內皮糖萼由糖胺聚糖組成，包括透明質酸（HA）、硫酸乙酰肝素、硫酸軟骨素和唾液酸，是一種位于內皮細胞頂端表面的糖蛋白復合物。該層有助于血管壁的屏障特性，并參與機械感應和剪切力到內皮的轉導。
剪切應力是指血流與血管內皮間摩擦力。高剪切應力（HSS，12-15 dyn/cm2）已被證明可以維持內皮糖萼的完整性并抵抗早期動脈粥樣硬化病變的發展。然而，低剪切應力（LSS，<5 dyn/cm2 ）也被認為通過減少內皮糖萼的尺寸在早期動脈粥樣硬化中起關鍵作用。
研究發現，LSS 通過透明質酸酶2（HYAL2）途徑降解內皮糖萼內的 HA，并進一步證明 LSS 誘導的糖萼損傷導致 eNOS-Ser633 去磷酸化并減少 NO 產生。然而，LSS 如何激活 HYAL2 仍不清楚。Na + -H +交換劑 (NHE)1 催化細胞內 (H + ) 離子的排出以交換細胞外 (Na + ) 離子，是可能的候選者之一，并且是一種普遍存在的膜蛋白，可調節細胞 pH 值。有研究發現， NHE1 被激活以產生酸性細胞外微環境，導致 HYAL2 在人乳腺腫瘤細胞中激活。據報道，在內皮細胞中，HSS 可引發 AMPK 磷酸化并增加 AMPK 的活性，AMPK 在調節細胞內 pH 值中起重要作用。AMPK 是否通過細胞外基質的 NHE1 酸化參與 LSS 誘導的 HYAL2 活化仍有待確定。因此，南京醫科大學南京第一醫院心內科的專家學者進行了研究，使用功能喪失方法和 AMPKα、NHE1 和 HYAL2 的激活或失活，旨在確定 LSS 誘導的內皮糖萼損傷和早期內皮炎癥對 LSS 的影響和分子機制。文章為《 AMP-activated protein kinase regulates glycocalyx impairment and macrophage recruitment in response to low shear stress.》
實驗中的 LSS 為 2 dyn/cm2，HSS 為 15 dyn/cm2。
NHE1 介導 LSS 誘導的糖萼損傷
LSS 激活 NHE1 的機制，是否涉及 AMPK，以及 NHE1 在 LSS 誘導的糖萼損傷中的作用尚不清楚。實驗首先在細胞經受 LSS 5、15、30 和 60 min 后檢查了 NHE1 蛋白及其磷酸化以及 NHE1 的活性。未經 LSS 處理的細胞用作對照。
如圖1 A，盡管表面 NHE1 蛋白表達沒有顯著變化，但在 LSS 暴露 15 min 后，NHE1 磷酸化水平顯著升高，在 30 min 時達到最高水平。NHE1 活性早在 LSS 處理后 15 min 就增強并持續至少 60 min。為了確認 NHE1 活性對響應 LSS 的糖萼損傷的影響，在 LSS 暴露之前，用編碼顯性陰性形式的酶 (AdDN-NHE1) 的腺病毒轉導 HUVECs，或用靶向 NHE1 活性的 cariporide（卡立泊來德）預處理。使用 AdDN-NHE1 抑制 NHE1 活性顯著降低了 LSS 誘導的 NHE1 磷酸化和 NHE1 活性。除了 AdDN-NHE1 外，cariporide 也可抑制 NHE1 活性。接下來，使用 AFM 檢查內皮糖萼厚度（GCT）。糖萼的最大厚度為 628 nm。LSS 顯著稀釋了內皮糖萼，然而，使用 AdDN-NHE1 可抑制 NHE1 活性，或 cariporide 保護糖萼免受 LSS 誘導的 GCT 降低。
AMPK 調節 NHE1 依賴性糖萼損傷以響應 LSS實驗顯示了 AMPKα 在其激活位點 Thr172 磷酸化的下調，伴隨著 AMPK 活性的降低，這在 LSS 處理后 15 min 就很明顯，并且持續了至少 60 min。相反，AMPKα 蛋白表達無明顯變化。為了檢查 AMPK 的失活是否介導 LSS 誘導的 NHE1 活化和糖萼降解，在沒有或存在 AMPK 激活劑 ampkinone 的情況下，將 HUVECs 暴露于 LSS 30 min。在接受 30 min LSS 的細胞中，用 ampkinone 處理恢復了 AMPKα-Thr172 磷酸化水平以及被 LSS 下調的 AMPK 活性。Ampkinone 處理還阻止了響應 LSS 的 NHE1 磷酸化和 NHE1 活性的增加。
在平行實驗中，在 LSS 暴露前 30 min 用 AdCA-AMPKα 轉導 HUVECs。組成型活性 AMPKα 不僅恢復了由 LSS 抑制的 AMPK 活性，而且減弱了 LSS 誘導的 NHE1 磷酸化和 NHE1 活化。然而，使用 AdDN-NHE1 抑制 NHE1 活性既不會減弱 AMPKα-Thr172 去磷酸化，也不會逆轉 LSS 誘導的 AMPK 失活。
接下來研究了 AMPK 在 LSS 誘導的 HUVECs 糖萼損傷中的作用。HUVECs 與 AMPK 激活劑 ampkinone 的孵育顯著減弱了 LSS 誘導的糖萼損傷。為了進一步證實 AMPK 活性對 LSS 下內皮糖萼損傷的影響，在 HUVECs 中表達了 AdDN-AMPKα 或 AdCA-AMPKα。觀察到 AdCA-AMPKα 保護糖萼免受 LSS 誘導的損傷。然而，AdDN-AMPKα 顯著逆轉了 HSS 誘導的糖萼保護。圖3 C顯示 cariporide、ampkinone、AdDN-NHE1 和 AdCA-AMPKα 顯著阻止糖萼中 HA 表達降低和糖萼變薄以響應 LSS。這些結果表明 LSS 引起的 AMPK 失活介導了內皮糖萼損傷。
之前的研究表明，HYAL2 參與了響應 LSS 的糖萼損傷。在該實驗中，研究人員證實了 LSS 激活 HYAL2 降解內皮糖萼。上述結果表明，LSS 誘導的內皮糖萼降解起因于 AMPK 失活和 NHE1 活化（圖1-3）。實驗接下來研究了 AMPK 和 NHE1 對 LSS 刺激的 HUVECs 中 HYAL2 活化的作用。結果發現，AMPK 和 NHE1 軸調控 LSS 誘導的 HYAL2 活化。最后，實驗證明 Ampkinone 處理可防止 LSS 誘導的左頸總動脈狹窄小鼠糖萼尺寸減少，并且保護內皮糖萼延緩左頸總動脈狹窄小鼠內皮炎癥的發展。
總之，這項研究的結果表明，暴露于 LSS 的內皮細胞中 AMPK 的去磷酸化可能有助于 NHE1 的激活。后者被認為是一種離子通道蛋白，催化細胞內（H +) 離子和下調細胞外 pH 值。酸活性 HYAL2 降解內皮糖萼中的 HA，導致內皮糖萼變薄。實驗進一步發現糖萼損傷導致粘附分子 VCAM-1 和 ICAM-1 的表達增加，以及巨噬細胞募集到左頸動脈-PL 小鼠的內皮細胞。因此，特定的糖萼保存，例如通過刺激 AMPK，可能是一種預防早期內皮炎癥和抑制動脈粥樣硬化病變形成的新策略。參考文獻：Zhang J, Kong X, Wang Z, Gao X, Ge Z, Gu Y, Ye P, Chao Y, Zhu L, Li X, Chen S. AMP-activated protein kinase regulates glycocalyx impairment and macrophage recruitment in response to low shear stress. FASEB J. 2019 Jun;33(6):7202-7212. doi: 10.1096/fj.201801869RRR. Epub 2019 Mar 12. PMID: 30860864.原文鏈接：https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/30860864/
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