卜倩爽 吳健忠 董國 楊樹森

動脈粥樣硬化（AS）是全球成年人非感染性死亡的主要原因之一，好發(fā)于動脈分叉外側壁和彎曲內(nèi)壁附近等區(qū)域[1-2]。血流動力學在AS 的形成與分布中發(fā)揮重要作用。

1 概述

血管內(nèi)皮細胞（EC）是循環(huán)血液與血管壁間的重要屏障。EC 能釋放血管擴張物質(zhì)和血管收縮因子，參與維持血管張力、抗血栓、免疫炎性反應、止血以及調(diào)節(jié)血管滲透性等，在血管穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用[3]。

血液流動對血管內(nèi)皮產(chǎn)生沿切線方向的剪切應力，其受腔體形狀、血流速度和血漿黏度等因素影響[4]。在相對較直的動脈段中，脈動的剪切應力（15～70 dyne/cm2，1 dyne/cm2＝0.1 Pa）具有抗AS 作用，而低剪切應力（LSS，約＜10 dyne/cm2）與振蕩性剪切應力（OSS，約±4 dyne/cm2）是早期AS 斑塊形成的危險因素[4-5]。

2 內(nèi)皮的機械感應和信號轉導

EC 有各種機械傳感器，可感知血流引起的流體機械力，當暴露在血流中時，EC 能對血流動力學的微小變化做出敏感反應[6]。EC 的機械傳感器包括整合素及其組成的黏著斑[7]、糖萼[8]、細胞間連接蛋白[9]、初級纖毛[10]、機械敏感離子通道（Piezol[11]、NOTCH1[9]）、G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）[9]、細胞膜磷脂和小窩[8,12]。這些機械傳感器與細胞內(nèi)信號通路如Hippo、大鼠肉瘤蛋白（Ras）/絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）和核因子κB（NF-κB）和/或細胞結構蛋白（F-肌動蛋白、微管和中間絲等）耦合，將機械力轉化為生化信號，調(diào)節(jié)EC 行為[6,13]。

血流動力學參與調(diào)控EC 的多個信號通路及代謝過程。脈動的剪切應力能激活轉錄調(diào)節(jié)因子Krüppel 樣因子（KLF）2，誘導內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS），進而抑制NF-κB 的轉錄和激活[14]。保護性剪切應力能誘導血栓調(diào)節(jié)素，介導大血管和毛細血管中的內(nèi)皮血栓抗性[15]。保護性剪切應力能通過KLF2 介導的6-磷酸果糖2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶-3 的抑制作用，抑制EC 代謝，導致EC 中葡萄糖攝取和線粒體含量減少，確保細胞代謝靜止[16]。

LSS 誘導激活整合素α5β1 及其下游激酶非受體酪氨酸激酶超家族Abelson 成員（c-Abl），使yes 相關蛋白1 發(fā)生核易位，與下游轉錄因子結合，從而調(diào)控細胞骨架調(diào)節(jié)基因，直接參與細胞周期和有絲分裂所需基因的表達[17]。抑制c-Abl 可延緩LSS 誘導的EC 活化和早期AS 的發(fā)展[18]。LSS 誘導血管黏附分子-1（VCAM-1）和細胞間黏附分子-1（ICAM-1）在EC 表面表達，并影響其鄰近的血管平滑肌細胞[19]。

Mehta 等[20]發(fā)現(xiàn)導向受體神經(jīng)叢蛋白（plexin）是EC 中的新型機械傳感器。plexin D（PLXND1）參與調(diào)節(jié)小鼠主動脈中AS 斑塊的局部分布。此外，PLXND1 能夠通過由神經(jīng)纖毛蛋白（NRP）-1、血管內(nèi)皮細胞生長因子受體（VEGFR）2 和PLXND1 組成的新型機械敏感復合物促進機械信號轉導[20]。

綜上所述，機械傳感器/復合物對剪切應力介導的細胞信號轉導和細胞表型至關重要，盡管機械傳感器相關研究已經(jīng)取得了許多的成果，但生物力學對于內(nèi)皮機械感應和信號轉導的調(diào)控機制仍需進一步探討。

3 剪切應力與內(nèi)皮功能

EC 的機械傳感器或機械傳感復合體可感知致AS 性流動，啟動剪切應力力學信號的傳遞，引發(fā)機械傳導通路改變，進而引起內(nèi)皮功能障礙，表現(xiàn)為內(nèi)皮損傷、白細胞黏附增加、內(nèi)皮-間充質(zhì)轉化（EndMT）、氧化應激及炎性反應增強和通透性過高[13]。內(nèi)皮功能障礙是血管疾病的初始階段，也是心血管和代謝性疾病的重要預后指標，而動脈剪切應力被認為是調(diào)節(jié)內(nèi)皮功能的重要病理生理機制。

3.1 剪切應力與EndMT

EndMT 以多種形態(tài)變化和生理變化為特征，包括細胞極性的喪失、細胞間連接破壞、內(nèi)皮屏障功能喪失，EC 獲得了類似肌成纖維細胞樣細胞的遷移和促纖維化特性[21]。

保護性層流和致AS 性流動對調(diào)節(jié)EndMT具有相反的作用。OSS 上調(diào)EC 間充質(zhì)標志物如鈣黏著蛋白-2（CDH2）、結締組織生長因子、VCAM-1 和平滑肌蛋白22α 等的表達，通過增加血管性血友病因子和CD31 等基因啟動子區(qū)域的DNA 甲基化，誘導微小RNA（miRNA）-92a 抑制KLF2/4，從而降低EC 標記基因的表達[22]。此外，內(nèi)皮代謝狀態(tài)對于調(diào)節(jié)EndMT 至關重要。層流通過KLF2 抑制葡萄糖的攝取和糖酵解[16]；相反，紊亂流以缺氧誘導因子1α 依賴的方式誘導糖酵解并降低線粒體呼吸能力[23-24]。因此，剪切應力調(diào)控的EndMT 也可能與保護性層流及致AS 性血流調(diào)節(jié)的代謝變化有關。

3.2 剪切應力與EC更新

與層流相比，低血流或振蕩流會導致以高細胞周轉率為特征的內(nèi)皮狀態(tài)[3]。與兔胸主動脈直段相比，紊亂流區(qū)域的EC 具有更高的有絲分裂率[25]。部分研究認為巨噬細胞自噬（自噬）能增強剪切應力對于內(nèi)皮的有益作用。有研究發(fā)現(xiàn)，缺乏內(nèi)皮自噬的小鼠會形成更多的AS 斑塊，其機制仍不清楚[26]。與脈動剪切應力相比，LSS 致AS 區(qū)通過激活哺乳動物雷帕霉素靶點和抑制腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）α 通路使EC 自噬處于較低水平，導致細胞排列缺陷以及內(nèi)皮炎性反應、衰老和凋亡，從而促進AS 病變的發(fā)展[27]。剪切應力調(diào)節(jié)的內(nèi)皮自噬與不同細胞過程之間的聯(lián)系機制仍需進一步研究。

研究發(fā)現(xiàn)，LSS 可抑制miR-181b-5p 的表達，導致信號轉導與轉錄激活因子3（STAT-3）表達增加；STAT-3 依賴的組蛋白乙?；险{(diào)核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白（NLRP）3 炎性小體的表達，引起神經(jīng)元細胞焦亡[28]。STAT-3 下調(diào)抑制了LSS 下人臍靜脈EC 中NLRP3 介導的焦亡[28-29]。LSS 誘導的血管EC 焦亡在AS 的發(fā)生和發(fā)展中起到重要的作用，其潛在的機制仍需深入探討。

3.3 剪切應力與內(nèi)皮炎性反應

AS 是一種慢性血管炎性反應疾病，與氧化應激密切相關。有研究發(fā)現(xiàn)，LSS 增加了主動脈弓彎曲內(nèi)側易斑塊區(qū)域的活性氧（ROS）表達水平，這需要血管緊張素Ⅱ1 型受體（AT1R）的參與。LSS通過AT1R介導的eNOS活性/NO下調(diào)來誘導ROS，而AT1R 抑制劑氯沙坦可以抑制ROS 的生成[30]。此外，另有研究發(fā)現(xiàn)靈芝三萜類化合物能保護EC免受OSS 介導的ROS 升高影響，并在應激條件下維持內(nèi)皮穩(wěn)態(tài)功能，但具體機制尚不明確[31]。因此，有必要深入探討剪切應力介導的ROS 產(chǎn)生參與內(nèi)皮氧化應激調(diào)節(jié)的機制。

Singh 等[32]發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)皮穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中，由血小板內(nèi)皮細胞黏附分子-1（PECAM-1）、血管內(nèi)皮細胞鈣黏蛋白和PLXIN2 組成的內(nèi)皮連接機械感覺復合體起重要作用。層流下，Ras 相關蛋白（Rap）1位于PECAM-1 下游，傳遞形成連接機械感覺復合物所需的信號，促進eNOS 激活和NO 釋放[32]。相對的，ECRap1 缺失會加劇AS 的進展，表明內(nèi)皮Rap1 信號是治療心血管疾病的新靶點[32]。

LSS 誘導AMPK 去磷酸化，激活鈉氫交換體1 和透明質(zhì)酸酶2，二者協(xié)同介導EC 糖萼層中的透明質(zhì)酸降解，從而導致內(nèi)皮糖萼損傷[33]。在左頸總動脈部分結扎小鼠模型中，AMPK 激活劑預處理可防止LSS 引起的結扎近端血管內(nèi)膜上糖萼受損，同時伴隨著ICAM-1 和VCAM-1 表達降低，巨噬細胞數(shù)量減少[33]。保護糖萼有可能成為預防早期內(nèi)皮炎性反應和抑制AS 病變形成的新策略。

AS 易感部位嘌呤能受體P2X7的表達受OSS調(diào)控。致AS 性血流通過P2X7依賴性機制誘導p38 磷酸化，上調(diào)E-選擇素和白細胞介素-8 的分泌，并啟動ECATP 依賴性鈣內(nèi)流[34]。有研究發(fā)現(xiàn)，主動脈弓彎曲內(nèi)側擾動的血流可通過上調(diào)EC 中額外A 結構域的纖維連接蛋白來激活EC Toll 樣受體4 信號轉導，與髓樣分化因子相互作用增強，NFκB、VCAM-1 表達增加，進而導致AS 的發(fā)生[35]。

綜上所述，層流誘導抗炎、抗增殖和抗血栓形成基因的表達；而LSS 與OSS 通過各種轉導途徑及細胞因子促進細胞增殖和炎性細胞黏附，進而引發(fā)內(nèi)皮功能障礙，最終導致AS。血液流動參與調(diào)節(jié)內(nèi)皮功能及其功能失調(diào)的基因表達調(diào)節(jié)尚不十分明確，仍需不斷探索。

4 展望

AS 過程涉及系統(tǒng)性危險因素、擾動或LSS 和血管壁生物反應。致AS 性血流與高血壓、高脂血癥、吸煙等危險因素協(xié)同作用，不斷加速AS 進程。隨著系統(tǒng)生物學技術的廣泛應用和各項研究不斷深入，逐漸認識剪切應力參與調(diào)節(jié)內(nèi)皮功能障礙信號轉導網(wǎng)絡的機制，為延緩疾病進展乃至疾病治療預防發(fā)生提供了新的靶點。