源自中胚層的血管內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）形成覆蓋在血管內(nèi)表面的單層鱗狀細(xì)胞。除了受到來自細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）和血液的化學(xué)信號的調(diào)節(jié)外，ECs 還直接面對復(fù)雜的血流動力學(xué)環(huán)境。這些物理輸入被轉(zhuǎn)化為生化信號，決定了細(xì)胞行為和目的的多個方面，包括生長、分化、遷移、粘附、死亡和存活。

機械傳感器是對機械環(huán)境變化的初始響應(yīng)者，其中絕大多數(shù)位于質(zhì)膜上。物理力影響質(zhì)膜流動性和質(zhì)膜上蛋白質(zhì)復(fù)合物的變化，伴隨著改變細(xì)胞間連接、細(xì)胞-ECM 粘附、細(xì)胞骨架的變形，從而形成特定表型的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。在施加在 ECs 上的各種力中，定義為血流施加的切向摩擦力的剪切應(yīng)力（SS）已被廣泛研究，包括機械感應(yīng)、機械轉(zhuǎn)導(dǎo)以及相應(yīng)的表型。

然而，確定動脈粥樣硬化傾向和動脈粥樣硬化保護表型的精確機械傳感器和信號通路仍不清楚。此外，值得一提的是，一些已建立的抗動脈粥樣硬化 SS 機械傳感器，例如內(nèi)皮糖萼，可能會被動脈粥樣硬化傾向的 SS 破壞。因此，南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科的課題組概述了當(dāng)前關(guān)于 ECs 中 SS 信號的機械傳感器的研究進展。

整合素

整合素是跨膜蛋白受體家族，它結(jié)合 ECM 中的粘附分子并通過連接蛋白連接到細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞骨架，從而建立細(xì)胞內(nèi)外結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。它們是由兩個亞基 α 和 β 組成的跨膜粘附蛋白。

Sun 等人表明，振蕩剪切應(yīng)力（OSS，0.5 ± 4 dynes/cm²，2 h）顯著提高了脂筏中總的和活化的整合素 α5 的水平。動脈粥樣硬化易發(fā)區(qū)的 EC 功能障礙依賴性于整合素 α5。此外，層流SS（12 dynes/cm²，5 min）快速激活整合素 αvβ3 以及整合素 β3，并促進整合素-Gα13 相互作用，從而在體內(nèi)和體外抑制 RhoA-YAP 磷酸化。OSS 還通過 ECs 中的 CCN1-α6β1 通路促進動脈粥樣硬化表型。先前的一項研究表明，整合素 αvβ3 通過層狀 SS 介導(dǎo) Rho 依賴性的細(xì)胞骨架排列。

細(xì)胞骨架

細(xì)胞骨架是指蛋白質(zhì)纖維骨架，由微管（MTs）、微絲（MFs）和中間絲（IFs）組成。它與細(xì)胞形態(tài)和細(xì)胞運動的變化有關(guān)。

層流 SS 通過調(diào)節(jié)應(yīng)力纖維的組裝和排列來誘導(dǎo) ECs 的伸長和取向。Avari 等人使用 GFP-波形蛋白融合蛋白觀察暴露于流體層流SS（12 dynes/cm²）的活 ECs 中 IFs 的快速變形。在靜態(tài)條件下，F-肌動蛋白短而薄且方向隨機，而 F-肌動蛋白鏈環(huán)繞在細(xì)胞邊緣。在動脈粥樣硬化傾向條件下（1.13±0.10 dynes/cm2，24 h），ECs 呈現(xiàn)整體隨機F-肌動蛋白極性，外圍肌動蛋白鏈消失。在動脈粥樣硬化保護條件下（11.5±0.9 dynes/cm²，24 h），F-肌動蛋白與血流方向一致，細(xì)胞內(nèi)布滿更致密、更粗的肌動蛋白束。

小窩

小窩或細(xì)胞質(zhì)膜微囊（Caveolae），直徑 50～100nm，是細(xì)胞膜內(nèi)陷形成的燒瓶狀質(zhì)膜微區(qū)，主要由膽固醇、鞘磷脂、蛋白質(zhì)組成。小窩蛋白-1（Caveolin-1）是其主要的蛋白成分。

小窩的亞細(xì)胞分布和周轉(zhuǎn)由 SS 動態(tài)調(diào)節(jié)。在靜態(tài)條件下，據(jù)報道 Cav-1 主要位于細(xì)胞邊界附近。然而，Cav-1 在層流 SS 暴露（15 dynes/cm²，24 h）后向細(xì)胞中間和頂端堆疊遷移。Wang 等人表明 OSS（4 dynes/cm²，30 min）導(dǎo)致 Cav-1 在 tyrosine-14 上的磷酸化。另一組發(fā)現(xiàn)層流 SS（10 dynes/cm²，5 min）刺激 Cav-1 磷酸化（pY14），這取決于 Src 家族激酶（SFK）活性和整合素的激活。層流 SS（15 dynes/cm²，秒）在小窩處引起三磷酸腺苷（ATP）釋放，隨后在 ECs 的相同位置觸發(fā) Ca²⁺ 通量。

離子通道

幾個離子通道是 SS 響應(yīng)的，它們的電流可以通過全細(xì)胞膜片鉗法確定。應(yīng)用 LSS（0.5-3.5 dynes/cm²，秒）后，流出氯化物的通道導(dǎo)致 EC 膜去極化，而流入鉀離子的流動敏感通道介導(dǎo)EC 膜超極化。

最近，跨膜蛋白 Piezo1 已被確定為機械激活離子通道的重要組成部分。Piezo1 介導(dǎo)層流 SS 誘導(dǎo)的 Ca²⁺ 內(nèi)流，還調(diào)節(jié)血管生成、NO 產(chǎn)生、血管張力和血壓。層流 SS（15 dynes/cm²）誘發(fā)了前頂端片狀偽足處的 Piezo1 積累。內(nèi)皮 Piezo1 是啟動層流誘導(dǎo)的 ATP 釋放和血管舒張（15 dynes/cm²）所必需的，從而控制血壓。HSS 誘導(dǎo)的單核細(xì)胞活化依賴于 Piezo1，通過導(dǎo)管主動脈瓣植入（TAVI）減少 SS 導(dǎo)致的單核細(xì)胞活化下調(diào)。

G 蛋白和 GPCRs

已經(jīng)表明，即使在沒有另一個潛在的機械傳感器的情況下，層流 SS（30 dynes/cm²，1 min）在無蛋白質(zhì)受體區(qū)域激活和重組純化的 G 蛋白脂質(zhì)體，這表明 G 蛋白是一種機械傳感器。

HSS（300 dynes/cm², 2 min）被發(fā)現(xiàn)在 GPCRs 中引起配體無關(guān)的構(gòu)象變化。Zeng 等人表明，CXCR1 和 CXCR2， GPCRs介導(dǎo)了層流 SS 誘導(dǎo)的 EC 遷移。Gαq/11 和 PECAM-1 共定位于小鼠主動脈動脈粥樣硬化保護區(qū)域的細(xì)胞-細(xì)胞連接處。有趣的是，在動脈粥樣硬化易發(fā)區(qū)和 PECAM-1 敲除小鼠的整個動脈中，Gαq/11 均缺失，這表明 Gαq/11-PECAM-1 復(fù)合物是血管疾病的關(guān)鍵介質(zhì)。

糖萼

由蛋白聚糖（PGs）及其相關(guān)的糖胺聚糖（GAG）側(cè)鏈組成的內(nèi)皮細(xì)胞糖萼（EG）可以通過釕紅染色來識別。

暴露于層流 SS（15 dynes/cm²）24 小時后，糖萼的厚度增加。Yao 等人表明，肝素酶去除糖萼可防止 HSS 誘導(dǎo)的細(xì)胞重新定向并減弱 HSS 介導(dǎo)的細(xì)胞增殖。Dragovich 等人證明了響應(yīng)層狀 SS 的快速 Ca²⁺ 內(nèi)流和 NO 產(chǎn)生取決于 EG。最后，EG 不同程度地介導(dǎo)了動脈粥樣硬化保護和動脈粥樣硬化傾向性 SS 的作用，因為相比于動脈粥樣硬化保護性SS的作用，動脈粥樣硬化性 SS 干擾了 EG 的表達。

初級纖毛

纖毛結(jié)構(gòu)大體上可以分為三部分：軸絲、纖毛基質(zhì)和纖毛膜。纖毛大體可分為兩種型態(tài)：一種稱為運動纖毛，其軸絲的主體骨架為“9+2”微管結(jié)構(gòu)；另一種是初級纖毛，大多為“9+0”結(jié)構(gòu)，一般用作感應(yīng)細(xì)胞器。

初級纖毛在體內(nèi)低流動和振蕩流動區(qū)域更加豐富和更長。然而，在層流 SS（15 dynes/cm²，1-2 h）下，它們幾乎無法被檢測到并且變得更短和更容易被拆解。經(jīng)受層狀SS（15 dynes/cm²，5 h）處理的胚胎動脈中的非纖毛細(xì)胞的KLF2表達明顯低于胚胎心臟纖毛細(xì)胞。纖毛多囊蛋白2（PC-2）的正確表達和定位是NO 生物合成響應(yīng)層流 SS（7 dynes/cm²）所必需的。

叢狀蛋白 D1

Plexin D1（PLXND1）是跨膜蛋白叢蛋白的一個亞家族，是信號素家族中一種關(guān)鍵的 Ca²⁺ 依賴性細(xì)胞表面受體，具有多種結(jié)構(gòu)。

最近，Mehta 等人發(fā)現(xiàn) PLXND1 是一種直接的機械傳感器。PLXND1 與 neuropilin-1 和 VEGFR2 形成機械復(fù)合物以響應(yīng) SS（12 dynes/cm²，2 min），并且該機械復(fù)合物位于連接復(fù)合物和整合素激活的上游。敲除 PLXND1 表達減弱了層流 SS（12 dynes/cm²，10 min）下的早期反應(yīng)，例如關(guān)鍵信號傳導(dǎo)介質(zhì) Akt、ERK1/2 和 eNOS 的磷酸化。

其他可能的機械傳感器

酪氨酸激酶受體是剪切應(yīng)力傳感和轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要參與者，尤其是 VEGFR-2。此外，Tie1/Tie2 受體系統(tǒng)在 ECs 的穩(wěn)態(tài)中起關(guān)鍵作用。Tie2 的總量和磷酸化水平在層流 SS（6 dynes/cm²）下增加。Idowu 等人指出 Tie2 以 GATA3 依賴性方式控制血管屏障功能。值得注意的是，Tie1 表達的快速下調(diào)是由該分子的快速裂解導(dǎo)致的，它對層流 SS 變化敏感。裂解的 Tie1 45 kDa 內(nèi)結(jié)構(gòu)域與 Tie2 的結(jié)合可能是 ECs 不穩(wěn)定所必需的。相比之下，Tie1 啟動子活性被擾動流上調(diào)。

最近有人提出核受體 YAP 和 TAZ 是新型的核中繼傳感器和機械信號的介質(zhì)。YAP/TAZ 活性受 ECM 硬度和細(xì)胞幾何形狀的調(diào)節(jié)，這需要 Rho 活性和肌動球蛋白細(xì)胞骨架。層流 SS（15 dynes/cm²，18 h）降低了血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（ACE）的表達，因為這種反應(yīng)需要細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域以及 ACE Ser1270，Barauna 等人提出，ACE 細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域充當(dāng)機械傳感器，而細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)導(dǎo)下游細(xì)胞內(nèi) JNK 信號傳導(dǎo)。

圖1   參與內(nèi)皮細(xì)胞機械轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要機械傳感器和信號通路。

（A）顯示了動脈粥樣硬化保護性剪切應(yīng)力中的內(nèi)皮機械傳感器和信號通路。

（B）顯示了動脈粥樣硬化傾向性剪切應(yīng)力中的內(nèi)皮機械傳感器和信號通路。

目前，隨著多層次和多維策略被應(yīng)用于探索流量響應(yīng)，正在發(fā)現(xiàn)更多的潛在機械敏感基因。其他機械傳感器也可能與其他因素一起參與動脈粥樣硬化的不同階段。未來，這還需要進一步的研究。

參考文獻：Li H, Zhou WY, Xia YY, Zhang JX. Endothelial Mechanosensors for Atheroprone and Atheroprotective Shear Stress Signals. J Inflamm Res. 2022 Mar 11;15:1771-1783. doi: 10.2147/JIR.S355158. PMID: 35300215; PMCID: PMC8923682.

文章來源于Naturethink

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