淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞的機(jī)械感覺和轉(zhuǎn)導(dǎo)是淋巴管發(fā)育和功能的重要調(diào)節(jié)因子

哺乳動(dòng)物的循環(huán)系統(tǒng)主要由心血管系統(tǒng)和淋巴系統(tǒng)共同組成。兩種血管系統(tǒng)都由內(nèi)皮細(xì)胞 （ECs） 組成，內(nèi)皮細(xì)胞在某些血管床中被平滑肌細(xì)胞、周細(xì)胞和基底膜包圍。與血液直接接觸的內(nèi)皮細(xì)胞被稱為血管內(nèi)皮細(xì)胞（BEC），而與淋巴直接接觸的內(nèi)皮細(xì)胞被稱為淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞（LEC）。淋巴系統(tǒng)在維持體內(nèi)液體平衡、細(xì)胞攝取和運(yùn)輸以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)方面發(fā)揮著重要作用，同時(shí)，淋巴系統(tǒng)還是免疫系統(tǒng)的重要組成部分。重要的是，最近的研究揭示了器官特異性淋巴管功能在心血管疾病、肥胖或影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的疾病等多種疾病中的重要性。

已經(jīng)證明，機(jī)械力有助于內(nèi)皮細(xì)胞的命運(yùn)決定，并通過促進(jìn)淋巴網(wǎng)絡(luò)的發(fā)芽、發(fā)育、成熟以及協(xié)調(diào)淋巴管瓣形態(tài)發(fā)生和淋巴管瓣的穩(wěn)定，在影響淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞的形狀和排列方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，這些過程中涉及的機(jī)械信號(hào)傳導(dǎo)和機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑知之甚少。

因此，在匈牙利塞梅維什大學(xué)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)系課題組的一項(xiàng)研究綜述中，概述了機(jī)械力對(duì)淋巴管的影響，并總結(jié)了目前對(duì)淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞機(jī)械感覺和機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)所涉及的分子機(jī)制的理解。相關(guān)內(nèi)容發(fā)表在 International Journal of Molecular Sciences 期刊題為“Mechanosensation and Mechanotransduction by Lymphatic Endothelial Cells Act as Important Regulators of Lymphatic Development and Function”。

先前的體外實(shí)驗(yàn)表明，LECs和BECs對(duì)相同的機(jī)械應(yīng)力條件的反應(yīng)不同。低于 4 dynes/cm² 的平面剪切力，LECs和BECs均呈平行于流動(dòng)方向伸長(zhǎng)，而在平均速度為10 μm/s的間隙流下，LECs形成大液泡并表現(xiàn)出長(zhǎng)樹枝狀延伸，而BECs則形成分支、流線型結(jié)構(gòu)。另一項(xiàng)體外研究表明，雖然在4 dynes/cm²的層流剪切應(yīng)力下，LECs變得細(xì)長(zhǎng)并與流動(dòng)方向?qū)�齊，但在4 dynes/cm²，¼ Hz 的振蕩剪切應(yīng)力（OSS）下，LECs更趨于立方形，并且其排列對(duì)流動(dòng)方向的依賴性較小。

體外研究表明，平均速度為4.2 μm/s的緩慢間隙流通過提高基質(zhì)結(jié)合生長(zhǎng)因子對(duì)細(xì)胞的可利用性，與分子因子協(xié)同作用，促進(jìn)血管和淋巴管的生長(zhǎng)。同樣，在3D體外模型中已證明，平均速度為1 μm/s的間隙流可增強(qiáng)促淋巴管生成分子因子的作用，并確定淋巴管發(fā)芽的方向。

根據(jù)這些結(jié)果，流動(dòng)特性影響LECs的形狀，排列和發(fā)芽，這些發(fā)現(xiàn)表明流體壓力和流動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械力可能在淋巴管的發(fā)育和功能中起關(guān)鍵作用。

人體淋巴系統(tǒng)的發(fā)育開始于懷孕40周左右的第6周至第7周。血管內(nèi)皮細(xì)胞以出芽的方式分化形成淋巴內(nèi)皮細(xì)胞。同源轉(zhuǎn)錄因子1（PROX1）陽性的靜脈內(nèi)皮細(xì)胞在血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體3（VEGFR-3）介導(dǎo)的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子C（VEGF-C）信號(hào)的作用下出芽、遷徙，這些最初的淋巴內(nèi)皮細(xì)胞聚集形成初級(jí)淋巴管，即淋巴囊。淋巴管的進(jìn)一步發(fā)育和成熟以器官特異性的時(shí)間和方式進(jìn)行。在這些過程中，未成熟的前淋巴叢相互連接，形成額外的淋巴管，未成熟的前淋巴管經(jīng)歷結(jié)構(gòu)重塑，最終形成初始的毛細(xì)淋巴管和集合淋巴管。

血管系統(tǒng)和淋巴管系統(tǒng)在頸靜脈區(qū)域相連，鎖骨下靜脈與頸內(nèi)靜脈交角處，左側(cè)接受胸導(dǎo)管，右側(cè)有右淋巴導(dǎo)管注入。胸導(dǎo)管通過淋巴靜脈瓣膜（lymphovenous valve，LVV）將淋巴液返回血液循環(huán)并防止靜脈血液回流進(jìn)入胸導(dǎo)管。血流產(chǎn)生的機(jī)械力和參與淋巴靜脈瓣膜形成的分子因子，如FOXC2、GATA2、PROX1、整合素α9、連接蛋白和Wnt/ß-catenin信號(hào)傳導(dǎo)，均有助于LVV的形態(tài)發(fā)生。

研究證實(shí)，OSS（4 dynes/cm²，¼Hz或平均0.67 dynes/cm²，最大值為3.25 dynes/cm²，最小值為 -1.25 dynes/cm²，1Hz）上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子FOXC2、GATA2及其下游分子因子，如連接蛋白37、整合素α9、ephrin B2、neuropilin 1和KLF-2 的表達(dá)，這可能是以VE-cadherin/Wnt/ß-catenin依賴性的方式。
 

圖1 淋巴系統(tǒng)中的流動(dòng)模式。

（A）即使在建立腔內(nèi)瓣膜之前，分支中的LECs也暴露于具有較高剪切應(yīng)力的擾動(dòng)流模式中。（B）成熟的集合淋巴管的淋巴瓣膜處的流動(dòng)受到干擾。淋巴瓣周圍的瓣膜形成 LECs 和管腔 LECs 也暴露于擾動(dòng)的流動(dòng)中，而分支、瓣膜和曲率以外的其他部位的 LECs 暴露于更多的層流中。

最近的研究表明，YAP/TAZ信號(hào)在LECs中流動(dòng)依賴的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中起作用。轉(zhuǎn)錄因子TAZ在形成LECs的淋巴瓣中表達(dá)，體外數(shù)據(jù)表明4 dynes/cm²，¼ Hz OSS 可增強(qiáng)YAP和TAZ的核易位，這是它們調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄功能所必需的。這暗示了受局部剪切應(yīng)力特征和分子因子影響的YAP/TAZ信號(hào)傳導(dǎo)可能在協(xié)調(diào)淋巴瓣形成和管腔LECs的空間基因表達(dá)模式中起核心作用。

這些剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子的激活需要調(diào)節(jié)基因表達(dá)和細(xì)胞功能的機(jī)械感覺機(jī)制。研究揭示了PIEZO1介導(dǎo)的機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)在淋巴瓣發(fā)育和維護(hù)中的作用。在人類中，PIEZO1基因功能突變?nèi)笔Щ騿适Э梢�起遺傳性淋巴水腫，這是淋巴管發(fā)育程序缺陷的結(jié)果。重要的是，PIEZO1并不是唯一被認(rèn)為影響淋巴管成熟的機(jī)械敏感離子通道。鈣釋放激活鈣通道蛋白1（ORAI1）是鈣釋放激活鈣離子通道（CRAC）通道的亞基，在LECs中被剪切應(yīng)力激活并介導(dǎo)Ca²⁺ 內(nèi)流。層流誘導(dǎo)LECs中KLF-2和KLF-4的ORAI1依賴性上調(diào)，促進(jìn)VEGF-C表達(dá)，以及其他有助于細(xì)胞周期進(jìn)程的分子因素。除了在淋巴管發(fā)育中的作用外，CRAC通道還被提出介導(dǎo)淋巴屏障功能的 Ca²⁺ 依賴性調(diào)節(jié)。

細(xì)胞內(nèi) Ca²⁺ 與KLF-2和PROX1共同作用，被認(rèn)為在剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的淋巴發(fā)芽和發(fā)育中起核心作用。然而，體外數(shù)據(jù)表明，OSS（平均0.67 dynes/cm²，最大 3.25 dynes/cm² 和最小 -1.25 dynes/cm²，1 Hz）誘導(dǎo)KLF-2的表達(dá)，但不誘導(dǎo)PROX1的表達(dá)，這進(jìn)一步支持KLF-2在淋巴剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用。

PECAM、VE-鈣粘蛋白、VEGFR-2和VEGFR-3在ECs中形成機(jī)械感覺復(fù)合物，被認(rèn)為通過激活磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）/Akt通路和以血流依賴的方式重塑細(xì)胞骨架，促進(jìn)細(xì)胞增殖。

PECAM被證明在淋巴管胚胎成熟期間的淋巴機(jī)械感覺和瓣膜形成中發(fā)揮作用，因?yàn)镻ECAM缺失的小鼠胚胎顯示出淋巴重塑缺陷，而LEC-特異性條件缺失VE-鈣粘蛋白也導(dǎo)致小鼠淋巴瓣缺陷。此外，VEGFR-2已被證明在LECs上表達(dá)，并被認(rèn)為在淋巴發(fā)育程序和成人淋巴管生成中支持VEGFR-3信號(hào)。體外結(jié)果表明，VEGFR-3在BECs上的表達(dá)取決于流體剪切應(yīng)力特性。重要的是，在成熟的淋巴網(wǎng)絡(luò)中，暴露于不同局部流動(dòng)特征的LECs之間的VEGFR-3表達(dá)也不同。這表明，VEGFR-3在EC中的表達(dá)至少部分受到剪切應(yīng)力誘導(dǎo)機(jī)制的調(diào)節(jié)。

盡管PECAM-VE-鈣粘蛋白-VEGFR-2/3機(jī)械感受器復(fù)合物已在BECs中進(jìn)行了研究，但結(jié)果表明PECAM 和VE-鈣粘蛋白參與淋巴瓣形成和淋巴重塑，結(jié)合VEGFR-3在淋巴發(fā)育中的已知功能，表明這些分子因子也可能有助于LECs中的這些機(jī)械力依賴性過程。

圖2 目前已知的LECs機(jī)械感覺和機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)分子途徑的示意圖概述。線條表示分子之間的直接聯(lián)系，如轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、復(fù)合體形成、直接激活或失活。虛線表示間接連接。虛線表示假定的或仍然不明確的聯(lián)系。

綜上所述，該綜述所提出的研究結(jié)果支持流動(dòng)誘導(dǎo)的機(jī)械力動(dòng)力學(xué)在EC命運(yùn)的確定和維持中起著關(guān)鍵作用；調(diào)節(jié)LECs的形狀、排列和淋巴網(wǎng)絡(luò)的成熟；促進(jìn)淋巴發(fā)芽和發(fā)育；并協(xié)調(diào)淋巴瓣膜和淋巴靜脈瓣膜的形態(tài)形成和維持。由于大多數(shù)這些分子因子被認(rèn)為至少部分地受到血流誘導(dǎo)的機(jī)械力的調(diào)節(jié)，這些數(shù)據(jù)強(qiáng)調(diào)了淋巴血流誘導(dǎo)的分子途徑可能的臨床相關(guān)性。盡管最近在理解LECs的機(jī)械感覺和機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制方面取得了重要進(jìn)展（圖2），但這些過程的分子背景仍然還需進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)：Bálint L, Jakus Z. Mechanosensation and Mechanotransduction by Lymphatic Endothelial Cells Act as Important Regulators of Lymphatic Development and Function. Int J Mol Sci. 2021 Apr 12;22(8):3955. doi: 10.3390/ijms22083955. PMID: 33921229;PMCID: PMC8070425.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33921229/

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