機械應力經激活BDKRB1-ERK軸促進鈣內流和肺泡上皮細胞的生長

Mechanical stress facilitates calcium influx and growth of alveolar epithelial cells via activation of the BDKRB1/Ca2+/CaMKII/MEK1/ERK axis

Keywords: Alveolar epithelial cells, Mechanical stress, Calcium, Growth, Bradykinin receptor B1

肺部在呼吸過程中持續承受機械力，這種機械應力通過細胞外基質影響細胞 - 基質相互作用，對肺組織細胞功能及機械穩態調節至關重要。但非生理性機械負荷可引發多種肺部疾病，而多種細胞內信號通路參與這些過程中的生理穩態調節，因此闡明機械應力相關分子機制對改善肺功能和促進肺組織網絡重塑意義重大。

點擊了解: 牽張應變細胞培養儀

BDKRB1 作為 G 蛋白偶聯受體，參與多種生理病理過程，其表達變化與肺發育及肺部疾病相關，且能調節鈣代謝。鑒于鈣代謝在機械應力誘導的肺組織網絡重塑中的重要性，推測機械應力可能通過 BDKRB1 介導的信號通路在肺發育過程中調控鈣代謝。

點擊了解: 細胞力學刺激培養系統

基于此，昆明醫科大學第二附屬醫院骨科的研究團隊通過對肺泡上皮細胞施加機械應力來研究該應力對 BDKRB1 表達的影響，并闡明機械應力與 BDKRB1 在調節鈣代謝中的作用。研究成果發表在 Respiratory Research  期刊，題為“Mechanical stress facilitates calcium influx and growth of alveolar epithelial cells via activation of the BDKRB1/Ca2+/CaMKII/MEK1/ERK axis”。

首先，研究人員通過 CCK-8、流式細胞術、EdU 染色等實驗，分析不同振幅（5%、10%、15%）機械應力對肺泡上皮細胞（ RLE-6TN ）生長及鈣穩態的影響。

CCK-8 實驗結果顯示，施加 5% 機械應力 6、12、24 小時后，RLE-6TN 細胞活力未受顯著影響（圖 1A，P>0.05）；而 10% 機械應力處理 12、24 小時可顯著提高細胞活力，15% 振幅的機械應力則會顯著降低細胞活力（圖 1A，P<0.05）。 rle-6tn="" g2="" p="">0.05）；且 5% 振幅處理 6、12、24 小時后，細胞在 G1 期、S 期、G2 期的分布未發生顯著改變（圖 1B，P>0.05）。但 10% 振幅處理 6、12 小時會使 G1 期細胞比例降低、S 期細胞比例升高（圖 1B，P<0.05）；相反，15% 振幅處理 12、24 小時會導致 G1 期細胞比例升高、S 期細胞比例降低（圖 1B，P<0.05）。

圖1   機械應力對 RLE-6TN 細胞活力及細胞周期的影響 。

接著，研究人員通過 EdU 染色評估機械應力對細胞增殖的影響發現，10% 機械應力在所有時間點均能顯著提高 EdU 陽性率，15% 機械應力則會顯著降低該陽性率（圖 2，P<0.05）。這些結果提示，10% 機械應力可促進 RLE-6TN 細胞生長，15% 機械應力則抑制細胞增殖。

圖 2    機械應力對 RLE-6TN 細胞增殖的影響。

在鈣內流方面，任何振幅的機械應力處理 6 小時，均未顯著改變 Fluo-3 + 細胞比例（圖 3，P>0.05）；而處理 12、24 小時后，Fluo-3 + 細胞比例顯著升高（圖 3，P<0.05），表明機械應力可增強細胞的鈣內流。

圖 3 機械應力對 RLE-6TN 細胞內鈣離子濃度的影響

已證實 BDKRB1 與 CaMKIIα/δ 均與鈣代謝相關。因此，研究人員進一步探究了不同振幅的機械應力對肺泡上皮細胞中 BDKRB1 與 CaMKIIα/δ 表達的影響。 RT-qPCR 分析顯示 ，10% 和 15% 機械應力可上調 BDKRB1 與 CaMKIIα/δ 的 mRNA 表達（圖 4A，P<0.05），5% p="">0.05 ）。這些結果提示，機械應力可能通過上調 BDKRB1 與 CaMKIIα/δ 的表達，誘導肺泡上皮細胞發生鈣內流。

 圖4 機械應力對RLE-6TN細胞中BDKRB1/Ca²⁺/CaMKII/MEK1/ERK軸的影響。

已知鈣代謝可調控細胞生長，且該過程與 MEK1/ERK 通路相關 。因此，研究人員進一步觀察了 RLE-6TN 細胞中 MEK1/ERK 通路的活性變化。結果顯示，15% 機械應力處理 12、24 小時后，MEK1、ERK1 與 ERK2 的 mRNA 水平顯著降低（圖4B，P<0.05），而其他振幅的機械應力對此無顯著影響（圖 p="">0.05）。在蛋白水平，10% 機械應力處理 12 小時（既促生長又促鈣內流的條件）可上調軸中關鍵分子（BDKRB1、CaMKIIα/δ）及通路磷酸化蛋白（p-MEK1、p-ERK1/2）的表達（圖 4C、D，P<0.05） 。這些結果表明，10% 機械應力可激活 BDKRB1/Ca²⁺/CaMKII/MEK1/ERK 軸，這可能是其促進 RLE-6TN 細胞生長與鈣內流的重要機制。

接下來，為了驗證 10% 機械應力的作用是否通過 BDKRB1/Ca²⁺/CaMKII/MEK1/ERK 軸介導，研究人員采用慢病毒介導的 RNA 干擾技術敲低 RLE-6TN 細胞中 BDKRB1 的表達。先篩選出敲低效率最高的 Lv-BDKRB1 #3 載體，使 BDKRB1 的 mRNA 水平降低（圖 5A）。對比各組實驗發現，10% 機械應力能顯著促進細胞生長相關指標（活力、S 期比例、EdU 陽性率）和鈣內流，而陰性對照無影響（圖 5B-E）。但 BDKRB1 敲低后，上述受 10% 機械應力促進的指標均顯著下降，G1 期細胞比例升高（圖 5B-E）。這些結果表明， BDKRB1 是 10% 機械應力發揮促生長、促鈣內流作用的關鍵介導分子。  

圖 5    BDKRB1 敲低對機械應力介導的 RLE-6TN 細胞生長及鈣內流的影響。

最后，研究人員進一步探究了抑制 BDKRB1 對 10% 機械應力介導的 BDKRB1/Ca²⁺/CaMKII/MEK1/ERK 軸的影響。結果顯示，10% 機械應力可顯著提高 RLE-6TN 細胞中 BDKRB1、CaMKIIα/δ、p-MEK1及 p-ERK1/2 的水平，但不影響 MEK1 和 ERK1/2 的 mRNA 或蛋白表達（圖 6A-D，P>0.05），陰性對照無顯著影響（圖 6A-D，P>0.05）。而BDKRB1 敲低能顯著降低 BDKRB1、CaMKIIα/δ 的 mRNA （圖 6A）和蛋白水平（圖 6C ），以及 p-MEK1、p-ERK1/2 的水平，但對總 MEK1 和 ERK1/2 的表達無顯著影響（圖 6B、6D，P > 0.05）。這些結果表明，BDKRB1 抑制可削弱 10% 機械應力對 RLE-6TN 細胞中 Ca²⁺/CaMKII/MEK1/ERK 軸的刺激作用。

圖 6 BDKRB1 敲低對機械應力介導的 RLE-6TN 細胞中 Ca²⁺/CaMKII/MEK1/ERK 軸的影響。

圖7   機械應力相關信號機制。

總之，該研究表明， 10% 幅度的機械應力可通過上調 BDKRB1 表達促進鈣內流，進而激活 CaMKII/MEK1/ERK 信號通路，最終促進 RLE-6TN 細胞生長（圖 7）。該研究揭示了鈣代謝相關的機械轉導機制，為理解和治療機械應力相關肺部疾病提供了理論依據。

參考文獻：Zhang Y, Zhang QD, Li Q, Shi ZY, Pan C, Yan RS, Fei DR, Xu SX, Luo Y. Mechanical stress facilitates calcium influx and growth of alveolar epithelial cells via activation of the BDKRB1/Ca2+/CaMKII/MEK1/ERK axis. Respir Res. 2025 Apr 28;26(1):168. doi: 10.1186/s12931-025-03240-7. PMID: 40296124; PMCID: PMC12038983.
原文鏈接：https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12038983/

圖片來源：所有圖片均來源于參考文獻 

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。如有任何的想法以及建議，歡迎聯系小編。感謝各位的瀏覽以及關注！進入官網www.naturethink.com或關注“Naturethink”公眾號，了解更多相關內容。

點擊了解: 牽張應變細胞培養儀
點擊了解: 細胞力學刺激培養系統