機械拉伸抑制 BMSCs 的侵襲需要通過 PI3K/Akt 信號通路下調(diào) MT1-MMP
在與血管相互作用時，BMSCs 不可避免地受到以剪切應力和血管循環(huán)拉伸形式施加于血管壁的血流動力學力。之前的研究表明，循環(huán)機械拉伸會增加 BMSCs 的遷移但減少其侵襲。然而，所涉及的機制，特別是拉伸抑制 BMSC 侵襲的機制尚不清楚。
膜型 (MT)-MMPs 屬于 MMPs 的一個亞家族，是跨膜基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)。MT1-MMP是第一個發(fā)現(xiàn)的 MT-MMP，也是研究最充分的 MMP。據(jù)報道，MT1-MMP 是降解細胞外基質(zhì)（ECM）大分子并促進細胞侵襲的主要 MMP 。此外，研究表明 MT1-MMP 的表達受機械力的調(diào)節(jié)，例如流體剪切應力和機械拉伸，表明 MT1-MMP 可能在將機械信號轉(zhuǎn)化為有利于細胞侵襲的化學信號中發(fā)揮重要作用。
最近，磷脂酰肌醇3-激酶 (PI3K)/Akt 信號通路已被證明在多種細胞功能的調(diào)節(jié)中發(fā)揮關鍵作用，包括生長、增殖、存活、流動性、代謝、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)合成。機械刺激誘導的 PI3K/Akt 信號通路對于血管系統(tǒng)重塑和機械應激心肌方面至關重要。研究結(jié)果表明機械拉伸可能控制 PI3K/Akt 信號通路來調(diào)節(jié) BMSCs 中的 MT1-MMP 表達。
盡管 PI3K/Akt 活性與 MT1-MMP 表達之間的聯(lián)系已經(jīng)被化學因素證實，但它們在 BMSCs 機械拉伸處理后的聯(lián)系尚未完全闡明。基于此，重慶大學生物工程學院、生物流變科學與技術教育部重點實驗室進行了深入研究，旨在探索循環(huán)機械拉伸對 MT1-MMP 表達的影響，并揭示 PI3K/Akt 信號通路在機械拉伸抑制 BMSC 侵襲中可能的機械轉(zhuǎn)導機制。
在這項研究中，首先證實了機械拉伸對 BMSC 侵襲的影響。與未進行任何拉伸的對照組相比，機械拉伸后侵入的 BMSCs 數(shù)量顯著減少，細胞增殖無明顯變化。這表明機械拉伸是調(diào)節(jié) BMSC 侵襲的重要因素。
隨后，研究了機械拉伸減少 BMSC 侵襲的潛在機制。為了探索 MT1-MMP 在機械拉伸減少 BMSC 侵襲中的可能作用，首先檢測了 MT1-MMP 表達是否可以通過機械拉伸進行調(diào)節(jié)。BMSCs 暴露于 10% 振幅、1Hz 頻率的機械拉伸持續(xù) 8h 后，信使RNA（mRNA）和 MT1-MMP 蛋白表達水平顯著降低。此外，機械拉伸也顯著降低 MT1-MMP 的免疫熒光染色強度所示。這些結(jié)果表明 MT1-MMP 的表達因機械拉伸而減少，并可能在機械拉伸減少 BMSC 侵襲中起重要作用。
為了進一步確認 MT1-MMP 是否參與機械拉伸調(diào)控的 BMSCs 侵襲，實驗通過建立慢病毒 MT1-MMP 載體（連接載體稱為 pCDH-MT1-MMP，空載體稱為 pCDH），在 BMSCs 中過表達 MT1-MMP。然后研究了 MT1-MMP 的過表達是否會影響 BMSCs 的侵襲行為。結(jié)果表明 BMSCs 的侵襲能力受 MT1-MMP 調(diào)控，MT1-MMP 的過表達恢復了機械拉伸抑制的 BMSC 侵襲。這些數(shù)據(jù)表明機械拉伸以 MT1-MMP 依賴性方式抑制 BMSC 侵襲。為了確定在機械拉伸抑制 BMSC 侵襲的背景下 MT1-MMP 下調(diào)的潛在信號通路，研究人員試圖確定相關的信號通路。為了研究 PI3K/Akt 信號通路是否參與機械拉伸影響的 MT1-MMP 表達和 BMSC 侵襲，使用 PI3K 磷酸化抑制劑 LY294002 阻斷 PI3K/Akt 信號通路。最終結(jié)果表明 PI3K/ Akt 信號通路在調(diào)節(jié) MT1-MMP 的表達和 BMSCs 的侵襲活性中起關鍵作用。
隨后，實驗試圖確定 PI3K/Akt 信號通路是否受機械拉伸的影響，并在機械拉伸降低 MT1-MMP 表達和 BMSC 侵襲中起重要作用。于是檢查了機械拉伸對 BMSCs 中 PI3K/Akt 通路激活的影響。蛋白質(zhì)印跡分析顯示機械拉伸降低了 Akt 磷酸化（圖3），表明 PI3K/Akt 通路對機械拉伸敏感。這些結(jié)果表明，機械拉伸通過下調(diào) MT1-MMP 抑制 BMSC 侵襲可能是通過 PI3K/Akt 信號通路介導的。
SC79 是 Akt 磷酸化的激活劑，可以結(jié)合 Akt 的 PH 結(jié)構域促進 Akt 的磷酸化。為了進一步確定 PI3K/Akt 信號通路是否介導機械拉伸抑制的 MT1-MMP 下調(diào)和 BMSC 侵襲，利用 SC79 上調(diào)磷酸化 Akt 的水平。結(jié)果表明 PI3K/Akt 激活可以上調(diào) MT1-MMP 表達和 BMSC 侵襲。此外，還分析了在 SC79 存在下機械拉伸對 BMSC 侵襲的影響。結(jié)果表明 SC79 對 Akt 磷酸化的上調(diào)可能會削弱機械拉伸對 BMSC 侵襲的抑制作用。這些數(shù)據(jù)表明 PI3K/Akt 信號通路介導機械拉伸抑制的 MT1-MMP 表達和 BMSC 侵襲。
在該研究中，證明機械拉伸通過 PI3K/Akt 信號通路下調(diào) MT1-MMP 來抑制 BMSC 侵襲。下圖總結(jié)了機械拉伸在調(diào)節(jié) BMSC 侵襲中的分子機制。這項研究可能會增進對 BMSCs 機械轉(zhuǎn)導機制的理解，并對基礎和臨床研究中 BMSC 運動的機械調(diào)節(jié)提供指導。
參考文獻：Fu X, Halim A, Tian B, Luo Q, Song G. MT1-MMP downregulation via the PI3K/Akt signaling pathway is required for the mechanical stretching-inhibited invasion of bone-marrow-derived mesenchymal stem cells. J Cell Physiol. 2019 Aug;234(8):14133-14144. doi: 10.1002/jcp.28105. Epub 2019 Jan 19. PMID: 30659604.
原文鏈接：https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/30659604/小編旨在分享、學習、交流生物科學等領域的研究進展。如有侵權或引文不當請聯(lián)系小編修正。微信搜索公眾號“Naturethink”，學習更多與細胞機械拉伸培養(yǎng)相關的知識！
