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2020-12-21

汕头大学医学院的周应毕课题组在 Scientific Reports 发表了研究论文 “Role of E-type prostaglandin receptor EP3 in the vasoconstrictor activity evoked by prostacyclin in thromboxane-prostanoid receptor deficient mice”(https://doi.org/10.1038/srep42167), 研究了 E 型前列腺素受体 EP3 在前列环素诱发 TP 基因敲除小鼠血管收缩反应中的作用;前列环素,又称 PGI2,能在前列环素受体表达受限的情况下引起血管收缩。

虽然有人提出血栓素前列腺素受体(TP)介导 PGI2的这种反应,但其他未知的受体也可能参与其中。在本研究中,研究人员设计了 TP 基因敲除小鼠模型(TP-/-),用于对这一假说进行验证。对PGI2有收缩反应的血管被从小鼠中分离出来进行后续的功能和生化分析。研究人员发现 PGI2引起的收缩反应在 TP-/- 敲除小鼠的腹主动脉中仅有部分消失。有趣的是,进一步抑制 EP3 受体可以去除残留的收缩反应,导致 PGI2在 TP-/-敲除小鼠中的作用被消除,血管仍保持松弛。这些结果提示 EP3和 TP 共同参与了 PGI2 引起的血管收缩反应,从而揭示了内皮细胞环氧化酶代谢物(主要由 PGI2 组成)调节血管功能的新机制。

环氧合酶(COX)主要以 COX-1 和 COX-2 两种亚型存在,介导花生四烯酸(AA)代谢产生血管活性前列腺素。其中,血栓素 A2(TxA2) 和前列环素(PGI2)被认为是心血管系统中两种对立的调节机制 TxA2 主要产生于血小板,它作用于 TP 受体,介导血管收缩和血小板聚集。相反 PGI2 主要在血管内皮合成,被认为是激活 PGI2 受体(IP)介导的血管扩张。而内皮产生的 PGI2 和血小板产生的 TxA2之间的不平衡可能会导致心血管疾病的发生,如高血压。
另一方面,在某些血管床(包括某些人体血管)中 PGI2 or COX 代谢物(主要由 PGI2 组成)通过激活 TP 受体从而引起血管收缩。研究进一步表明 PGI2 的血管舒缩反应受到 IP 和 TP 的共同调节,因此 PGI2 或内皮 COX 代谢产物引起的血管收缩反应反映了 IP 的有限表达或功能,同时也揭示了 PGI2 激活 TP 产生血管收缩的活性。然而,在某些血管中,如表达 IP 的小鼠腹主动脉中(虽然与激动剂扩张的血管相比,程度较轻) PGI2 即使在 TP 被抑制后也不会引起舒张。
此外,在某些血管床中 PGI2或内皮 COX 代谢产物引起的收缩反应对 TP 抑制的敏感性较低。因此研究者们认为,除了 TP 还有其他受体也可能参与 PGI2 诱发的血管收缩活动。然而,这种机制的存在或其他未知的受体仍有待阐明。此外 TP 参与 PGI2的血管收缩活性主要是基于药物阻断的结果,同时也抑制了其他 PGs 或 aa 相关代谢物诱发的收缩反应。因此,通过基因操作方法,评估 TP 完全敲除后在 PGI2 诱发的血管收缩反应中的确切作用也是有意义的。
为了解决上述问题,在研究中,研究者们在 C57BL/6 的背景上构建了 TP-/- 基因敲除小鼠。TP-/- 小鼠在 TP 基因编码区有 22bp 的片段删除(CTG GGG GCC TGC TTT CGC CCGG),这导致了 TP mRNA 移码突变和蛋白质翻译的提前终止,RT-PCR 检测结果显示 TP-/- 基因的缺失。此外,与 WT 对照组相比 TP-/- 小鼠的出血时间延长。


然后分离腹主动脉进行功能分析,在 WT 小鼠血管中 TP 激动剂 U46619 诱发了强烈的收缩,然而,在 TP-/- 小鼠中却没有引起任何反应。有趣的是,不仅 PGI2 而且PGF2α、PGE2、PGD2在 TP-/- 小鼠血管中的收缩反应也减少或基本消失。



接下来,研究人员确定了 PGI2 在 TP-/- 敲除小鼠的血管中诱发的收缩反应是否能被激动剂的扩张效应所掩盖。实验结果显示 PGI2 诱发收缩,而 EP3 拮抗剂 L798106 逆转了这一过程,使其松弛。与此相反 EP1 拮抗剂 SC19220 没有作用。此外 L798106 而非 SC19220 对 PGE2 诱发的类似反应有抑制作用,但未见松弛。同时,在使用 L-NAME 处理的血管组中,不同处理组间的收缩力是类似的,没有显著变化。



在小鼠腹主动脉中 ACh 促使 COX 主要产生 PGI2 并在抑制 NOS 条件下引起收缩。因此,研究者们也检测了在 L-NAME 处理下的 TP-/- 敲除或 TP 被抑制的腹主动脉中,高浓度的 COX 引起的反应

 WT 对照组相比 TP-/- 敲除血管中 ACh 引起的收缩基本消失,但仍有轻微的收缩。此外,在 PE 预处理 TP-/- 敲除血管后,再做同样的处理,并使用非选择性 COX 抑制剂 indomethacin, ACh 诱发松弛,这是因为 ACh 的效应被抑制剂抵消了。有趣的是 EP3 拮抗剂 L798106 也消除了 Ach 的效应,导致松弛,松弛程度大于indomethacin ,此外这种由 L798106 引起的松弛效应被 IP 拮抗剂 CAY10441 去除



接着在 TP-/- 敲除和未敲除的主动脉中检测了 ACh 诱导的 PGI2 和其他前列腺素的表达如下图所示, WT 和 TP-/- 敲除主动脉中 ACh 促进了 PGI2 代谢,这在两个小鼠品系之间是相似的。同时 ACh 使 PGE2 增加 10 ,而在 TP-/-  WT 血管间这种作用并无显著性差异。相反,两种小鼠血管中 ACh 都没有使 TxA2 代谢物 TxB2 增加。



进一步观察了 EP3 拮抗剂 L-NAME 处理的 WT 血管中的作用。如图所示,在野生型小鼠的腹主动脉中 EP3 拮抗剂 L798106 减轻了 PGI2 引起的收缩反应。此外,在以 PE 预收缩的血管中 PGI2  COX 底物 AA( TP 拮抗剂敏感)  TP 拮抗剂 SQ29548存在时,引起收缩的增强;但当同时存在 SQ29548  L798106  PGI2  COX 底物 AA 引起了舒张反应,而在 PE 诱发的收缩力之间无显著性差异。有趣的是,在野生型小鼠的腹主动脉 L798106 能明显的减少 ACh 起的收缩反应然后对 PGE2 引起的收缩反应仅略有减少。然而,这种 PGE2 引起的收缩对 TP 拮抗剂 SQ29548 非常敏感。此外 L798106 减少了 PGI2 在颈动脉和肾动脉引起的收缩。



本研究中所使用的 TP-/- 敲除小鼠由北京唯尚立德提供,该小鼠在 C57BL/6 的背景下通过 TALEN 技术构建而成的。北京唯尚立德生物科技有限公司是拥有多年的基因编辑经验,已为数千名科研工作者及工业客户成功定制基因编辑模型,同时搭建了完善的基因工程动物创制平台、动物表型分析和实验技术服务平台、动物模型种源交流平台、实验动物繁育平台,欢迎您致电咨询。