循環(huán)拉伸對血管內(nèi)皮細(xì)胞和腹主動脈瘤的影響

腹主動脈瘤 (AAA) 是一種由腎下腹主動脈永久性擴張引起的退行性疾病。雖然 AAA 的確切病因尚不清楚，但存在與 AAA 發(fā)展相關(guān)的多個危險因素，例如男性、年齡（≥ 50 歲）、吸煙習(xí)慣、動脈粥樣硬化、高血壓，以及一些遺傳因素等。

細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 降解和氧化應(yīng)激是代表 AAA 進展的標(biāo)志。鈣化通常在動脈瘤壁內(nèi)發(fā)現(xiàn)并導(dǎo)致壁變硬，并最終導(dǎo)致其破裂。此外，由于管壁內(nèi)湍流引起的機械應(yīng)力增加，導(dǎo)致 AAA 的發(fā)生和破裂。

血管室中的血流遵循層流規(guī)律，層流因流速的降低（血瘀）以及流量的波動（湍流）而改變。經(jīng)典的湍流會導(dǎo)致內(nèi)皮損傷，因為它會產(chǎn)生與循環(huán)血流方向相反的流動，也會產(chǎn)生淤滯。在動脈瘤中，尤其是具有囊狀形態(tài)的動脈瘤，可能會出現(xiàn)血流減慢直至血瘀。這種停滯一方面可能導(dǎo)致壁血栓形成，另一方面會導(dǎo)致內(nèi)皮改變，隨后鈣化沉積在中膜中。

在病理重塑中，ECs 可以在結(jié)構(gòu)和功能方面受到影響。內(nèi)皮層可以變得更具滲透性，允許多種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和血管平滑肌（vSMC） 的浸潤。內(nèi)皮顯示炎癥特征，其特征是促炎細(xì)胞因子、促炎趨化因子和細(xì)胞粘附分子的高表達，并產(chǎn)生大量活性氧，特別是過氧化氫、超氧化物和羥基自由基。

基于此，意大利東方皮埃蒙特大學(xué)健康科學(xué)學(xué)系、生物技術(shù)創(chuàng)新中心等領(lǐng)域的專家學(xué)者進行了相關(guān)研究。目的是闡明血管壁拉伸在維持血管生理機能中的作用，由于血管壁鈣化和生理（10%）循環(huán)（1 Hz）拉伸，因此在體外復(fù)制病理性擴張（靜態(tài)和 5%），以研究機械應(yīng)力對 ECs 功能在炎癥、基質(zhì)重塑和氧化應(yīng)激產(chǎn)生方面的影響。

 

鈣化過程已被公認(rèn)為炎癥性動脈疾病的退行性因素。實驗首先證明鈣沉積與主動脈擴張和炎癥細(xì)胞募集呈負(fù)相關(guān)。

了解了 AAA 以炎癥為特征，接下來研究了與炎癥細(xì)胞相關(guān)的不同炎癥標(biāo)志物，特別是 CD4、CD20 和 CD68，分別用于 T-輔助淋巴細(xì)胞、B-細(xì)胞和巨噬細(xì)胞識別。結(jié)果顯示，與主動脈瘤鈣化（AAC）指數(shù)低的組織相比，AAC 指數(shù)高的組織顯示與 CD4、CD20 和 CD68 標(biāo)記物相關(guān)的炎癥群體減少。

在組織裂解物中研究了其他促炎和鈣化標(biāo)志物，例如 MMP-9、IL-6 和骨橋蛋白 (OPN）（圖1 A、B）。與鈣化程度相關(guān)的差異是明顯的：MMP-9 在蛋白質(zhì)表達和蛋白水解活性方面下降。IL-6 ，它隨著鈣積累的進展而減少，特別是它與 MMP-9 具有相同的趨勢。具有高鈣化指數(shù)的患者的 OPN 表達增加，其具有成骨活性（圖1 B）。在 MMP-2 活性的所有 AAC 指數(shù)中，健康供體和患者之間沒有觀察到顯著差異（圖1 A）。

圖1  AAA 組織中的基質(zhì)重塑、炎癥和鈣化。
( A ) 對不同鈣化程度患者的組織裂解液進行明膠酶譜分析，并分別定量測定 MMP-2 和 MMP-9 活性；
( B ) 對不同鈣化程度患者的組織裂解液進行 MMP-9、IL-6 和骨橋蛋白 (OPN) 的免疫印跡分析。

使用液相色譜-質(zhì)譜法 (LC-MS) 對腹主動脈瘤和健康血管組織進行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，以研究與氧化應(yīng)激過程相關(guān)的一些蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)。這些蛋白質(zhì)的富集表明氧化應(yīng)激途徑與 AAA 疾病密切相關(guān)，特別是在腹主動脈血管組織中上調(diào)。

過氧化氫酶 (CATA) 、超氧化物歧化酶 (Mn)、線粒體 (SODM) 分別呈現(xiàn) 2.51 和 6.95 倍的變化，這兩種蛋白質(zhì)參與細(xì)胞對氧化應(yīng)激途徑的反應(yīng)。SODM 還參與去除超氧自由基和氧化還原過程。

由于機械刺激似乎在驅(qū)動炎癥反應(yīng)和基質(zhì)重塑中起關(guān)鍵作用，因此使用了具有生理和病理應(yīng)變參數(shù)的體外動力學(xué)模型，培養(yǎng)內(nèi)皮細(xì)胞系 (EA.hy926)。在培養(yǎng)三天后，在存在和不存在炎癥刺激（TNF-α 50 ng/mL）的情況下評估機械刺激（5-10% 拉伸幅度，1 Hz 拉伸頻率）的效果。

圖2 A 顯示當(dāng)施加 5% 和 10% 的機械應(yīng)變連續(xù)三天時的細(xì)胞形態(tài)。雖然在細(xì)胞存活率方面沒有檢測到差異，但 10% 拉伸培養(yǎng)的細(xì)胞在應(yīng)變方向上顯示拉長和定向形狀，而在其他樣本（靜態(tài)、5%拉伸）中觀察到隨機定向。

就 ROS/RNS（活性氮物質(zhì)）的產(chǎn)生而言，10% 拉伸的細(xì)胞（生理）和 5% 的拉伸或靜態(tài)細(xì)胞（病理）之間的差異得到證實，生理條件下 ROS/RNS 的產(chǎn)生較低（圖2 B、C）。

圖2  機械拉伸應(yīng)力驅(qū)動活性氧（ROS）和活性氮 （RNS）的產(chǎn)生。
( A ) EA.hy926 在 5% 和 10% 的拉伸應(yīng)變?nèi)�天。鬼筆環(huán)肽用于觀察細(xì)胞形態(tài)。
( B ) 熒光活化細(xì)胞分選（FACS）分析產(chǎn)生 ROS 和 RNS。深紅色代表未染色的細(xì)胞，淺紅色代表實驗樣本。BL2-A 用于超氧化物檢測；BL1-A 用于 ROS 檢測。
( C ) ROS/RNS 生成圖

由于 ECs 膜上的 E-選擇素（CD62E）的表達促進了白細(xì)胞在內(nèi)皮上的粘附，于是實驗評估了機械應(yīng)力對 CD62E 的影響。

不出所料，E-選擇素在 TNF-α 存在時被上調(diào)。數(shù)據(jù)顯示，在 1Hz 下 5% 和 10% 的拉伸，顯著并成比例抵消了 TNF-α 對 CD62E 表達的影響。此外，單核細(xì)胞粘附的數(shù)據(jù)很好地證實了這些數(shù)據(jù)。事實上，1Hz 下 5% 和 10% 的機械拉伸顯著抑制了單核細(xì)胞的粘附，這也在 TNF-α 的存在下。

在靜態(tài)條件下，MMP-9 表達在 TNF-α 存在下強烈上調(diào)。應(yīng)用 5% 的機械拉伸，沒有顯示出對 TNF-α 作用的顯著抑制，導(dǎo)致未修飾的 MMP-9 調(diào)節(jié)，而在沒有 TNF-α 的情況下，在靜態(tài)條件下沒有發(fā)現(xiàn)差異。當(dāng)應(yīng)用 10% 的機械拉伸時，MMP-9 的表達在所有條件下都顯著下調(diào)，無論是在 TNF-α 存在還是不存在的情況下。這表明，拉伸應(yīng)變影響 ECs 中 MMP-9 的表達和活性。

總之，研究人員發(fā)現(xiàn)存在 AAA 時鈣沉積與管壁擴張之間呈負(fù)相關(guān)。由于鈣化的存在，減少的壁拉伸會影響 MMP-9 介導(dǎo)的基質(zhì)降解和 IL-6 介導(dǎo)的炎癥。正如預(yù)期的那樣，內(nèi)皮細(xì)胞系的體外模型顯示循環(huán)拉伸導(dǎo)致的基質(zhì)變形顯著調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和基質(zhì)重塑。

參考文獻：Ramella M, Bertozzi G, Fusaro L, Talmon M, Manfredi M, Catoria MC, Casella F, Porta CM, Boldorini R, Fresu LG, Marengo E, Boccafoschi F. Effect of Cyclic Stretch on Vascular Endothelial Cells and Abdominal Aortic Aneurysm (AAA): Role in the Inflammatory Response. Int J Mol Sci. 2019 Jan 12;20(2):287. doi: 10.3390/ijms20020287. PMID: 30642067; PMCID: PMC6359538.
原文鏈接：https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/30642067/

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