cell reduction and dysfunction in salt-sensitive hypertension[J]. Hypertension,2012,59(5):1037-1043.
[5]	XIE H H, ZHOU S, CHEN D D, et al. GTP cyclohydrolase I/BH4 pathway protects EPCs via suppressing oxidative stress and thrombospondin-1 in salt-sensitive hypertension[J]. Hypertension,2010,56(6):1137-1144.
[6]	DU Y H, GUAN Y Y, ALP N J, et al. Endothelium-specific GTP cyclohydrolase I overexpression attenuates blood pressure progression in salt-sensitive low-renin hypertension[J]. Circulation,2008,117(8):1045-1054.
[7]	MARROTTE E J, CHEN D D, HAKIM J S, et al. Manganese superoxide dismutase expression in endothelial progenitor cells accelerates wound healing in diabetic mice[J]. J Clin Invest,2010,120(12):4207-4219.
[8]	HAGIWARA H, HIGASHIBATA A, OGAWA S, et al. Effectiveness of endothelial progenitor cell culture under microgravity for improved angiogenic potential[J]. Sci Rep,2018,8(1):14239.
[9]	杨栋, 辛世杰, 李凤贺, 等. 小鼠骨髓源性内皮祖细胞的培养和表面标志物鉴定[J]. 中国医科大学学报, 2011, 40(12):1063-1066.
[10]	杨兆华. 内皮祖细胞(EPCs)对移植性动脉硬化的作用及其机制研究[D]. 上海: 复旦大学, 2009.
[11]	MOENS A L, KASS D A. Tetrahydrobiopterin and cardiovascular disease[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol,2006,26(11):2439-2444.
[12]	ZHENG J S, YANG X Q, LOOKINGLAND K J, et al. Gene transfer of human guanosine 5′-triphosphate cyclohydrolase I restores vascular tetrahydrobiopterin level and endothelial function in low renin hypertension[J]. Circulation,2003,108(10):1238-1245.

Name
E-mail
Phone
Title
Content
Verification Code

Message Board

Improvement of impaired endothelial progenitor cell functions by in vitro drug interference in DOCA-salt hypertensive mice

doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.201912074

Abstract

References

Proportional views

通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

Article Metrics

Related

Proportional views

Improvement of impaired endothelial progenitor cell functions by in vitro drug interference in DOCA-salt hypertensive mice

doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.201912074

1. Department of Authentication of Chinese Medicines, Naval Medical University, Shanghai 200433, China

2. School of Medicine, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200025, China