MicroRNA-451在脑出血后血管新生中的作用及机制研究

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【背景】脑出血是一种常见的具有高致死率和致残率的神经系统疾病。脑出血后,血肿占位对脑组织造成直接损伤,此外血肿、水肿压迫、血肿产物均可引起内皮细胞损伤,严重破坏微血管系统,加重脑组织损伤。脑出血后灶周脑组织中存在血管新生,是神经损伤后修复的重要组成部分。Micro R-451(mi R-451)是一种短链非编码RNA,在多种细胞的增殖、分化中发挥着重要作用,并且参与血管内皮功能的调控。目前,关于mi R-451在脑出血中作用的研究甚少,其在脑出血后的表达模式和作用尚不清楚。【目的】探究mi R-451在脑出血后的表达变化及其在脑出血后血管新生中的作用和可能机制。【方法】本研究分为三个部分。第一部分首先通过立体定位注射胶原酶法构建小鼠尾状核脑出血模型,采用q PCR法检测小鼠脑出血后1天、3天、5天、7天、10天和14天共6个时间点灶周脑组织以及假手术组小鼠脑组织中mi R-451的表达水平。进一步经脑实质内注射mi R-451激动剂(mi R-451 agomir,451 agomir)上调mi R-451后,通过免疫荧光染色和心脏FITC灌流检测脑出血后灶周血管新生情况;通过改良的神经功能评分、前肢放置实验、墙角实验评估小鼠的神经功能恢复情况。进而对mi R-451敲除小鼠和野生型小鼠分别进行脑出血造模,采用以上方法检测脑出血后灶周血管新生和神经功能恢复情况。第二部分为体外实验,通过血红素(hemin)处理人脑微血管内皮细胞(h BMECs)建立体外脑出血模型。首先,我们采用不同浓度(5μM、10μM、20μM、30μM、40μM、50μM、60μM、70μM)hemin处理h BMECs,以探索合适的hemin浓度来用于后续研究。进而采用选取的hemin浓度处理h BMECs,在12 h、24h、48 h分别检测细胞内mi R-451的表达变化,选择最佳的检测时间。然后采用mi R-451模拟物(mi R-451 mimic,451 mimic)和mi R-451抑制剂(mi R-451inhibitor,451 inhibitor)分别转染h BMECs,来上调和下调细胞中mi R-451表达,并通过q PCR验证细胞转染效果。采用451 mimic和451 inhibitor分别成功转染h BMECs后,采用CCK-8法检测h BMECs的增殖能力;采用划痕实验、transwell迁移实验检测h BMECs的迁移能力;采用matrigel血管生成管实验检测h BMECs的血管形成能力。第三部分在动物模型水平探索了mi R-451的靶基因和其下游的信号通路。首先在Target Scan、mi Randa、mi RWalk等靶基因预测网站进行mi R-451下游靶基因的检索与预测,选择作用强度高、与血管新生相关的基因作为研究对象。为验证mi R-451与目标靶基因的相互作用,我们分别上调和敲除mi R-451在脑出血小鼠脑组织中的表达,采用q PCR法检测靶基因m RNA的表达变化;采用蛋白质印迹法(Western blots,WB)检测靶基因蛋白表达变化。为进一步确认目标靶蛋白是mi R-451的直接作用靶点,采用双荧光素酶报告基因实验检测mi R-451与目标靶蛋白m RNA的相互作用。为进一步探索下游的信号通路,采用WB检测相关蛋白的表达情况。同时,应用mi R-451敲除小鼠在脑出血造模后给予腹腔注射靶蛋白的抑制剂,并采用WB法检测相关蛋白的表达变化,采用免疫荧光染色和心脏FITC灌流检测灶周组织血管新生的变化。【结果】第一部分研究发现小鼠脑出血后灶周脑组织中mi R-451表达水平降低,并在脑出血后第5天降至最低谷,随后在脑出血后的14天内逐渐恢复至基础水平。脑实质内注射451 agomir可有效上调脑组织中mi R-451表达水平。上调mi R-451后,灶周脑组织血管新生显著少于注射阴性模拟物的小鼠,且神经功能恢复显著差于阴性模拟物的小鼠。而mi R-451敲除小鼠脑出血灶周组织的血管新生显著多于野生型小鼠,并且神经功能恢复情况显著优于野生型小鼠。第二部分在细胞水平验证了mi R-451调节血管新生的作用。CCK-8法检测h BMECs细胞活力发现在60μM hemin条件下处理24 h后,细胞活力下降约50%,选取该浓度用于后续试验。在不同时间点检测hemin处理后的细胞,发现hemin处理后24小时mi R-451变化最为显著,后续实验选择该时间点检测各项指标。q PCR结果显示451 mimic和451 inhibitor转染后分别能够有效上调和下调h BMECs中mi R-451的表达。该部分研究发现上调h BMEC s中mi R-451的表达,可显著抑制h BMECs的增殖、迁移、血管形成能力;而下调h BMECs中mi R-451的表达,可显著促进h BMECs的增殖、迁移、血管形成能力。本部分研究通过靶基因预测网站检索了mi R-451的靶基因,发现MIF很可能为mi R-451调节血管新生的作用靶点。进一步的验证实验发现上调mi R-451后MIF m RNA水平无显著变化而蛋白表达水平显著降低;而敲除mi R-451后,MIF m RNA水平无显著变化,蛋白表达水平显著升高,mi R-451与MIF间存在相互作用关系。双萤光素酶报告基因实验证实了mi R-451与MIF m RNA 3’端非翻译区存在互补配对序列。在对mi R-451敲除小鼠和野生型小鼠分别进行脑出血造模后,WB检测发现mi R-451敲除小鼠脑组织中ERK1/2、AKT的磷酸化水平高于野生型小鼠;而对脑出血后的mi R-451敲除小鼠给予腹腔注射特异性MIF抑制剂后,升高的磷酸化水平显著降低,且抵消了部分MIF的促血管新生作用。【结论】脑出血后mi R-451水平降低;mi R-451通过负向调节MIF抑制脑出血后血管新生和神经功能恢复;mi R-451与MIF m RNA 3’端非翻译区互补结合抑制翻译过程从而下调MIF表达水平;MIF通过ERK1/2、AKT通路发挥调节血管新生的作用。
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