Adhesion of circulating monocytes to vascular endothelial cells (ECs) is a critical event leading to vascular inflammation and, hence, development of atherosclerosis. MicroRNAs (miRs) are a class of endogenous, highly conserved, noncoding small RNAs that play important roles in regulating gene expression and cellular function, as well as pathogenesis of atherosclerosis. Here, we showed that oscillatory shear stress (OSS) induces the expression of miR-21 at the transcriptional level in cultured human umbilical vein ECs via an increased binding of c-Jun, which is a component of transcription factor activator protein-1 (AP-1), to the promoter region of miR-21. OSS induction of miR-21 inhibited the translation, but not transcription, of peroxisome proliferators-activated receptor-α (PPARα) by 3′-UTR targeting. Overexpression of miR-21 up-regulated AP-1 activation, which was attenuated by exogenous expression of PPARα. OSS and overexpression of miR-21 enhanced the expression of adhesion molecules vascular cell adhesion molecule-1 and monocyte chemotactic protein-1 and the consequential adhesion of monocytes to ECs. Overexpression of PPARα significantly attenuated the AP-1–mediated miR-21 expression. These results demonstrate a unique mechanism by which OSS induces AP-1–dependent miR-21 expression, which directly targets PPARα to inhibit its expression, thereby allowing activation of AP-1 and the promotion of monocyte adhesion. Our findings suggest the presence of a positive feedback loop that enables the sustained induction of miR-21, thus contributing to the proinflammatory responses of vascular endothelium under OSS.

Upregulated by atheroprotective flow, the transcription factor Krüppel-like factor 2 (KLF2) is crucial for maintaining endothelial function. MicroRNAs (miRNAs) are noncoding small RNAs that regulate gene expression at the posttranscriptional level. We examined the role of miRNAs, particularly miR-92a, in the atheroprotective flow-regulated KLF2.Dicer knockdown increased the level of KLF2 mRNA in human umbilical vein endothelial cells, suggesting that KLF2 is regulated by miRNA. In silico analysis predicted that miR-92a could bind to the 3' untranslated region of KLF2 mRNA. Overexpression of miR-92a decreased the expression of KLF2 and the KLF2-regulated endothelial nitric oxide synthase and thrombomodulin at mRNA and protein levels. A complementary finding is that miR-92a inhibitor increased the mRNA and protein expression of KLF2, endothelial nitric oxide synthase, and thrombomodulin. Subsequent studies revealed that atheroprotective laminar flow downregulated the level of miR-92a precursor to induce KLF2, and the level of this flow-induced KLF2 was reduced by miR-92a precursor. Furthermore, miR-92a level was lower in human umbilical vein endothelial cells exposed to the atheroprotective pulsatile shear flow than under atheroprone oscillatory shear flow. Anti-Ago1/2 immunoprecipitation coupled with real-time polymerase chain reaction revealed that pulsatile shear flow decreased the functional targeting of miR-92a precursor/KLF2 mRNA in human umbilical vein endothelial cells. Consistent with these findings, mouse carotid arteries receiving miR-92a precursor exhibited impaired vasodilatory response to flow.Atheroprotective flow patterns decrease the level of miR-92a, which in turn increases KLF2 expression to maintain endothelial homeostasis.

Rationale: Endothelial microRNA-126 (miR-126) modulates vascular development and angiogenesis. However, its role in the regulation of smooth muscle cell (SMC) function is unknown. Objective: To elucidate the role of miR-126 secreted by endothelial cells (ECs) in regulating SMC turnover in vitro and in vivo, as well as the effects of shear stress on the regulation. Methods and Results: Coculture of SMCs with ECs or treatment of SMCs with conditioned media from static EC monoculture (EC-CM) increased SMC miR-126 level and SMC turnover; these effects were abolished by inhibition of endothelial miR-126 and by the application of laminar shear stress to ECs. SMC miR-126 did not increase when treated with EC-CM from ECs subjected to inhibition of miR biogenesis, or with CM from sheared ECs. Depletion of extracellular/secreted vesicles in EC-CM did not affect the increase of SMC miR-126 by EC-CM. Biotinylated miR-126 or FLAG (DYKDDDDK epitope)-tagged Argonaute2 transfected into ECs was detected in the cocultured or EC-CM–treated SMCs, indicating a direct EC-to-SMC transmission of miR-126 and Argonaute2. Endothelial miR-126 represses forkhead box O3, B-cell lymphoma 2, and insulin receptor substrate 1 mRNAs in the cocultured SMCs, suggesting the functional roles of the transmitted miR-126. Systemic depletion of miR-126 in mice inhibited neointimal lesion formation of carotid arteries induced by cessation of blood flow. Administration of EC-CM or miR-126 mitigated the inhibitory effect. Conclusions: Endothelial miR-126 acts as a key intercellular mediator to increase SMC turnover, and its release is reduced by atheroprotective laminar shear stress.

Abstract High‐magnitude cyclic stretch from arterial blood pressure significantly contributes to the excessive proliferation and migration of vascular smooth muscle cells (VSMCs), leading to neointima formation in vein grafts. However, the molecular mechanisms remain unclear. This study highlights the critical role of cytosolic Phospholipase A2 (cPLA2)/ Yin Yang 1 (YY1)/ carnitine palmitoyltransferase 1b (CPT1B) signaling in coordinating VSMC mechanical activation by inhibiting fatty acid β‐oxidation. Metabolomic analysis showed that a 15%–1 Hz arterial cyclic stretch, compared to a 5%–1 Hz venous stretch, increased long‐chain fatty acids in VSMCs. cPLA2, identified as a mechanoresponsive molecule, produces excessive arachidonic acid (ArAc) under the 15%–1 Hz stretch, inhibiting CPT1B expression, a key enzyme in fatty acid β‐oxidation. ArAc promotes transcription factor YY1 degradation, downregulating CPT1B. Inadequate fatty acid oxidation caused by knockdown of CPT1B or YY1, or etomoxir treatment, increased nuclear membrane tension, orchestrating the activation of cPLA2. Overexpressing CPT1B or inhibiting cPLA2 reduced VSMC proliferation and migration in vein grafts, decreasing neointimal hyperplasia. This study uncovers a novel mechanism in lipid metabolic reprogramming in vein grafts, suggesting a new therapeutic target for vein graft hyperplasia.

Arterial stiffening is a hallmark of chronic kidney disease (CKD) related cardiovascular events and is primarily attributed to the elevated matrix stiffness. Stiffened arteries are accompanied by low-grade inflammation, but the causal effects of matrix stiffness on inflammation remain unknown. For analysis of the relationship between arterial stiffness and vascular inflammation, pulse wave velocity (PWV) and aortic inflammatory markers were analyzed in an adenine-induced mouse model of CKD in chronological order. Compared with their control littermates, mice with CKD showed elevated arterial stiffness at the early stage of disease progression, which preceded the onset of vascular inflammation. Correspondingly, the increase of matrix stiffness induced vascular smooth muscle cells (VSMCs) to transdifferentiate into an inflammatory phenotype, as indicated by the increased expression and secretion of MCP-1, IL-6, IL-1β and IL-18. RNA-sequencing analysis of stiff matrix-cultured VSMCs and bioinformatics analysis with the ChIP-Atlas database revealed the potential involvement of the transcription factor Runx2. The expression and the nuclear localization of Runx2 were significantly increased in stiff matrix-cultured VSMCs. High-throughput ChIP-sequencing and promoter luciferase assays further revealed that NLRP3 was directly transcriptionally regulated by Runx2. The inhibition of Runx2 or NLRP3 inflammasome abrogated the proinflammatory effect of matrix stiffening on VSMCs. Together, these data revealed that arterial stiffness precedes vascular inflammatory responses in CKD mice, and that the Runx2-NLRP3 axis orchestrates matrix stiffness and the VSMC inflammatory phenotype, which may contribute to the pathogenic role in arterial stiffness-related vascular inflammation and CKD-related cardiovascular complications.