第 600 期

研究發展
血流動力藉由微小核糖核酸調控血管內皮與平滑肌交互作用所引發的發炎反應
NHRI researchers report microRNA mediation of endothelial inflammatory response to smooth muscle cells and its inhibition by atheroprotective shear stress

本院細胞及系統醫學研究所所長裘正健研究員所帶領的研究團隊，近期在微小核糖核酸（microRNA, miR）參與血液動力在調節血管內皮與平滑肌細胞交互作用時所引發的發炎反應相關之分子機制，獲得重要的研究成果。此成果於2015年3月發表於國際知名的《循環研究（Circulation Research）》期刊（血液學領域期刊排名第一；影響因子：11.089）。

miR普遍存在於動、植物細胞中，是一種內源性非編碼、長度約22個核甘酸的核糖核酸，透過與標的訊息核糖核酸（message RNA）的結合，進而抑制後轉錄（post-transcription）的基因表達，目前已知異常的miR的表現與動脈硬化症（atherosclerosis）、血管再狹窄症（restenosis）等多種心血管疾病的發生具有關連性。本研究利用實驗室先前所建構的血管內皮與平滑肌細胞共培養血液動力系統，發現血管平滑肌細胞會藉由釋放第一型與第六型介白素（interleukin, IL-1β, IL-6），透過旁分泌效應（paracrine effect），引發內皮細胞的發炎反應（inflammation）。參與此作用機制的主要細胞內訊息傳遞路徑為內皮細胞表面的第一型與第六型介白素受體分子（interleukin receptor-associated kinase, IRAK）和glycoprotein-130（gp130）活化後，經由下游JNK與p38分裂原活化蛋白激酶（MAPK）以及細胞核內NF-κB的訊息傳遞路徑來調節。而12達因每平方公分（12 dynes/cm2）的高血流剪力（shear stress）可藉由抑制平滑肌細胞所引起的內皮細胞IRAK、gp130及其下游NF-κB的活化，進而抑制內皮細胞的發炎反應。然而miR參與血液動力在調節血管內皮與平滑肌細胞交互作用時所引發的發炎反應相關之分子機制，迄今尚未有文獻報導。

藉由微小核糖核酸微陣列（microRNA microarray）分析，miR-146a/708與內皮細胞與平滑肌細胞共同培養條件24小時後，會被大量誘發在內皮細胞中，而miR-451/98則在共同培養6到12小時大量增加，這些表現在內皮細胞中的miR會隨著內皮細胞與平滑肌細胞共同培養時間的增加而遞減。高血流剪力刺激24小時後，miR-146a/708/451/98則會大量增加，並且直接調控IRAK、IκB kinase-γ（IKK-γ）、IL-6 receptor （IL-6R）、conserved helix-loop-helix ubiquitous kinase（CHUK）等NF-κB訊息傳遞路徑相關分子，進而抑制內皮細胞的發炎反應。大鼠（Sprague Dawley rat）氣球血管擴張術（balloon injury）所誘發的血管內膜增生（neointima formation）組織中，miR-146a/708/451/98會表現在具有生理血流速度的血管內皮層上，但在血流阻斷的血管內皮層上，則無這些miR的表現，並且擴張術所造成的血管內膜厚度也隨之增加。由高血流剪力刺激所誘發的miR主要是藉由剪力活化內皮細胞膜上的組合蛋白（integrins）所引發傳遞訊息路徑，而產生新生表現（biogenesis）。其中，miR-146a藉由integrins/NF-E2-related factor-2（Nrf-2）的傳遞訊息路徑，促進新生miR-146a的表現（圖一）。利用慢病毒（Lentivirus）轉殖去除內皮層的Nrf-2或miR-146a抑制劑則會增進氣球血管擴張術所誘發的血管內膜增生，大量表現miR-146a則會抑制大鼠的氣球血管擴張術或FVB小鼠的頸動脈結紮術（carotid artery ligation）所誘發的血管內膜增生。這些研究結果指出，高血流剪力會增加血管內皮與平滑肌細胞交互作用中血管內皮細胞上miR的表現，透過抑制NF-κB訊息傳遞路徑相關分子的下游標的基因，進而抑制內皮細胞的發炎反應與血管內膜的增生（圖二）。




近年來本研究利用實驗室自行研發的血管細胞共培養血液動力系統，從事血管內皮與平滑肌細胞交互作用的研究，已獲得多項重要的研究成果，並於2003、2006及2007年連續發表3篇論文於《血液學（Blood）》；2009年發表論文於《循環研究（Circulation Research）》；2014年發表論文於《美國國家科學院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences, USA）》，期刊之影響因子均為10左右。此次發表之論文為該實驗室一系列研究中，首度闡明miR參與血流動力因子在調節血管細胞功能所扮演的角色，對於臨床醫學上也提供miR-146a等相關分子作為治療心血管疾病的醫療新方向。
《文卅圖：細胞及系統醫學研究所陳莉菁博士後研究員、裘正健研究員兼所長》