第4章　心脑血管发育的力学生物学机制探索

心脑血管系统是脊椎动物胚胎发育过程中最先建立功能的系统，它保证了其他组织器官生长发育过程的物质交换和能量供应。血管细胞来源于胚胎的中胚层，血管发育过程大致会经历原始血管的形成、血管稳定、血管分支的形成、血管重构和血管功能特化等一系列过程。而血管发育过程中新血管的形成包括两种形式：一种为血管新生（vasculogenesis），即由成血管干细胞原位分化为内皮细胞并形成原始新生血管；另一种为血管生成（angiogenesis），由原已存在的血管内皮以出芽、套叠式生长等方式形成毛细血管丛。在胚胎早期，原始血管的形成是通过血管新生过程实现的。来源于中胚层的血管干细胞逐步分化和迁移，最终分化为内皮细胞并迁移至特定的部位组装成原始血管，形成体内主要动脉和静脉血管、心脏原基和胚外毛细血管网。这些原始血管的结构极不稳定，仅由一层血管内皮细胞（endothelial cells, ECs）构成，血管平滑肌细胞迁移到原始血管的表面形成保护层，稳定血管的结构。在胚胎血液循环建立之后，这些不成熟的血管系统还需经过重构形成血管分支建立起血液循环的毛细血管网络，这一过程即血管生成。血管发育还需要通过动静脉分化过程形成功能特化的血管和完善的血管网络系统。经过上述一系列过程便建立起了成熟的血管网络系统，生命活动从此以后依赖血液循环系统完成物质和能量交换。

胚胎心脑血管系统发育是一个复杂的过程，其进程受多种刺激和抑制信号的调控，这些信号必须协调作用，以确保血管发育的每个阶段得以正常进行。血管发育过程在一定程度上是由基因控制的，而且其研究也在很广的范围展开。但是近年研究发现，生物力学作用是胚胎血管发育的必要因素，胚胎血管发育过程中涉及不同的细胞生物力学机制。从建立血液循环开始，血流动力学就在心脑血管发育过程中发挥非常重要的作用，血液流动动力对动静脉分化以及新血管管腔形成和出芽尤为重要，血液和血管之间的相互力学作用对血管重构、稳态建成也有关键的调节作用。近年来研究显示，微重力会导致宇航员的心血管功能失调和局部血管畸形，并且微重力还会影响早期血管发育，导致血管重构的发生。(https://www.daowen.com)

本章从生物力学因素对心脑血管发育过程的影响入手，简述血流动力学的改变对心血管发育的影响，并深入的分析几个血流动力学因素与血管发育关系，阐明力-血管发育之间的关系，重点论述血流动力学调节血管发育的分子机制以及血流动力学调节血管发育力学信号传导机制，介绍血流动力学对脑血管发育的潜在影响及其相关分子机制，还探讨了微重力对血管发育的影响及其相关的力学分子机制。