5.1.6 致动脉粥样硬化和抗动脉粥样硬化转录因子的应力调控
对切应力快速响应的主要元素，包括在腔膜中离子通道的开口、局部黏附复合体内整合素的活化和位于细胞-细胞连接处的黏附分子复合体。随后下游信号对切应力的响应被激活，包括各种激酶磷酸化，GTP酶活化和活性氧产生，其中大部分主要汇成MAPKs通路。最终，这些途径导致致AS性转录因子的激活，如炎症因子NF-κB和激活蛋白-1（AP-1）；或激活抗AS的转录因子，如抗炎症因子KLF2和抗氧化核因子红细胞2-like2（Nrf2）（图5-7），这使得他们与多个靶基因结合，从而触发或抑制基因表达的转录调控，进而调节细胞的功能和疾病的发生进展。
这些致AS或抗AS保护转录因子之间微妙的平衡关系是通过多种分子释放支配血管生理学/病理学和AS发生发展的。具体来说，致AS的切应力通过降低eNOS的mRNA和蛋白表达来削弱NO的生物利用度，最终损害依赖于NO的血管舒张和动脉硬化保护作用。此外，致AS的切应力激活NF-κB依赖性促炎基因的表达，包括黏附分子如ICAM-1，VCAM-1和E-选择蛋白，趋化因子如MCP-1；促炎细胞因子如TNF-α，IL-1和IFN-γ。此外，致AS的切应力也通过增加酶的降解和减少基质的合成导致细胞外基质降解，这些均受到NF-κB的调控。致AS的切应力增强斑块内的巨噬细胞和血管平滑肌细胞的累积，同时上调促炎性细胞因子（TNF-α，IL-1和 IFN-γ）的表达，刺激它们产生大量与细胞外基质降解相关的蛋白酶，例如MMP-2和MMP-9，同时抑制胞外基质合成，如TGF-β和NO介导的胶原蛋白的合成。此外，Nrf2的活化上调抗氧化剂蛋白，如HO-1及NQO-1，导致更少的氧化应激反应和炎症。同时，KLF2与靶基因，例如eNOS结合，以促进NO的产生以及ET-1的下调，二者共同增强血管舒张。KLF2也直接或间接地激活抗血栓蛋白如血栓或促凝血蛋白如组织因子，促进凝血。
图5-7 通过MEK5/ERK5/MEF2通路调节KLF2流量依赖性表达。（a）典型的动脉粥样硬化和人颈动脉易发生动脉粥样硬化区域的切应力波形。（b）静态（无流体）培养的人源脐静脉内皮细胞，在易发生动脉粥样硬化区或动脉粥样硬化的流体条件下培养24 h，KLF2 mRNA 的表达用RT-PCR（n=3；仪器为扫描电镜）测量。（c）全安装在野生型或48 h的 Sih突变体胚胎的原位杂交，探测Flk或KLF2a。插入显示主干血管的特写镜头。肛门括约肌染色由箭头指示。［引自：Parmar KM, et al. Integration of flow-dependent endothelial phenotypes by Kruppel-like factor 2. J Clin Invest, 2006, 116（1）: 49-58.］
Figure 5-7 Flow-dependent expression of KLF2 and its regulation by a MEK5/ERK5/MEF2 pathway.（a）Archetypal atheroprotective and atheroprone shear stress waveforms derived from a human carotid artery. These 2 shear stress waveforms were recreated using a dynamic flow system and applied to cultured HUVECs.（b）HUVECs were cultured under static（no flow）, atheroprone, or atheroprotective flow conditions for 24 hours, and KLF2 mRNA expression was measured by RT-PCR（n=3; mean ± SEM）.（c）Whole-mount in situ hybridization of WT or sih mutant embryos at 48 hours, probed for Flk or KLF2a. Inserts show close-ups of the trunk vasculature. Anal sphincter staining is indicated by arrowheads.［Adapted from: Parmar KM, et al. Integration of flow-dependent endothelial phenotypes by Kruppel-like factor 2. J Clin Invest, 2006, 116（1）: 49-58.］
更重要的是，目前的证据支持致AS或抗AS作用的转录因子之间的转录平衡，致AS和抗AS间对血流的响应平衡。NF-κB和AP-1是典型的致AS性转录因子，它们促进密集型炎症和基质降解，损害NO依赖性血管舒张功能；而KLF2与Nrf2是典型的抗动脉粥样硬化性转录因子，可以减少氧化应激，降低凝血功能和增强血管舒张（图5-8）。(https://www.daowen.com)
AS病变的好发于动脉分支点、分叉部位和动脉弯曲部位的内壁，那些部位常常伴随着致AS性的血流出现。对在动脉分叉、弯曲处，出现不稳定血流，促进该区域炎症性基因的上调和抗炎基因的下调；而直动脉段有高的层流切应力作用，较少或不受致AS血流影响，该区域炎症性基因受到抑制并且抗炎或抗氧化基因上调（图5-9）。
图5-8 致动脉粥样硬化和抗动脉粥样硬化的转录因子的生物力学调控。缩写：MMP，基质金属蛋白酶；INF，干扰素；TGF，转化生长因子；ICAM，细胞间黏附分子；VCAM，血管细胞黏附分子；TNF，肿瘤坏死因子；MCP，单核细胞趋化蛋白；IL，白细胞介素；HO-1，血红素加氧酶1；NQO1，NAD（P）H脱氢酶醌1；ET-1，内皮素-1；TM，血栓调节蛋白； TF，组织因子；VSMCs，血管平滑肌细胞。［引自：Zhou T, et al. Endothelial mechanotransduction mechanisms for vascular physiology and atherosclerosis［J］. Mech Med Bio, 2014, 14（5）: 1-31.］
Figure 5-8 Biomechanical control of atherogenic and atheroprotective transcription factors. Abbreviations: MMP, matrix metalloproteinase;INF, interferon; TGF, transforming growth factor; ICAM ,intracellular adhesion molecule;VCAM, vascular cell adhesion molecule; TNF, tumor necrosis factor; MCP, monocyte chemoattractant protein; IL, interleukin; HO-1, heme oxygenase-1; NQO1, NAD（P）H dehydrogenase quinone 1; ET-1,endothelin-1; TM, thrombomodulin; TF, tissue factor; VSMCs, vascular smooth muscle cells.［Adapted from: Zhou T, et al. Endothelial mechanotransduction mechanisms for vascular physiology and atherosclerosis［J］. J Mech Med Bio, 2014, 14（5）: 1-31.］
图5-9 正常猪的动脉粥样感染区内皮细胞的基因差异表达。促炎细胞NF-κB通路激活并有增强抗氧化型因子存在可以减轻炎症水平。［引自：Davies PF, et al. The atherosusceptible endothelium: endothelial phenotypes in complex haemodynamic shear stress regions in vivo［J］. Cardiovasc Res, 2013,15, 99（2）: 315-327.］
Figure 5-9 Differential gene expression in the atherosusceptible endothelium of normal swine. Pro-inflammatory NF-κB pathway activation coexisting with an enhanced antioxidative profile attenuates inflammation to a low level.［Adapted from: Davies PF, et al. The atherosusceptible endothelium: endothelial phenotypes in complex haemodynamic shear stress regions in vivo［J］. Cardiovasc Res, 2013,15, 99（2）: 315-327.］