血管內(nèi)表面的內(nèi)皮細(xì)胞（ecs）從流動(dòng)的血液中感知流體剪切應(yīng)力（fss），以調(diào)節(jié)數(shù)千種基因的表達(dá)并深刻影響ec表型。動(dòng)脈粥樣硬化的一個(gè)主要模式是可溶性炎癥介質(zhì)和剪切應(yīng)激之間的協(xié)同作用，如高fss阻斷炎癥轉(zhuǎn)錄通路的激活，如nf-kb（核因子κb）和c-jun n-末端激酶，而低剪切應(yīng)力允許或增強(qiáng)這些反應(yīng)。轉(zhuǎn)錄因子klf2由高fss強(qiáng)烈誘導(dǎo)，并被認(rèn)為介導(dǎo)其抗動(dòng)脈粥樣硬化作用的很大一部分。
研究發(fā)現(xiàn)，由tgfβ（轉(zhuǎn)化生長因子β）分泌升高和ecs對(duì)tgfβ的敏感性增加驅(qū)動(dòng)的內(nèi)皮到間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（endmt）是動(dòng)脈粥樣硬化的主要原因。重要的是，tnfα（腫瘤壞死因子α）、白細(xì)胞介素1β（il1β）和γ干擾素等細(xì)胞因子使ecs對(duì)tgfβ敏感，從而促進(jìn)endmt。事實(shí)上，tgfβ受體的內(nèi)皮特異性敲除可顯著減小斑塊大小，甚至誘導(dǎo)斑塊消退，這支持tgfβ信號(hào)通路在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和進(jìn)展中的作用。
在美國耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院內(nèi)科心血管研究中心、細(xì)胞生物學(xué)系、生物醫(yī)學(xué)工程系團(tuán)隊(duì)的以往研究中表明，細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子smad2/3的激活和核易位在低fss下顯示出明顯的最大值，這歸因于一個(gè)敏感的激活機(jī)制，該機(jī)制由 ≈1 dyne/cm2 的剪切力觸發(fā)，并被 >15 dyne/cm2的高fss抑制。然而，這些影響在炎癥和動(dòng)脈粥樣硬化背景下的更廣泛意義尚未得到探索。因此，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索了高fss在調(diào)控tgfβ-smad2/3-endmt通路以響應(yīng)可溶性致動(dòng)脈粥樣硬化生成因子中的作用，相關(guān)成果發(fā)表在journal of the american heart association 題為high fluid shear stress inhibits cytokine-driven smad2/3 activation in vascular endothelial cells。
首先，將基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的huvecs在4 dynes/cm2 或25 dynes/cm2 的fss或0.5±4 dynes/cm2 的振蕩剪切應(yīng)力（oss）下添加tgfβ2或不添加的處理?xiàng)l件下持續(xù)6小時(shí)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，tgfβ2單獨(dú)誘導(dǎo)了強(qiáng)烈的smad2/3核易位，并在低fss或oss下進(jìn)一步增加，但幾乎wan;quan被高fss阻斷（圖1 a、b）。此外還測(cè)量了與間充質(zhì)表型相關(guān)的smad2/3靶基因，特別是fn1（纖連蛋白1）、n-鈣粘蛋白、id1（dna結(jié)合抑制劑）、snail2（蝸牛家族轉(zhuǎn)錄抑制因子2）和mmp2（基質(zhì)金屬蛋白酶2）；還研究了細(xì)胞間粘附分子1（icam-1），它在動(dòng)脈粥樣硬化中介導(dǎo)白細(xì)胞募集到動(dòng)脈壁，并由smad2/3和nf-kb誘導(dǎo)。結(jié)果表明，低fss對(duì)tgfβ的反應(yīng)略有增加，而高fss基本上消除了tgfβ誘導(dǎo)的smad2/3靶基因的表達(dá)（圖1 c）。因此，高fss抑制tgfβ信號(hào)通路。
炎癥介質(zhì)在激活動(dòng)脈粥樣硬化中的ec smad2/3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用，主要是使細(xì)胞對(duì)tgfβ敏感。因此，實(shí)驗(yàn)將huvecs用炎性細(xì)胞因子il1β處理，施加或不施加4 dynes/cm2 或25 dynes/cm2 的fss或 0.5±4 dynes/cm2 的oss并持續(xù)12小時(shí)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，il1β單獨(dú)誘導(dǎo)smad2/3核易位，在lss或oss下進(jìn)一步增加，但基本上wan;quan被高fss抑制。使用tnfα處理觀察到幾乎相同的結(jié)果。smad2/3靶基因的測(cè)定證實(shí)了這些發(fā)現(xiàn)。因此，炎癥誘導(dǎo)的smad2/3信號(hào)傳導(dǎo)也受到高fss的抑制。
圖1 fss在體外阻止tgfβ2誘導(dǎo)的smad2/3信號(hào)通路。
接下來，為了在體內(nèi)驗(yàn)證這些結(jié)果，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了注射tgfβ的小鼠的高fss /動(dòng)脈粥樣硬化保護(hù)區(qū)域和低fss /動(dòng)脈粥樣硬化易感區(qū)域的內(nèi)皮反應(yīng)，分別使用主動(dòng)脈的外彎曲和內(nèi)彎曲作為高和低/振蕩fss區(qū)域。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，tgfβ強(qiáng)烈誘導(dǎo)內(nèi)彎曲smad2/3核易位，但在外彎曲作用微弱（圖2 a、b）。對(duì)smad2/3誘導(dǎo)基因，纖連蛋白和icam-1的檢測(cè)表明，tgfβ同樣誘導(dǎo)它們?cè)趦?nèi)彎曲而不是外彎曲中的表達(dá)（圖2 c-f）。因此，體內(nèi)效果與體外效果呈相關(guān)性。
此外，實(shí)驗(yàn)同樣試圖驗(yàn)證il1β和tnfα在體內(nèi)的影響。向小鼠注射炎性細(xì)胞因子（il1β和tnfα），隨后在主動(dòng)脈的不同區(qū)域檢查smad2/3核易位。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，il1β和tnfα均誘導(dǎo)smad2/3在內(nèi)彎曲中易位，但在外彎曲中沒有；il1β和tnfα誘導(dǎo)的smad2/3誘導(dǎo)蛋白，纖連蛋白和icam-1同樣在內(nèi)彎曲而不是外彎曲中表達(dá)。因此，體內(nèi)smad2/3信號(hào)傳導(dǎo)的激活與低fss區(qū)域相關(guān)，并且在高fss區(qū)域中基本上無法檢測(cè)到。
圖2 fss抑制體內(nèi)tgfβ信號(hào)傳導(dǎo)。
最后，為了確認(rèn)細(xì)胞因子誘導(dǎo)的基因表達(dá)通過smad2/3發(fā)生，實(shí)驗(yàn)利用sirna介導(dǎo)的敲低在huvecs中沉默smad2/3，然后用tgfβ2或il1β在4 dynes/cm2 或25 dynes/cm2 的fss下處理ecs，并采用定量pcr分析基因表達(dá)。結(jié)果表明，smad2/3敲低在所有條件下阻斷了tgfβ2-和il1β-誘導(dǎo)的fn1和n-鈣粘蛋白的增加（圖3 a、b）。因此，這些基因在ecs中的表達(dá)是smad2/3依賴性的，smad2/3在體外介導(dǎo)細(xì)胞因子誘導(dǎo)的基因表達(dá)。
圖3 smad2/3敲低阻斷tgfβ2或il1β誘導(dǎo)的體外基因表達(dá)。
總之，該研究表明，低和振蕩fss增強(qiáng)，而高fss抑制smad2/3信號(hào)傳導(dǎo)和間充質(zhì)和炎癥基因的表達(dá)，以響應(yīng)tgfβ和炎性細(xì)胞因子（il1β和tnfα）。因此，這些結(jié)果更新并擴(kuò)展了高流量通過其對(duì)炎癥途徑的影響抑制動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生的主要模式，包括最近闡明的tgfβ-smad2/3-endmt機(jī)制。這些結(jié)果闡明了一種控制動(dòng)脈粥樣硬化病變部位選擇性的新機(jī)制。低和紊亂的fss通過細(xì)胞因子放大smad2/3活化，而高fss則有效抑制。因此，這些作用導(dǎo)致在血液流量低而趨于紊亂的區(qū)域優(yōu)先形成動(dòng)脈粥樣硬化斑塊，炎癥和endmt之間的正反饋促進(jìn)疾病進(jìn)展。
參考文獻(xiàn)：deng h, schwartz ma. high fluid shear stress inhibits cytokine-driven smad2/3 activation in vascular endothelial cells. j am heart assoc. 2022 jul 19;11(14):e025337. doi: 10.1161/jaha.121.025337. epub 2022 jul 15. pmid: 35861829; pmcid: pmc9707828.
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