4.1.3　血流动力学调节血管发育的力学传导机制

在血管发育以及病理血管生成过程中，内皮细胞通过维持自身存活和凋亡的动态平衡来调节血管结构的完整性。血流所产生的摩擦力-剪应力，对内皮的结构和功能产生了多种影响。内皮细胞应对机械力的变化，引起信号网络和细胞功能的调节。越来越多的证据表明，剪应力通过调节内皮细胞的基因表达，来施加生理影响。体外实验研究证明血流动力学环境对心脏瓣膜内皮细胞的表型变化有决定性的影响，而这一过程是通过klf2以及MCP-1信号通路来实现的。

图4-9　流体剪切力通过F-actin聚合调控HUVEC细胞中klf2和eNOS的表达。（a）免疫荧光图。流体剪切力能够诱导klf2入细胞核，细胞松弛素D处理能够抑制流体剪切力诱导的klf2入细胞核，秋水仙素处理不能抑制流体剪切力诱导的klf2入细胞核。（b）免疫荧光图。流体剪切力能够诱导eNOS表达，细胞松弛素D处理能够抑制流体剪切力诱导的eNOS表达，秋水仙素处理不能抑制流体剪切力诱导的eNOS表达。（c）Western blot图。流体剪切力能够促进klf2蛋白表达, 细胞松弛素D处理能够抑制流体剪切力诱导的klf2蛋白表达。（d）图（c）的蛋白相对定量图。［引自：谢翔. 血流动力学因素影响斑马鱼血管发育的力学生物学机制研究［C］. 重庆：重庆大学博士后研究工作报告，2018.］
Figure 4-9　Fluid shear stress regulates the expression of klf2 and eNOS in HUVEC cells through F-actin polymerization.（a）Immunofluorescence image. The fluid shear force can induce klf2 to enter the nucleus, the cytochalasin D treatment can inhibit the fluid shearinduced klf2 entry into the nucleus, and the colchicine treatment cannot inhibit the fluid shear force-induced klf2 entry into the nucleus.（b）Immunofluorescence image. The fluid shear force can induce the expression of eNOS, the cytochalasin D treatment can inhibit the eNOS expression induced by the fluid shear force, and the colchicine treatment cannot inhibit the eNOS expression induced by the fluid shear force.（c）Western blot diagram. Fluid shear force can promote the expression of klf2 protein, and cytochalasin D treatment can inhibit the expression of klf2 protein induced by fluid shear force.（d）Figure（c）shows the relative quantification of protein.［Adapted from: Xie X. Study on the Mechanobiological Mechanism of Hemodynamic Factors Affecting Zebrafish Vascular Development［C］. Chongqing: Postdoctoral Research Report of Chongqing University, 2018.］(https://www.daowen.com)

细胞骨架作为细胞的力学支撑结构体，在力学信号传导过程中发挥重要作用。在静置培养状态下，内皮细胞的细胞骨架排列呈分散状态，切应力作用下，细胞骨架成分的数量及纤维排列方向都将发生显著的变化。在流动条件下细胞骨架进行重排，其中最突出的变化表现在丝状机动蛋白F-actin的分布上。在应力作用下，F-actin重排产生应力纤维束，体内外研究均表明细胞形态的变化是应力纤维束变化的结果。体外培养的血管内皮细胞受到血流切应力作用，细胞骨架会发生重排同时会改变细胞基因表达的位置。研究证明血流切应力通过调节小GTP酶类的表达，来调控内皮细胞骨架的重排，进而改变细胞基因的表达。血流动力学通过影响内皮细胞形态结构，特别是细胞骨架变化，来影响内皮功能和基因表达，从而影响胚胎血管发育。

最新研究表明流体剪切力不仅能够诱导klf2和eNOS表达，而且能够诱导klf2进入细胞核（图4-9）。我们知道血流动力学通过klf2诱导内皮细胞的重排，但是反过来细胞骨架是否影响klf2的表达并不明确。进一步的研究发现细胞松弛素D通过抑制F-actin聚合能够抑制流体剪切力对klf2表达的诱导和入细胞核，而秋水仙素处理则没有影响（细胞松弛素D能够特异性抑制F-actin聚合；秋水仙素能够抑制微管）（图4-9）。以上研究表明细胞骨架对klf2具有反馈调节作用。