血管平滑肌细胞中机械力信号受体的研究进展.pdf

特约综述“血管稳态与重塑的力学调控”专题 血管平滑肌细胞中机械力信号受体的研究进展*姚伟娟,周 菁(北京大学基础医学院生理学与病理生理学系;“血管稳态与重构”全国重点实验室(北京大学);国家卫生健康委员会心血管分子生物学与调节肽重点实验室;心血管受体研究北京市重点实验室,北京 1 0 0 1 9 1)摘要 血管平滑肌细胞(v a s c u l a r s m o o t h m u s c l e c e l l,V S MC)在血管生理功能维持和动脉粥样硬化、动脉硬化与钙化、动脉瘤与夹层等血管疾病发生、发展、转归过程中发挥重要作用。因其表型的高度可塑性,V S MC可对血液动力学因素、管壁细胞外基质刚度和拓扑等多种机械力刺激予以应答,通过表型转换而参与血管稳态和重塑调控。本文阐述了V S MC感知、转导和响应其所处力学微环境的关键受体和信号转导途径,并基于作者研究团队近年来的工作,重点介绍了酪氨酸激酶受体型机械力信号受体和核机械力信号受体等在机械力感知过程中的作用和机制。关键词 血管平滑肌细胞;机械力受体;机械信号转导;血流动力学;基质力学中图分类号 R 3 3 1.3N e w I n s i g h t s i n t o t h e M e c h a n o r e c e p t o r s i n V a s c u l a r S m o o t h M u s c l e C e l l s*YAO W e i-J u a n,Z HOU J i n g(D e p a r t m e n t o f P h y s i o l o g y a n d P a t h o p h y s i o l o g y,S c h o o l o f B a s i c M e d i c a l S c i-e n c e s,P e k i n g U n i v e r s i t y,B e i j i n g;S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f V a s c u l a r H o m e o s t a s i s a n d R e-m o d e l i n g,P e k i n g U n i v e r s i t y;N a t i o n a l H e a l t h C o mm i s s i o n K e y L a b o r a t o r y o f C a r d i o v a s c u l a r M o l e c u l a r B i o l o g y a n d R e g u l a t o r y P e p t i d e s,B e i j i n g;B e i j i n g K e y L a b o r a t o r y o f C a r d i o v a s-c u l a r R e c e p t o r s R e s e a r c h,B e i j i n g 1 0 0 1 9 1,C h i n a)A b s t r a c t V a s c u l a r s m o o t h m u s c l e c e l l s(V S MC s)p l a y i n t r i c a t e r o l e s i n b o t h t h e p h y s i o l o g i c a l b e h a v i o r a n d p a t h o l o g i c a l a l t e r a t i o n s(e.g.,t h e g e n e s i s o f d i s e a s e s s u c h a s a t h e r o s c l e r o s i s,v a s-c u l a r s t i f f e n i n g/c a l c i f i c a t i o n,a o r t i c a n e u r y s m a n d d i s s e c t i o n)o f b l o o d v e s s e l s.B y d e l v i n g i n t o t h e p h e n o t y p i c r e s p o n s e s o f V S MC s t o a r a n g e o f m e c h a n i c a l c u e s,i n c l u d i n g h e m o d y n a m i c f o r c e s,e x t r a c e l l u l a r m a t r i x s t i f f n e s s,a n d t o p o g r a p h y,v a l u a b l e i n s i g h t s c a n b e g a i n e d i n t o t h e m e c h a n o r e c e p t o r s a n d m e c h a n o t r a n s d u c t i o n p a t h w a y s t h a t e n a b l e t h e s e c e l l s t o s e n s e a n d a d a p t t o t h e i r p h y s i c a l e n v i r o n m e n t.I n a d d i t i o n t o t h e e x i s t i n g r e s e a r c h i n t h i s f i e l d,t h e a u t h o r s o w n e x-p e r t i s e a n d e x p e r i e n c e a r e a l s o i n c o r p o r a t e d.T h e i r s t u d i e s o n m e c h a n o r e c e p t o r s(e.g.,t y r o s i n e k i n a s e m e c h a n o r e c e p t o r s a n d n u c l e a r m e c h a n o r e c e p t o r s)a n d t h e f u n c t i o n a l r e g u l a t i o n o f V S MC s引用格式:姚伟娟,周菁.血管平滑肌细胞中机械力信号受体的研究进展.生理科学进展,2 0 2 3,5 4(4)2 5 32 5 9YAO W e i-J u a n,Z HOU J i n g.N e w I n s i g h t s i n t o t h e M e c h a n o r e c e p t o r s i n V a s c u l a r S m o o t h M u s c l e C e l l s.P r o g r e s s i n P h y s i o l o g i c a l S c i e n c e s,2 0 2 3,5 4(4)2 5 32 5 9.D O I 1 0.2 0 0 5 9/j.c n k i.p p s.2 0 2 3.0 6.1 0 6 0收稿日期:2 0 2 3-0 4-2 8;修回日期:2 0 2 3-0 6-0 2;接受日期:2 0 2 3-0 6-0 2*国家自然科学基金(8 2 2 7 0 4 1 9;8 1 9 7 4 0 5 2;3 2 1 7 1 1 4 3);国家基金委创新研究群体项目(8 1 9 2 1 0 0 1)资助课题 通信作者 j z h o u b j m u.e d u.c n352生理科学进展 P r o g r e s s i n P h y s i o l o g i c a l S c i e n c e s h t t p:/p h y s i o l.b j m u.e d u.c n A u g u s t 2 5,2 0 2 3,5 4(4)2 5 32 5 9a r e d i s c u s s e d,a l o n g w i t h t h e i r i n v e s t i g a t i o n i n t o t h e r o l e o f m e c h a n o r e c e p t o r s i n t h e d e v e l o p m e n t a n d p r o g r e s s i o n o f v a s c u l a r d i s e a s e s s u c h a s a r t e r i a l s t i f f e n i n g.K e y w o r d s v a s c u l a r s m o o t h m u s c l e c e l l;m e c h a n o r e c e p t o r;m e c h a n o t r a n s d u c t i o n;h e m o d y n a m i c f o r c e s;m a t r i x m e c h a n i c s 血管是一个由内膜、中膜和外膜及其附属结构组成的管腔,其中管壁细胞组分包括位于内膜提供血液与管壁界面的内皮细胞、于中膜环形排列而构成血 管 最 大 主 体 的 血 管 平 滑 肌 细 胞(v a s c u l a r s m o o t h m u s c l e c e l l,V S MC)、于血管壁外膜形成结缔组织后覆盖管壁的成纤维细胞和周细胞;非细胞组分包括弹性蛋白和胶原等结构性细胞外基质(e x-t r a c e l l u l a r m a t r i x,E CM)成分1。在大、中、小口径的动脉和静脉中,不同层的血管壁中各种细胞类型和E CM结构成分的比例有所不同2。作为血管壁中膜层的主要细胞组分,V S MC通过收缩和舒张活动维持血管内环境稳态,发挥调节血压、分配血液等重要功能。同时,由于V S MC的表型具有高度可塑性,V S MC可对血液动力学因素、管壁细胞外基质刚度和拓扑等多种机械力刺激予以应答,通过表型转换而参与血管稳态和重塑的调控,在动脉粥样硬化、动脉硬化与钙化、动脉瘤与夹层等血管疾病的发生、发展、转归过程中发挥重要作用。本文将概述V S MC的功能、表型转换及其所处的血管力学微环境,详细阐述V S MC感知、转导和响应其所处力学微环境的关键受体和信号转导途径,并基于作者研究团队近年来的工作,重点介绍酪氨酸激酶受体型机械力信号受体和核机械力信号受体等在机械力感知过程中的作用和机制。一、血管平滑肌细胞的功能和表型转换在生理条件下,V S MC通常处于静息状态,保持收缩表型。收缩表型的V S MC是成熟的、完全分化的细胞,呈纺锤形状,高表达与细胞收缩相关的蛋白质如-平滑肌肌动蛋白、S M 1和S M 2肌球蛋白重链异构体、T r a n s g e l i n、S m o o t h e l i n、C a l d e s m o n和C a l p o n i n等,并且表现出有限的迁移和增殖能力3。收缩表型的V S MC能对血管内皮产生的舒张和收缩因子做出适当反应,这种能力对维持生理性血压和控制流量至关重要。例如,V S MC对内皮产生的一氧化氮做出反应,导致血管扩张、增加血管直径、降低血流阻力、增加血液灌注。V S MC还能对物理和化学刺激(如缺氧、静水压和机械牵拉)引发的血栓素A 2/前列腺素H 2和内皮素做出反应,通过细胞收缩影响血流阻力和血管张力4。V S MC在其表型上具有高度可塑性。在与动脉粥样硬化和动脉硬化、高血压、主动脉瘤和夹层等相关的病理条件下,以及在损伤后的新生内膜形成和管壁重塑过程中,V S MC可经历一种称为“表型转换”的过程,即它们迅速且可逆地从静息和收缩的表型转变为活跃和合成的表型,其特征是失去了与细胞收缩相关的蛋白质表达、形状变为菱形或多边形、具有快速迁移和增殖能力,并且大量合成胶原蛋白和弹性蛋白等E CM蛋白5,6。研究显示,活化后的V S MC可以转分化为成纤维细胞、成骨细胞和软骨细胞、甚至是巨噬细胞样细胞7,8。成纤维细胞样的V S MC具有增殖和迁移到血管损伤部位并通过合成特定蛋白质和分子参与血管损伤修复的能力7,9。成骨细胞和软骨细胞样的V S MC表现出进入成骨细胞/软骨细胞样分化程序的特征,大量产生E CM蛋白尤其是多种与骨发生有关的E CM蛋白,例如骨钙蛋白、胶原蛋白I、骨桥蛋白、骨钙素和骨钙调节蛋白等,随后通过基质小泡介导血管钙化发生1 0,1 1。巨噬细胞样的V S MC的细胞收缩功能严重不足,但是它们合成与分泌趋化因子和细胞因子的能力显著增强,这些因子包括白细胞介素6(i n-t e r l e u k i n 6,I L 6)、I L 8、肿瘤坏死因子-(t u m o r n e c-r o s i s f a c t o r-,T N F-)、单核细胞趋化蛋白-1(m o n-o c y t e c h e m o a t t r a c t a n t p r o t e i n 1,MC P 1)和黏附分子等,以形成促炎的分子微环境,并在血管疾病发展过程中促进单核细胞和巨噬细胞的浸润1 2。二、血管平滑肌细胞所处的血管力学微环境循环血液的充盈和流动会在血管壁上产生三种机械力作用,包括剪切力、周向张力和静水压力1 3。剪切力是由流动的血液对单位面积血管壁表面产生的摩擦力,主要作用于血管内皮层。在健康与完整的血管中,内皮细胞保护 V S MC 使其免受剪切力的影响。但是,在血管疾病中或手术干预(如血管成形术或内膜剥离术)后,如果内皮细胞和内皮下的内弹力板受损,V S MC 将直接暴露于剪切力1 4。心脏的舒缩运动驱动血流并导致管壁发生循环周向膨胀和拉伸。在生理条件下,人体主动脉在每个心动周期中发生幅度/形变约为 1 0%的周向拉伸,产生生理范围内的牵张力。然而,在动脉粥样硬化和高血452生理科学进展 P r o g r e s s i n P h y s i o l o g i c a l S c i e n c e s A u g u s t 2 5,2 0 2 3,5 4(4)2 5 32 5 9压 时,血管会经历 2 0%或更大振幅的拉伸1 4,1 5。静水压力是血液对血管壁上所有细胞成分产生的压力1 3。除血流动力学因素之外,血管壁细胞还受到由E CM的成分、组成、结构所决定的刚度、粘弹性、拓扑和几何等物理信号的影响。中膜V S MC被基底膜所包围,构成基底膜的E CM蛋白质主要包括层粘连蛋白、I V 型和 X V I I I 型胶原蛋白、硫酸多糖、蛋白聚 糖 等。V S MC还 嵌 入 血 管 中 膜 内 的 间 质 E CM 中,这些 E CM 由纤维状的I、I I I 和 V型胶原蛋白、纤维连接蛋白、弹性蛋白和其他蛋白聚糖组成。上 述 E CM 蛋 白 不 仅 作 为 支 架 用 于 锚 定V S MC,还根据其生物物理特性(如硬度/刚度、形态和曲率 等)的 不 同 对 V S MC 产 生 机 械 刺 激1 6。E CM的成分、组成和结构随血管健康与疾病的状态而变化。已有研究显示,在动脉粥样硬化斑块的E CM中,纤维连接蛋白和某些类型的胶原蛋白含量相对增加,层粘连蛋白和弹性蛋白相对减少1 7。E CM 成分和组成的改变影响了 E CM 的拓扑结构,并进一步导致血管硬化,这种病理变化在衰老和高血压中也会发生。综上,血液动力学因素(主要是周向张力和静水压力)和基质力学信号可影响V S MC的表型和功能。生理性的机械力环境使V S MC的凋亡和增殖维持平衡,使其保持静息和收缩状态,有助于血管正常功能的行使。与之对比,病理性机械力刺激会破坏平衡,引发V S MC的表型转换、异常增殖、凋亡和迁移,导致血管重塑、血管功能恶化,从而引发心脑血管疾病。因此,研究V S MC对复杂力学微环境的细胞应答,理解V S MC如何感知、转导和响应血管壁中的机械信号非常重要。三、血管平滑肌细胞对机械力信号的感知、转导和响应V S MC以多种方式应答血管壁动态微环境中的机械力刺激,包括改变细胞膜离子通道的电导、改变细胞骨架结构、激活/失活多种第二信使系统、并最终影响细胞功能和表型等1 8。所谓的机械信号转导通常涉及如下顺序发生的步骤:首先,细胞发生物理变形和机械力在细胞内的传递;第二,由细胞内特定的感受机械信号的感受器感知机械力;第三,感受器将机械信号转化为化学信号并在细胞内传递化学信号;第四,生化信号经胞浆、胞核顺序传导并通过对核酸和蛋白质的合成、修饰、剪切、降解等响应方式影响细胞功能和行为1 9。机械力(例如张力/应变/拉伸、压缩力、剪切力或基质的硬度/弹性和拓扑)传递到细胞后,首先要通过将外部环境与细胞质、细胞骨架和细胞核连接起来的机械力信号受体予以转换1 8,2 0。虽然力学生物学及相关学科技术的发展为鉴别与判定机械力信号受体带来了便利之处和更高的可行性,但它仍然是一项艰巨的任务。此外,V S MC中的机械力传感机制与内皮细胞中的流体剪切力传感机制相比,虽然存在一些相似之处,但总体上讲不甚明了2 0。(一)整合素与粘着斑复合物 整合素是由和亚基二聚体形成的异源性E CM受体家族蛋白。人类共有由1 8种亚单位和8种亚单位形成的2 4种不同的整合素异源二聚体。细胞可以通过整合素介导的粘附位点而感知和响应由细胞外环境传递的机械信号。在这些位点,整合素把E CM与肌动蛋白细胞骨架连接起来,并通过机械敏感的粘着斑蛋白将由肌动蛋白逆流和肌球蛋白I I滑动产生的机械力传递给E CM。在配体结合或受机械力刺激后,整合素会发生构象变化,从而与下游胞内信号分子(如粘着斑激酶F AK、S r c酪氨酸激酶家族、R h o G T P酶、p a x i l l i n、v i n c u l i n、t a l i n和k i n d l i n等)进行相互作用2 1,2 2。V S MC中整合素与基质的相互作用在基质刚度2 3,2 4和机械拉伸2 5引起的机械信号转导中起着重要作用。使用包被有E CM蛋白(例如层粘连蛋白或纤维连接蛋白)的原子力显微镜探针对V S MC施加张应力可以选择性诱导整合素激活和粘着斑形成。在V S MC中通过 v3拮抗肽(c R G D P V)阻断整合素或通过s i R NA敲降整合素可以抑制机械拉伸引起的S r c磷酸化。这些结果表明,整合素参与了V S MC对机械力的感知。粘着斑复合物是含有整合素的蛋白质复合物,具有机械信号转导功能。它们是胞内和胞外空间之间的分子桥梁,整合各种环境刺激并介导E CM与细胞骨架之间的双向相互作用。研究发现,周期性拉伸和E CM力学特性主要通过聚集和固定粘着斑复合物中的肌动蛋白丝而影响V S MC的运动能力、取向、表型和细胞刚度1 7,2 6。(二)离子通道 机械敏感离子通道是一类阳离子通道,包括瞬时受体电位(t r a n s i e n t r e c e p t o r p o-t e n t i a l,T R P)家族、P i e z o、双孔域钾(t w o-p o r e d o-m a i n p o t a s s i u m,K 2 P)通道和上皮钠通道(e p i t h e l i-a l s o d i u m c h a n n e l,E N a C),它们能将机械力刺激转化为兴奋性电信号2 7。这些通道可在打开和关闭状态之间切换,从而允许或禁止离子和其他溶质跨552生理科学进展 P r o g r e s s i n P h y s i o l o g i c a l S c i e n c e s h t t p:/p h y s i o l.b j m u.e d u.c n A u g u s t 2 5,2 0 2 3,5 4(4)2 5 32 5 9细胞膜流动。T R P超家族是由四个通道亚单位组装成的同型或异型四聚体,根据序列相似性分为7个亚家族:5个一型T R P(T R P C、T R P V、T R PM、T R P N和T R P A)和2个 二 型 亚 家 族(T R P P和T R PML)。T R P的功能是通过细胞内C a2+水平或亚细胞区域C a2+信号的变化来介导的;此外,T R P通道通过阳离子内流引起的膜去极化或通过受体或C a2+存储相关机制影响细胞内C a2+动态变化2 8。在V S MC中,T R P通道可介导机械力对细胞收缩和增 殖 的 调 控,尤 其 是 对 周 期 性 拉 伸 这 类 机 械力2 8。P i e z o 1/2是非选择性阳离子通道(对N a+、K+和C a2+渗透),可被细胞质膜的局部拉伸、整个细胞 的 牵 拉、流 体 剪 切 力 等 机 械 刺 激 激 活2 9。V S MC和内皮细胞中均检测到P i e z o 1的表达,例如P i e z o 1在小直径动脉的V S MC s中高表达;而P i-e z o 2的表达则是在可感知机械力的神经元中被发现3 0,3 1。平滑肌特异性P i e z o 1缺失可完全抑制阻力血管中的机械敏感电流3 0。K 2 P通道是在维持静息膜电位和调节动作电位复极中起作用的向外K+通道3 2,根据基因序列保守性和通道功能特性,被分为六 个亚型:TW I K、T R E K、T A S K、T A L K、TH I K和T R E S K2 7。K 2 P通道已知可以被细胞质膜的机械拉伸激活3 3。K 2 P TW I K-2通道的缺乏可经由R h o激酶介导导致肺动脉高压3 4。E N a C家族是一类钠选择性通道超家族,被发现参与了高血压的发生和发展3 5。E N a C家族成员中的-型、-型和-E N a C亚型在V S MC中表达,并负责对压力、应变和拉伸的感知3 6。(三)G蛋白偶联受体 G蛋白偶联受体(G p r o t e i n-c o u p l e d r e c e p t o r,G P C R)是一类含有7个跨膜螺旋结构的蛋白质,通过异三聚体G蛋白和-a r r e s t i n将细胞外信号传递到细胞内,调节细胞的重要生理过程。G P C R是细胞表面受体家族中成员最多的一类,仅人体内就有超过8 0 0种G P C R,并能识别高度多样化的配体3 7。在V S MC中,研究最为透彻的机械敏感G P C R是1型血管紧张素I I受体(a n g i o t e n s i n I I T y p e 1 r e c e p t o r,AT 1 R)。细胞质膜的拉伸会引起AT 1 R的构象转变,从而使跨膜片段7进入配体结合口袋引起受体激活。跨膜片段7与其他跨膜区域之间的相互作用使AT 1 R处于失活状态,而机械拉伸破坏了这种相互作用,从而使跨膜片段7能够进入AT 1 R的配体结合口袋进行激活,这种 作用是不依 赖于其配体 血管紧 张 素I I。AT 1 R亚型a作为主要的AT 1 R亚型,已被证明能够在小鼠的肠系膜和肾阻力动脉中,在缺少其天然配体 血管紧张素I I的情况下,引发肌原性收缩。在此肌原性反应过程中,机械力传感机制依赖于AT 1 R亚型a与G q/1 1蛋白的偶联。AT 1 R的力学激活也可能通过蛋白激酶C依赖的机制而刺激肌动蛋白聚合3 8。在自发性神经源性和低肾素高血压小鼠中,腹主动脉瘤的生长比正常血压对照组增加,且AT 1 R拮抗剂洛卡特普有效地减轻了这种现象,表明AT 1 R的激活促进了血管疾病的发生和发展3 9。(四)酪氨酸激酶受体 酪氨酸激酶受体(t y r o-s i n e k i n a s e r e c e p t o r,T K R)是酪氨酸激酶的一个亚类,参与介导细胞间通讯而调控生长、运动、分化和代谢等基础细胞功能4 0。人类表达的5 8个T K R可以分为约2 0个亚家族,它们具有相似的蛋白质结构,包括细胞外配体结合域、单个跨膜螺旋和由近膜调节区域及酪氨酸激酶结构域和羧基末端尾部组成的细胞内区域。T K R通常被特定的配体激活,这些配体包括表皮生长因子、神经生长因子、血小板源性生长因子、血管内皮生长因子、成纤维细胞生长因子、胰岛素和胰岛素样生长因子等。生长因子配体与T K R的细胞外区域结合,并通过诱导受体二聚化和/或寡聚化而激活受体。T K R也可以被机械力激活4 1。T K R的激活会导致其自身酪氨酸残基的自磷酸化,引发多个信号级联(例如MA P K、P I 3 K/A k t、J AK/S T AT和N F-B途径)导致不同的细胞应答4 2。将机械拉伸(1 0%变形)加载于体外培养的V S MC可 引 起 血 小 板 源 性 生 长 因 子 受 体-(p l a t e l e t-d e r i v e d g r o w t h f a c t o r r e c e p t o r-,P D G-F R-)和P D G F R-的磷酸化,表明P D G F R可被机械力激活。在V S MC中,表皮生长因子受体、胰岛素样生长因子-1受体、圆状结构域受体2(d i s c o i d i n d o m a i n r e c e p t o r 2,D D R 2)和血管内皮生长因子等T K R均被报道可被机械拉伸激活4 3,4 4。我们和其他课题组已经提出D D R 2及其家族成员D D R 1介导了V S MC对E CM刚度的应答4 54 9。本课题组发现,E CM刚度能以非配体依赖的方式 诱 导V S MC 中D D R 1寡 聚 化、内 吞 和 磷 酸化4 6,4 9。硬度激活的D D R 1会发生“液-液”相分离这种物理化学过程,并与H i p p o通路激酶大肿瘤抑制 激 酶1(l a r g e t u m o r s u p p r e s s o r k i n a s e 1,L AT S 1)共同凝聚,从而失活L AT S 1,解除H i p p o通路对在V S MC病理性改变中发挥重要功能的蛋白 Y e s相 关 蛋 白(Y e s-a s s o c i a t e d p r o t e i n,652生理科学进展 P r o g r e s s i n P h y s i o l o g i c a l S c i e n c e s A u g u s t 2 5,2 0 2 3,5 4(4)2 5 32 5 9YA P)的抑制作用,使YA P激活。V S MC向促炎性表型转换而对E CM刚度升高做出应答,这种应答可以通过抑制D D R 1而缓解。与体外实验结果相符的是,我们在人颈动脉粥样硬化斑块中观察到D D R 1磷酸化水平的升高。在小鼠模型中,以特异性抑制剂降低D D R 1激酶活性可以减轻由急性损伤、腺嘌呤饮食或慢性肾功能衰竭诱导的血管硬化和炎症。而对平滑肌特异性D d r 1敲除小鼠给予L AT S 1抑制剂,可以重新激活YA P信号,并抵消D D R 1缺 失 对 血 管 功 能 的 获 益。这 些 发 现 表 明D D R 1是一种新的机械力信号受体。(五)细胞核 细胞核能通过多种复合物将其与胞外基质连接起来,将机械力从胞外传递到核被膜乃至核内部如染色质等结构5 0。例如,核骨架与细胞骨 架 连 接 体(l i n k e r o f n u c l e o s k e l e t o n a n d c y-t o s k e l e t o n,L I N C)蛋白质复合物能通过细胞骨架将细胞内力与机械拉伸和剪切力等外力传递到细胞核中5 1。机械力可导致核被膜结构和成分、染色质组织和基因表达的变化5 2。核被膜结构包括核膜、核纤层和核孔复合物。核纤层是由A型和B型层粘连蛋白组成的丝状蛋白网络,在哺乳动物体细胞中,主要的A型层粘连蛋白亚型是l a m i n A/C5 2。核被膜蛋白中的l a m i n A/C和核膜蛋白e m e r i n在机械拉伸诱导的V S MC增殖过程中发挥重要作用;体外过表达l a m i n A/C或e m e r i n可以抵抗机械拉伸(1 5%变形)诱导的V S MC增殖,在体局部过表达l a m i n A/C或e m e r i n可以逆转高血压大鼠颈动脉内细胞异常增殖的现象5 3。使用基于聚二甲基硅氧烷(p o l y d i m e t h y l s i l o x a n e,P DM S)材料的微柱阵列基底对细胞核进行机械变形实验表明,V S MC在微柱基底上的培养会显著抑制其增殖,这种抑制作用是由l a m i n A/C结构的变形引起的5 4。钙依赖性胞浆磷脂酶A 2(c y t o s o l i c p h o s p h o-l i p a s e A 2,c P L A 2)是一种可作为核膜张力的分子传感器,它在机械信号转导和代谢调控中发挥关键作用5 55 7。细胞肿胀或空间限制引起的细胞核的机械拉伸可通过引起c P L A 2与核膜脂质相互作用的改变而激活c P L A 25 5,5 7。c P L A 2在介导V S MC的机械感受方面作用尚不清楚。最近,我们课题组结合了2 D微图案化P DM S基底和不规则排列与周向排列的人工血管材料(一种空间限制的3 D模型),通过它们工程化E CM与细胞的几何形状,证明了细胞的伸展可激活c P L A 25 8。当c P L A 2受到抑制时,会阻碍AK T的磷酸化,使D NA甲基转移酶1(D NA m e t h y l t r a n s f e r a s e 1,D NMT 1)从核定位转向线粒体定位,使线粒体基因高甲基化和表达抑制,导致细胞能量代谢异常5 8。我们的研究结果揭示了E CM与细胞几何形状对V S MC功能的影响,并指出c P L A 2是V S MC中关键的机械力信号受体。四、结语与展望数十年来,研究人员一直关注V S MC如何响应它们的机械微环境。通过各种设计巧妙的体内和体外研 究,血 管 力 学 生 物 学 家 们 已 经 深 入 认 识 了V S MC在生理和病生理力学条件下的行为和调节机理。尽管如此,我们对于直接感知机械力的受体分子和它们的传感机制的理解仍然不足。尽管已经有大量分子和结构被认为具有介导细胞对机械力应答的功能,但它们中的大多只能被称为“可能的”机械力受体,而并非直接受体或初级受体。作为机械力的直接受体,一个蛋白质或结构必须满足几个重要的标准。首先,它必须在特定的细胞中表达;第二,它在细胞对特定机械力的应答过程中不可缺少;第三,在异源细胞中表达该基因时,细胞能获得对特定机械力应答的能力5 9;第四,它被机械力的激活不依赖于其他生物化学信号或其他机械力受体分子。近年来,得益于方法学上的进步,如s i R NA/s h R NA介导的基因沉默、C R I S P R-C a s 9介导的基因编辑和各种特定抑制剂,我们可以很便利地筛选和鉴定某些分子的机械信号响应作用。然而,对于它们中的大多数是否能够充当直接的受体分子,仍缺乏关键证据。进一步探索、识别和鉴定直接机械力受体分子并阐明其传感机制,对血管力学生物学领域的发展非常重要。如何利用对这些力学信号受体的认识开发血管疾病防治策略?血管平滑肌细胞中的力学信号受体可作为药物靶点的一个成功案例来自于AT 1 R可被机械牵张直接激活的发现6 0。针对AT 1 R上被力学信号特异激活的位点,第一三共株式会社(日本)研发了降压药奥美沙坦。在了解P i e z o 1通道结构和激活机制的基础上,众多科学家已聚焦开发潜在的和类似药物的P i e z o 1激动剂或拮抗剂,用于治疗P i e z o 1相关疾病的临床研究,包括心血管疾病等,但目前尚无以P i e z o 1为明确靶点的药物应用于临床。在未来,以力学信号受体为靶点的抗血管重塑治疗方案将充满希望和挑战。参考文献1 M a z u r e k R,D a v e J M,C h a n d r a n R R,e t a l.V a s c u l a r 752生理科学进展 P r o g r e s s i n P h y s i o l o g i c a l S c i e n c e s h t t p:/p h y s i o l.b j m u.e d u.c n A u g u s t 2 5,2 0 2 3,5 4(4)2 5 32 5 9c e l l s i n b l o o d v e s s e l w a l l d e v e l o p m e n t a n d d i s e a s e.A d v P h a r m a c o l,2 0 1 7,7 83 2 33 5 0.2 C a m a s o D B,M a n t o v a n i D.T h e m e c h a n i c a l c h a r a c t e r-i z a t i o n o f b l o o d v e s s e l s a n d t h e i r s u b s t i t u t e s i n t h e c o n-t i n u o u s q u e s t f o r p h y s i o l o g i c a l-r e l e v a n t p e r f o r m a n c e s.A c r i t i c a l r e v i e w.M a t e r T o d a y B i o,2 0 2 1,1 0 1 0 0 1 0 6.3 L a c o l l e y P,R e g n a u l t V,S e g e r s P,e t a l.V a s c u l a r s m o o t h m u s c l e c e l l s a n d a r t e r i a l s t i f f e n i n g:r e l e v a n c e i n d e v e l o p m e n t,a g i n g,a n d d i s e a s e.P h y s i o l R e v,2 0 1 7,9 7 1 5 5 51 6 1 7.4 T r i g g l e C R,S a m u e l S M,R a v i s h a n k a r S,e t a l.T h e e n-d o t h e l i u m:i n f l u e n c i n g v a s c u l a r s m o o t h m u s c l e i n m a n y w a y s.C a n J P h y s i o l P h a r m a c o l,2 0 1 2,9 0 7 1 37 3 8.5 B k a i l y G,A b o u A b d a l l a h N,S i m o n Y,e t a l.V a s c u l a r s m o o t h m u s c l e r e m o d e l i n g i n h e a l t h a n d d i s e a s e.C a n J P h y s i o l P h a r m a c o l,2 0 2 1,9 9 1 7 11 7 8.6 P e t s o p h o n s a k u l P,F u r m a n i k M,F o r s y t h e R,e t a l.R o l e o f v a s c u l a r s m o o t h m u s c l e c e l l p h e n o t y p