調(diào)節(jié)內(nèi)皮屏障功能的機(jī)械信號(hào)通路

血管由單層內(nèi)皮細(xì)胞排列，血管內(nèi)皮細(xì)胞界于血液和間質(zhì)組織之間發(fā)揮其屏障作用。內(nèi)皮細(xì)胞的通透性受到嚴(yán)格調(diào)控，通透性增加與包括動(dòng)脈粥樣硬化在內(nèi)的許多疾病有關(guān)。內(nèi)皮細(xì)胞持續(xù)暴露于流動(dòng)血液施加的機(jī)械力，尤其對(duì)剪切應(yīng)力特別敏感，這是內(nèi)皮功能的關(guān)鍵決定因素。不受干擾的血流可促進(jìn)內(nèi)皮彈性并降低對(duì)大分子的滲透性，而受干擾的血流會(huì)導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙和屏障破壞。最近，來(lái)自英國(guó)皇家獸醫(yī)學(xué)院對(duì)比生物醫(yī)療科學(xué)系的 Anna McQueen 和 Christina M Warboys 研究員在Current Opinion in Cell Biology 期刊發(fā)表了題為“Mechanosignalling pathways that regulate endothelial barrier function”的一項(xiàng)研究綜述，概述了其對(duì)受干擾和未受干擾的血流如何調(diào)控細(xì)胞旁通透性和跨細(xì)胞通透性的理解的最新進(jìn)展，并強(qiáng)調(diào)了可能構(gòu)成限制心血管疾病治療基礎(chǔ)的潛在細(xì)胞靶點(diǎn)。

動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，斑塊形成在暴露于不均勻（紊亂）血流的動(dòng)脈區(qū)域，揭示了血流動(dòng)力學(xué)應(yīng)力在動(dòng)脈粥樣硬化中的重要性。剪切應(yīng)力是內(nèi)皮功能的關(guān)鍵決定因素，剪切應(yīng)力的大小和方向都很重要。

雖然人們普遍認(rèn)為單向、高幅度的剪切應(yīng)力（10-40 dyn/cm²）與細(xì)胞保護(hù)機(jī)制的激活和防止內(nèi)皮功能障礙和動(dòng)脈粥樣硬化有關(guān)，關(guān)于低幅度（< 5 dyn/cm²）、振蕩（雙向）和多向流動(dòng)剪切應(yīng)力對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的貢獻(xiàn)仍然存在爭(zhēng)議。最近的研究強(qiáng)調(diào)了多向流動(dòng)在促進(jìn)內(nèi)皮功能障礙和動(dòng)脈粥樣硬化中的重要性，然而，低時(shí)間-平均壁面剪切應(yīng)力（WSS）的作用尚不清楚，關(guān)于其在斑塊形成中的作用的證據(jù)相互矛盾。

同樣重要的是要考慮用于研究剪切應(yīng)力對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞影響的不同體外方法，因?yàn)樗�產(chǎn)生的血流動(dòng)力學(xué)曲線可能會(huì)有很大差異，并且取決于所使用系統(tǒng)的配置。平行板流動(dòng)室、錐形和平板粘度計(jì)以及微流體裝置通常用于使細(xì)胞暴露于單向或振蕩血流，而多向血流可以使用旋流井（軌道振動(dòng)器）方法或通過(guò)改裝平行板流動(dòng)室來(lái)實(shí)現(xiàn)，但大多數(shù)常用的體外系統(tǒng)還不能在不產(chǎn)生低時(shí)間平均壁面剪切應(yīng)力的情況下誘導(dǎo)多向流動(dòng)。

擾動(dòng)血流和未擾動(dòng)血流對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的不同影響可能歸因于不同機(jī)械敏感轉(zhuǎn)錄因子的激活。轉(zhuǎn)錄因子Krüppel樣因子4（KLF4）、Krüppel樣因子2（KLF-2）和核因子-紅細(xì)胞2相關(guān)因子2（Nrf-2）在暴露于血流的內(nèi)皮細(xì)胞中優(yōu)先被激活，而暴露于血流紊亂的內(nèi)皮細(xì)胞表現(xiàn)出活化B細(xì)胞核因子κ輕鏈增強(qiáng)子（NF-κB）、激活蛋白-1 （AP-1）、YAP/TAZ/TEAD 和缺氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α）的富集，導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙。血流紊亂會(huì)促進(jìn)炎癥信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、內(nèi)皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和衰老。剪切應(yīng)力還調(diào)節(jié)內(nèi)皮屏障功能，體內(nèi)和體外研究均表明，暴露于血流紊亂的內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)白蛋白和低密度脂蛋白（LDL）的通透性增加。

物質(zhì)可以通過(guò)細(xì)胞旁途徑或跨細(xì)胞途徑在內(nèi)皮細(xì)胞間轉(zhuǎn)運(yùn)。內(nèi)皮細(xì)胞旁通透性主要受兩種類型的細(xì)胞間連接調(diào)節(jié)：緊密連接和黏附連接（圖1）。內(nèi)皮細(xì)胞的通透性隨著連接完整性的喪失和內(nèi)皮細(xì)胞間局灶間隙的形成而增加。內(nèi)皮通透性在連接完整性喪失和內(nèi)皮細(xì)胞之間縫隙形成后增加。

圖1 細(xì)胞旁通透性受黏附連接和緊密連接的調(diào)節(jié)。黏附連接是由相鄰內(nèi)皮細(xì)胞上跨膜的VE-鈣粘蛋白之間的相互作用形成的。緊密連接是由相鄰內(nèi)皮細(xì)胞上跨膜的閉合蛋白（occludin）、密封蛋白（claudin）、連接粘附分子（JAM）之間的相互作用形成的。黏附連接和緊密連接之間的串?dāng)_使屏障功能以協(xié)調(diào)的方式調(diào)節(jié)。

長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于大分子在內(nèi)皮細(xì)胞中的主要轉(zhuǎn)運(yùn)途徑以及剪切應(yīng)力如何影響這些途徑一直存在爭(zhēng)議。長(zhǎng)期以來(lái)，人們普遍認(rèn)為，大分子通過(guò)細(xì)胞有絲分裂或細(xì)胞凋亡時(shí)產(chǎn)生的 “leaky junctions” 穿過(guò)內(nèi)皮屏障。一種直接可視化培養(yǎng)內(nèi)皮細(xì)胞運(yùn)輸途徑的方法的發(fā)展澄清了其中的許多問(wèn)題，并觀察到存在三種轉(zhuǎn)運(yùn)途徑：白蛋白大小的示蹤劑通過(guò)雙細(xì)胞和三細(xì)胞連接通過(guò)細(xì)胞旁途徑穿過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞，高密度脂蛋白大小的示蹤劑僅發(fā)生在三細(xì)胞連接處，LDL大小的示蹤劑通過(guò)胞吞作用跨內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)。研究還顯示，在暴露于擾動(dòng)血流的內(nèi)皮細(xì)胞中，與未擾動(dòng)流相比，滲漏的三細(xì)胞連接數(shù)量增加，通透性也增加。迄今為止，三細(xì)胞連接在內(nèi)皮功能障礙和動(dòng)脈粥樣硬化中的作用很少受到關(guān)注，因此是進(jìn)一步研究的重要領(lǐng)域。

最近的研究確定了新的滲透性調(diào)節(jié)途徑，或?qū)ο惹懊枋龅耐緩教峁┝祟~外的見解（圖2）。例如，p21活化激酶（PAK）長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為可以增加內(nèi)皮細(xì)胞在血流受到干擾時(shí)的細(xì)胞旁通透性，然而，機(jī)制尚不清楚。最近研究表明，含有 SH2/SH3結(jié)構(gòu)域的銜接蛋白，酪氨酸激酶-1（Nck1）的非催化區(qū)，在響應(yīng)紊亂的血流時(shí)被激活，這介導(dǎo)了紊動(dòng)流依賴性的 PAK 激活。Nck1 的缺失可阻止 PAK 募集到細(xì)胞連接處，并顯著抑制擾動(dòng)流誘導(dǎo)的細(xì)胞旁通透性。此外，最近的研究發(fā)現(xiàn)，在擾動(dòng)流下，TWIST1 增加 EVA1A（Eva-1 同源物A）的表達(dá)，從而促進(jìn)屏障破壞；擾動(dòng)流通過(guò) Frizzled-4-β-連環(huán)蛋白依賴性機(jī)制增加細(xì)胞旁通透性；在暴露于擾動(dòng)流的內(nèi)皮細(xì)胞中，G蛋白偶聯(lián)受體激酶2（GRK2）增加了黏著斑蛋白在 Ser721 上的磷酸化，這導(dǎo)致黏著斑蛋白失活，黏附連接被破壞，細(xì)胞旁通透性增加；還表明轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）I型受體，也稱為ALK5，有助于干擾流動(dòng)依賴性屏障破壞。

圖2 破壞內(nèi)皮屏障功能穩(wěn)定的機(jī)械信號(hào)通路。擾動(dòng)血通過(guò)破壞黏附連接和緊密連接的穩(wěn)定性來(lái)誘導(dǎo)內(nèi)皮屏障破壞。Nck1 被擾動(dòng)流激活，從而促進(jìn) PAK 與 VE-鈣粘蛋白的結(jié)合。PAK會(huì)破壞黏附連接并增加滲透性。擾動(dòng)流也會(huì)增加EVA1A的表達(dá)，從而促進(jìn)屏障破壞。流動(dòng)紊亂還通過(guò)增加β-連環(huán)蛋白信號(hào)傳導(dǎo)來(lái)增加通透性，從而降低 ZO-1 的表達(dá)并減少黏著斑蛋白對(duì)細(xì)胞連接的定位。當(dāng)血流受到干擾時(shí)，GRK2被激活，從而促進(jìn)了血管蛋白在遠(yuǎn)離細(xì)胞連接處的重新分布。在擾動(dòng)流介導(dǎo)的 ALK5 激活后，通透性也增加。

雖然人們普遍認(rèn)為動(dòng)脈粥樣硬化保護(hù)性剪切應(yīng)力會(huì)降低對(duì)大分子的滲透性并穩(wěn)定內(nèi)皮屏障功能，但對(duì)所涉及的精確機(jī)械信號(hào)通路的研究很少。一項(xiàng)新的研究強(qiáng)調(diào)了長(zhǎng)鏈非編碼RNA轉(zhuǎn)移相關(guān)肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1（lnc-RNA MALAT1）在維持屏障完整性方面的作用。急性暴露于未受干擾的血流導(dǎo)致 MALAT1 上調(diào)，從而增加 ZO-1 和閉合蛋白的表達(dá)。據(jù)推測(cè)，這會(huì)改善屏障功能，盡管這僅在靜態(tài)條件下進(jìn)行了研究。其他研究強(qiáng)調(diào)了內(nèi)皮細(xì)胞TEK酪氨酸激酶（Tie2）和激肽釋放酶10（KLK10）在內(nèi)皮細(xì)胞暴露于擾動(dòng)流時(shí)增強(qiáng)屏障功能的重要作用。（圖3 總結(jié)了這些途徑）

圖3 穩(wěn)定內(nèi)皮屏障功能的機(jī)械信號(hào)通路。不受干擾的血流通過(guò)增加 lnc-RNA MALAT-1 的表達(dá)來(lái)促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞連接的穩(wěn)定，從而增加 ZO-1 和閉合蛋白的表達(dá)。通過(guò)增加VE-PTP的內(nèi)化，KLK10對(duì)未受干擾的血流的上調(diào)也降低了滲透率。這導(dǎo)致 Tie2 的激活增強(qiáng)，從而穩(wěn)定VE-鈣粘蛋白。不受干擾的血流還通過(guò)增加卵泡抑素樣蛋白1（FSTL-1）的表達(dá)來(lái)降低跨細(xì)胞通透性。FSTL-1 部分通過(guò)抑制骨形態(tài)發(fā)生蛋白4（BMP4）信號(hào)傳導(dǎo)來(lái)降低通透性。

最近的研究揭示了通過(guò)剪切應(yīng)力調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞通透性的重要新見解（圖2、圖3），并強(qiáng)調(diào)了許多信號(hào)分子，這些信號(hào)分子可以靶向穩(wěn)定連接，從而降低細(xì)胞旁通透性和內(nèi)皮功能障礙。這些可以作為預(yù)防策略的一部分，與他汀類藥物和抗炎療法一起，進(jìn)一步限制動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展和進(jìn)展。低密度脂蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)的改變也可能提供另一個(gè)重要靶點(diǎn)，以限制膽固醇在血管壁內(nèi)的沉積并預(yù)防心血管疾病。迄今為止，這是一個(gè)研究不足的領(lǐng)域，特別是考慮到它在動(dòng)脈粥樣硬化中的重要性，最近對(duì)其在內(nèi)皮細(xì)胞生理流動(dòng)條件下主要轉(zhuǎn)運(yùn)途徑的發(fā)現(xiàn)，有望為進(jìn)一步研究其調(diào)控提供平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：McQueen A, Warboys CM. Mechanosignalling pathways that regulate endothelial barrier function. Curr Opin Cell Biol. 2023 Oct;84:102213. doi: 10.1016/j.ceb.2023.102213. Epub 2023 Jul 31. PMID: 37531894.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37531894/

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