機械拉伸抑制 BMSCs 的侵襲需要通過 PI3K/Akt 信號通路下調 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，是跨膜基質金屬蛋白酶(MMPs)。MT1-MMP是第一個發現的 MT-MMP，也是研究最充分的 MMP。據報道，MT1-MMP 是降解細胞外基質（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節，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化為有利于細胞侵襲的化學信號中發揮重要作用。
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節中發揮關鍵作用，包括生長、增殖、存活、流動性、代謝、轉錄和蛋白質合成。機械刺激誘導的 PI3K/Akt 信號通路對于血管系統重塑和機械應激心肌方面至關重要。研究結果表明機械拉伸可能控制 PI3K/Akt 信號通路來調節 BMSCs 中的 MT1-MMP 表達。
盡管 PI3K/Akt 活性與 MT1-MMP 表達之間的聯系已經被化學因素證實，但它們在 BMSCs 機械拉伸處理后的聯系尚未完全闡明�；诖�，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 數量顯著減少，細胞增殖無明顯變化。這表明機械拉伸是調節 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節。BMSCs 暴露于 10% 振幅、1Hz 頻率的機械拉伸持續 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。結果表明 BMSCs 的侵襲能力受 MT1-MMP 調控，MT1-MMP 的過表達恢復了機械拉伸抑制的 BMSC 侵襲。這些數據表明機械拉伸以 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。最終結果表明 PI3K/ Akt 信號通路在調節 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。這些結果表明，機械拉伸通過下調 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，可以結合 Akt 的 PH 結構域促進 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 下調和 BMSC 侵襲，利用 SC79 上調磷酸化 Akt 的水平。結果表明 PI3K/Akt 激活可以上調 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。結果表明 SC79 對 Akt 磷酸化的上調可能會削弱機械拉伸對 BMSC 侵襲的抑制作用。這些數據表明 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 MT1-MMP 來抑制 BMSC 侵襲。下圖總結了機械拉伸在調節 BMSC 侵襲中的分子機制。這項研究可能會增進對 BMSCs 機械轉導機制的理解，并對基礎和臨床研究中 BMSC 運動的機械調節提供指導。
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相關的知識！
