崔彩冰，羅鵬，黃石安（廣東醫(yī)科大學附屬醫(yī)院心血管內科，廣東湛江525400）

肺動脈高壓(PAH)是一種慢性進行性疾病，具有高發(fā)病率和高死亡率，PAH 患者約占人口總數(shù)的1%，且老年人占比增加[1-3]。目前主流的觀點是將靜息時通過右心導管檢查測得的靜止狀態(tài)下平均肺動脈壓≥20 mmHg 定義為PAH[4]。正常生理狀態(tài)下，肺動脈內皮細胞間共同構成一層內皮細胞屏障，從而對血管的穩(wěn)定進行調節(jié)。血流剪切力直接作用于肺動脈內皮細胞，導致其功能及表型改變。在PAH 的發(fā)病機制中，動脈內皮細胞功能障礙扮演了至關重要的角色[5]。本文就PAH 中血流剪切力對內皮細胞的作用機制作一綜述。

1 肺動脈內皮細胞

動脈內皮細胞是指動脈血管腔最表層的細胞。作為血管屏障，內皮細胞直接接受來自血液的機械(壓力、切應力)、生物化學(激素、細胞因子)和免疫(活化的白細胞、內毒素)等刺激，能夠起到保護作用[6]。內皮細胞具有多種受體，能夠感知血液流動，并通過機械敏感性信號通路向受體分子傳遞機械信號，從而引起表型和功能的改變[7-8]。內皮細胞介導的一系列的信號傳導途徑是PAH 患者發(fā)生肺血管異常收縮、肺血管重建及肺血栓形成的主要原因。血液的理化因素在誘導內皮細胞最初死亡后，隨著時間的流逝導致細胞過度增殖，使血管重塑和PAH 發(fā)展成為可能[9]。此外，機械張力和許多調節(jié)因子也能改變細胞形態(tài)，使細胞間隙擴大，損毀內皮細胞層的完整性，血管內的機械力作用可以影響內皮細胞的增殖、分化、凋亡、信號傳導、基因表達等一系列的生理功能[10]。研究表明，從細胞微環(huán)境發(fā)出的機械信號是細胞行為的基本調節(jié)器，在宏觀尺度上，機械作用力的影響，即由血液流動所產生的力，是我們理解生理學和疾病發(fā)病機理的核心，但是機械作用力是如何被內皮細胞感知并被轉化成生物信號傳導仍是目前待攻克的科學問題[11]。

2 血流剪切力

與血流動力學和血壓一樣，剪切力也是內皮細胞穩(wěn)態(tài)的重要決定因素[12]。作用于內皮細胞的剪切力主要分為兩種:(1)在大血管中，血流沖擊內皮細胞時摩擦而產生的血流剪切力；(2)在小血管中，由于血流較少，血細胞比容增加，剪切力主要是血細胞滾動時與內皮細胞摩擦產生。PAH 患者中這兩種剪切力均能產生作用。研究表明，內皮細胞含有機械感受器，能夠對機械負荷的變化迅速作出反應，處理信號，并產生針對特定環(huán)境的適應性反應，重新平衡細胞及血管的穩(wěn)態(tài)[13]。與生理狀態(tài)相比，PAH 患者動脈內皮細胞的血流剪切力顯著增加，進而觸發(fā)下游信號通路，引起一系列細胞生理功能改變[14]。PAH 是早期診斷困難的一類隱匿性疾病。Pektas 等[15]對兒童繼發(fā)性PAH 的橫斷面研究中發(fā)現(xiàn)，PAH 患兒肺動脈的血流剪切力顯著降低，并且在疾病診斷方面，＜2.5 dyn/cm2的血流剪切力具有84.8%的敏感性和92.9%的特異性。血流剪切力在PAH 的早期診斷中展露出巨大潛能。目前普遍認為血流剪切力作用于內皮細胞產生的表型改變對于PAH 的發(fā)生、發(fā)展密切相關[16]。

3 血流剪切力對內皮細胞的影響

3.1 血流剪切力對內皮細胞增殖和凋亡的影響

剪切力對動脈生長發(fā)育以及調控內皮細胞增殖起重要作用，Chang 等[17]在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)動脈血流剪切力能夠通過抑制CXCL12/CXCR4 信號通路逆轉DACH1 的過表達而起到抑制內皮細胞遷移和冠狀動脈生長的效果，實現(xiàn)抑制內皮細胞的增殖和生長、減少內皮細胞極化、不利于動脈發(fā)育，從而傾向于形成小的動脈。成熟的動脈血流剪切力(高，均勻的層流)能夠下調DACH1 的表達，而重塑的動脈型血流(低，可變)維持了DACH1 的表達。這表明當血流狀態(tài)處于穩(wěn)態(tài)的層流時，血流剪切力的作用趨向于抑制內皮細胞的增殖功能；反之，血流狀態(tài)處于紊亂的湍流狀態(tài)時，血流剪切力趨向于抑制內皮細胞的凋亡功能。與靜息狀態(tài)下的內皮細胞相比，內皮細胞受持續(xù)血流剪切力作用時DNA 合成速率相對下降，血流剪切力可以通過過表達細胞周期依賴性蛋白激酶抑制劑p21，從而使內皮細胞的細胞周期停止在G0/G1 期，達到抑制細胞增殖的效果；相反，在受湍流作用時，內皮細胞高速增殖，DNA 合成速率明顯增加。Ohura 等[18]對內皮細胞分別施加湍流和層流的流體剪切力，隨后對內皮細胞進行轉錄組測序，發(fā)現(xiàn)湍流組超過3%內皮細胞基因表達是原先的2 倍以上。施加層流剪切力處理的內皮細胞的基因表達則出現(xiàn)明顯下降，其中與細胞增殖生長信號通路相關的基因尤為顯著。同樣，Brooks 等[19]發(fā)現(xiàn)在湍流狀態(tài)下，內皮細胞TSP-1mRNA 呈現(xiàn)過表達狀態(tài)，并伴隨著內皮細胞凋亡相關的表型激活。由此可見，血流剪切力的模式可影響動脈內皮細胞增殖、生長與凋亡的相關生物學功能，若能改善血流剪切力的流動模式，在一定程度上可對環(huán)境壓力作用于內皮細胞引起的血管重塑等方面有積極意義。

3.2 血流剪切力對內皮細胞分化作用的影響

在內皮細胞祖細胞(EPCs)和胚胎干細胞(ESCs)中，剪切力可促進動脈內皮細胞標志物ephrinB2 的表達，提示剪切力對血管內皮細胞的分化具有調節(jié)作用[20]。這一發(fā)現(xiàn)證實ESCs 在分化過程中同時受到兩種力的作用，即血液流動產生的剪切力可使ESCs 起源的血管內皮細胞生長因子受體2 陽性細胞分化為胚胎細胞系；而在胚胎發(fā)育過程中，由于心臟跳動所產生的張力可使血管內皮細胞生長因子受體2 分化為平滑肌細胞系[21]。PAH 在病理機制上存在一個重要的分化機制，即內皮細胞到間充質的過渡(EndoMT)。EndoMT 是一種分化過程，是內皮細胞逐漸采用間充質細胞(包括平滑肌細胞和肌成纖維細胞)的表型特征。紊亂的血流剪切力、炎癥和血管僵硬等相關的信號通路均參與EndoMT 的轉換過程。EndoMT 與慢性肺部疾病發(fā)病相關，包括PAH 和慢性肺纖維化。EndoMT 的潛在機制是由于轉化生長因子-β、骨形態(tài)發(fā)生蛋白、無翼/整合或Notch 信號通路的激活所致[22]。在EndoMT 的變化下，間充質細胞增加，其中平滑肌細胞數(shù)量的增加使得血管管壁變厚，血管順應性下降；肌成纖維細胞增加，細胞外基質合成增加，血管外膜膠原蛋白和彈性蛋白異常沉積，導致肺血管硬化，最終演變成為PAH[23-24]。因此，有關血流剪切力與EndoMT 間共同信號通路的研究可為PAH 發(fā)病機制提供新的觀點。

3.3 血流剪切力變化引起的內皮細胞信號傳導機制

血管內皮細胞可將機械力轉換成生物化學信號，并通過調節(jié)內皮細胞的增殖、分化、轉移和凋亡，影響器官的發(fā)育以及保持機體穩(wěn)態(tài)[25]。內皮細胞將機械信號轉變?yōu)樯镄盘栐谠缒晡窗l(fā)現(xiàn)有明顯證據(jù)支持。近年來，Panciera 等[11]發(fā)現(xiàn)YAP 蛋白和TAZ 蛋白可以讀取從剪切應力到細胞形狀和細胞外基質剛性的各種機械線索，并將其轉化為細胞特異性的轉錄程序。YAP 蛋白和TAZ 蛋白的機械轉導對于驅動干細胞行為和再生至關重要，它的異常細胞力學有助于PAH 的發(fā)生。機械力轉換成生物化學信號過程中受多種蛋白和分子的影響，包括細胞連接受體、黏附分子、整合素等。轉換過程的理論認為，內皮細胞的穩(wěn)態(tài)受細胞骨架元件和細胞粘附復合物之間的動態(tài)作用調節(jié)。細胞內部結構通過細胞骨架與細胞外基質相連接，血流剪切力刺激信號到來時，細胞骨架通過肌球蛋白肌絲的滑動產生張力，從而引起細胞骨架的重新排列和細胞形態(tài)的改變，從而使機械信號通過張力傳導到整個細胞[13，26]。Takahashi 等[25]認為，當內皮細胞處于穩(wěn)定的高剪切力環(huán)境時，信號蛋白MMP1、Tie2、Flk-1 可以調節(jié)多種信號通路、基因表達調控細胞骨架和細胞外基質的進行，從而促進內皮細胞的遷移和損傷修復。這說明了針對內皮細胞信號傳導通路的作用靶點進行研究，對改善血流剪切力引起的內皮細胞功能障礙具有指導意義。

4 內皮細胞功能改變與PAH 的發(fā)生

內皮細胞功能障礙和血管重構是不同類型PAH的共同病理特征[27]。血管重構是PAH 的典型病理生理改變，主要表現(xiàn)為遠端肺動脈血管重塑，以及炎癥、纖維化、血栓、新血管的形成。上述這些過程導致血管腔阻塞，形成復雜的血管病變，稱為叢狀病變[24]。此外，肺血管內皮細胞還出現(xiàn)增生、肥大、腫大及EndoMT。血小板衍生生長因子(PDGF)主要是由血小板和巨噬細胞分泌而成，內皮細胞也有少量PDGF分泌。PDGF 是一種強烈的促有絲分裂劑，屬于促進細胞增殖、分化和遷移的生長因子家族。PDGF 發(fā)揮生物功能主要通過PDGF-PDGRF(PDGF 受體)軸。研究發(fā)現(xiàn)，PAH 患者中PDGF 和PDGRF 在遠端肺小動脈均呈現(xiàn)高表達；在抑制PDGRF 后，PAH 模型鼠的肺動脈重構得到改善，右心室肥厚也得到減輕[28]。Rieg 等[29]研究表明PDGF-PDGRF 軸可激活AKT/mTOR 信號通路，上調基質交感分子1(STIM1)，促進細胞外鈣離子內流以及平滑肌細胞的增殖。血流剪切力可以通過多種激酶(包括蛋白激酶A、AMP 激活蛋白激酶、AKT 和Ca2+/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶II)刺激內皮一氧化氮合酶(eNOS)活化和一氧化氮(NO)的生成[30]。在血流剪切力穩(wěn)定時，NO 能保護低氧引起的內皮細胞損傷，抑制平滑肌細胞由收縮表型向合成表型的轉化以及平滑肌細胞的增殖，防止缺氧所致肺血管的結構重建[31]。當血流剪切力紊亂時，抗細胞增殖因子NO 水平降低，平滑肌細胞出現(xiàn)大量增殖和遷移，加重肺血管重構[32]。此外，NO 作為舒血管物質的一種，其表達水平的降低也有利于PAH 的發(fā)生。因此，內皮細胞多種功能出現(xiàn)障礙與PAH 的發(fā)生、發(fā)展有密切的關系，我們需探索更多與PAH 有關的生物分子，通過研究其與剪切力間的聯(lián)系，以期使在PAH 診斷和治療中取得更大的進展。

5 小結與展望

PAH 作為一類早期診斷困難的進展型疾病，近年來，針對PAH 發(fā)生、發(fā)展過程中的作用機制研究較深入，剪切力與內皮細胞之間的生物學聯(lián)系在其中扮演了重要角色，不斷有關于剪切力與內皮細胞之間新的共同作用分子和信號通路被挖掘，使研究者對PAH的病理生理過程有了更系統(tǒng)的評估，但目前仍然還沒有明確的針對PAH 靶向分子的生物標志物或治療方案。從生物學行為上看，血流剪切力可以轉換為生物電信號，通過影響內皮細胞內信號傳導調控內皮細胞的增殖、分化、凋亡等生理功能，進而導致PAH 的發(fā)生，這在大部分的研究過程中都得到了較明確的結果，但仍有一部分未能得到解釋的病理生理現(xiàn)象。PAH 是一類較為復雜的病理生理狀態(tài)，關于血流剪切力與PAH 間的相互關系仍然有比較多的未知領域，如是否可通過已知的有關的信號傳導通路提取出特異性高的有診斷或治療價值的生物標志物；是否可利用血流剪切力的信號傳導逆向促進血管再生等。總之，關于血流剪切力與內皮細胞的相互作用的研究仍然有比較廣泛的空間。