動(dòng)脈心血管系統(tǒng)由管腔內(nèi)皮層組成，該內(nèi)皮層通過響應(yīng)和傳遞機(jī)械,、旁分泌和內(nèi)分泌刺激循環(huán)巨噬細(xì)胞和底層的平滑肌細(xì)胞（SMCs）,，對血管健康至關(guān)重要。因此,，維持內(nèi)皮健康對于血管功能系統(tǒng)至關(guān)重要,。然而，促炎刺激會(huì)促進(jìn)內(nèi)皮功能障礙,，通過協(xié)調(diào)巨噬細(xì)胞跨內(nèi)皮遷移到血管壁,，從而引發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化,。在遷移過程中，巨噬細(xì)胞從M1表型極化到M2表型,，最終形成促炎泡沫細(xì)胞，與內(nèi)皮源性炎癥介質(zhì)協(xié)同作用,，促進(jìn)SMC增殖,。最終，這些事件引起血管床損傷和動(dòng)脈粥樣硬化病變形成,。

這些發(fā)現(xiàn)表明,，除了全身刺激，局部血流動(dòng)力學(xué)在內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）中引發(fā)機(jī)械信號傳導(dǎo)事件,。因此,，盡管每種細(xì)胞類型在血管健康中都起著重要作用，但內(nèi)皮細(xì)胞的機(jī)械力學(xué)生物學(xué)被假設(shè)為組織動(dòng)脈粥樣硬化病灶性質(zhì)的重要細(xì)胞類型,。美國加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)系,、斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院兒科等專家學(xué)者對此領(lǐng)域進(jìn)行了相關(guān)探索與討論。

內(nèi)皮細(xì)胞是機(jī)械傳感器,，對局部血流模式引起的物理力作出反應(yīng),。脈動(dòng)剪切應(yīng)力（PS）發(fā)生在血管的直線區(qū)域，具有單向性,。PS促進(jìn)EC穩(wěn)態(tài)和血管健康,。相比之下，振蕩剪切應(yīng)力（OS）與發(fā)生在血管彎曲或分叉處的擾動(dòng)流動(dòng)模式有關(guān),。OS誘發(fā)局部炎癥環(huán)境,，促進(jìn)特定部位動(dòng)脈粥樣硬化的起始和進(jìn)展。這些局部剪切應(yīng)力模式可以使用平行平板系統(tǒng)在體外建模（圖1 a）,。在這個(gè)系統(tǒng)中,，ECs被鍍在玻璃載玻片上作為融合的單層。在載玻片之間放置一個(gè)墊圈以形成具有入口和出口的腔室,，用于培養(yǎng)基的流動(dòng),，從而創(chuàng)建具有調(diào)節(jié)流速（例如，12 ± 4 dynes/cm2的PS 和 0.5 ± 4 dynes/cm2 的OS）的灌注系統(tǒng),，類似于人體生理?xiàng)l件（圖1 b）,。

利用該系統(tǒng)，研究了剪切應(yīng)力對應(yīng)力纖維取向和細(xì)胞內(nèi)流變性的影響,。研究結(jié)果表明,，PS引起細(xì)胞骨架纖維，如肌動(dòng)蛋白,，微管蛋白和中間細(xì)絲等,，以及蠕變的細(xì)胞內(nèi)流變參數(shù)與細(xì)胞軸和流動(dòng)方向一致,。這些結(jié)果導(dǎo)致了機(jī)械刺激方向性調(diào)節(jié)EC組織狀態(tài)和功能的新概念的提出。為了驗(yàn)證和補(bǔ)充這些體外研究,，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn),，通過比較胸主動(dòng)脈和主動(dòng)脈弓，分別研究了PS和動(dòng)脈粥樣硬化保護(hù)性血流與OS和動(dòng)脈粥樣硬化傾向性血流的關(guān)系（圖1 c）,。部分結(jié)扎（PL）的其他動(dòng)物模型包括手術(shù)結(jié)扎頸總動(dòng)脈的三個(gè)分支,，以誘導(dǎo)收縮，從而改變流動(dòng)模式,，從保護(hù)動(dòng)脈粥樣硬化的流向轉(zhuǎn)變?yōu)閮A向于動(dòng)脈粥樣硬化的流動(dòng)模式,。

圖1   研究剪切應(yīng)力對內(nèi)皮細(xì)胞影響的技術(shù)

（a）圖表說明了用于體外將PS或OS應(yīng)用于ECs的可灌注流動(dòng)系統(tǒng)。（b）灌注系統(tǒng)施加剪切應(yīng)力,，脈動(dòng)方向?yàn)?nbsp;12 ± 4 dynes/cm2,，最小大小為 0.5 ± 4 dynes/cm2。（c）用主動(dòng)脈弓標(biāo)注的主動(dòng)脈,，該區(qū)域以OS模擬的擾動(dòng)流動(dòng)模式為特征,，胸主動(dòng)脈以PS模擬的層流模式為特征。

體外和體內(nèi)系統(tǒng)用于研究剪切應(yīng)力時(shí)空調(diào)節(jié)機(jī)械傳感器,、信號分子和基因調(diào)控影響EC表型的過程,。這導(dǎo)致了膜脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，如受體酪氨酸激酶,、連接蛋白,、粘附蛋白、離子通道,、G蛋白偶聯(lián)受體以及整合素在流動(dòng)誘導(dǎo)機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用,。但是，機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)誘導(dǎo)的EC通路的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了剪切應(yīng)力對EC膜,，包括銜接蛋白,、轉(zhuǎn)錄因子、受體,、激酶,、連接蛋白和粘附分子等的影響。在這些通路中,，該小組合作研究了部分機(jī)制,，包括剪切應(yīng)力調(diào)節(jié)EC轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的機(jī)制。

其中,，一個(gè)重要的通路是PS誘導(dǎo)的KLF2和KLF4,，它們是PS誘導(dǎo)EC功能的重要轉(zhuǎn)錄 因子，部分通過轉(zhuǎn)錄激活內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）,。eNOS 的合成由ECs分泌的一氧化氮（NO）,，以促進(jìn)血管舒張,。后續(xù)研究表明，AMP活化蛋白激酶（AMPK）在 PS下受到刺激,，進(jìn)而磷酸化并激活Ser-633和Ser-1177位點(diǎn)的eNOS,。這種磷酸化狀態(tài)引發(fā) eNOS用于SIRT1的脫鏈，從而提高NO的生物利用度,。AMPK 還通過激活肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2（MEF2）表達(dá)增加KLF2的轉(zhuǎn)錄表達(dá),。這在一定程度上解釋了為什么AMPK激活劑，如二甲雙胍和他汀類藥物,，對動(dòng)脈粥樣硬化具有保護(hù)作用（圖2 a）。

動(dòng)脈粥樣硬化的一個(gè)標(biāo)志是泡沫細(xì)胞在血管壁中的積聚,。在OS條件下,，ECs單核細(xì)胞趨化蛋白1（MCP1）的表達(dá)增加。MCP1募集單核細(xì)胞到血管壁,，在那里它們浸潤內(nèi)皮下間隙并分化為巨噬細(xì)胞,，巨噬細(xì)胞清除氧化脂質(zhì)形成泡沫細(xì)胞。許多其他促炎信號通路都是由OS誘導(dǎo),，包括NFκB通路及其下游靶點(diǎn) VCAM-1（圖2 b）,。這些通路在致動(dòng)脈粥樣硬化環(huán)境中達(dá)到ding峰。

OS也影響EC脂質(zhì)代謝,。甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（SREBP）1 和2,，是激活膽固醇生物合成和攝取相關(guān)基因的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，在OS下上調(diào),。在生理?xiàng)l件下,，細(xì)胞內(nèi)高甾醇濃度抑制 SREBP 介導(dǎo)的膽固醇產(chǎn)生。然而,，在OS條件下,，SREBP 進(jìn)行持續(xù)激活。這表明,，上游機(jī)械傳感器（如整合素）可能促進(jìn)脂質(zhì)在 ECs中的積聚,，而與細(xì)胞內(nèi)甾醇濃度無關(guān)（圖2 b）。此外 SREBP2 通過激活核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3（NLRP3）炎癥小體,，以及促進(jìn)TNF-α受體相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子相互作用蛋白與叉頭相關(guān)結(jié)構(gòu)域（TIFA）的轉(zhuǎn)錄,，TIFA 是NLRP3炎癥小體誘導(dǎo)的關(guān)鍵介質(zhì)，與EC先天免疫反應(yīng)相關(guān)（圖2 b）,。因此,，OS激活的SREBP2增強(qiáng)了未解決的炎癥的惡性循環(huán)。除了這些炎癥作用外,，OS通過增加EC增殖促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化形成表型,。

Yes相關(guān)蛋白（YAP）和具有PDZ結(jié)合基序的轉(zhuǎn)錄輔激活子（TAZ）是調(diào)節(jié)器官大小和癌癥發(fā)展的轉(zhuǎn)錄激活因子,，與OS誘導(dǎo)的EC增殖有關(guān)。利用模擬體內(nèi)OS的頸動(dòng)脈部分結(jié)扎（PL）模型,，71例實(shí)驗(yàn)表明YAP/TAZ在血流擾動(dòng)下被激活,。此外，OS上調(diào)細(xì)胞周期調(diào)節(jié)基因和炎癥基因,，以YAP依賴性方式,。在PL模型中，使用嗎啉抑制YAP可減弱動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展（圖2 b）,。

圖2   剪切應(yīng)力對內(nèi)皮的影響

（a）PS對ECs影響的網(wǎng)絡(luò)示意圖,。PS激活AMPK、KLF2和KLF4,。AMPK通過磷酸化DNMT1,、RBBP7、HAT1,、YAP/TAZ,、PARP1、NCL和皮質(zhì)激素,，起到動(dòng)脈粥樣硬化保護(hù)作用,。KLF2通過轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)ITPR3、LEENE和LINC00341發(fā)揮類似的動(dòng)脈粥樣硬化保護(hù)作用,。這些靶點(diǎn)的活性被調(diào)節(jié)以增強(qiáng)線粒體的生物發(fā)生和功能,，增加eNOS衍生的NO生物利用度，并減少EC增殖和炎癥,。（b）OS對ECs影響的網(wǎng)絡(luò)示意圖,。OS激活SREBP2，YAP / TAZ和NF-κB,，共同損害EC穩(wěn)態(tài),，并增強(qiáng)EC炎癥和增殖。

綜上所述,，這些研究確定了由血流模式誘導(dǎo)的機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)在決定動(dòng)脈粥樣硬化或動(dòng)脈粥樣保護(hù)EC表型中起著重要作用,。因此，PS 通過抑制EC炎癥,、增殖和遷移來保護(hù)動(dòng)脈粥樣硬化,而OS具有相反的效果,。

參考文獻(xiàn)：He M, Martin M, Marin T, Chen Z, Gongol B. Endothelial mechanobiology. APL Bioeng. 2020 Feb 20;4(1):010904. doi: 10.1063/1.5129563. PMID: 32095737; PMCID: PMC7032971.

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