大隱靜脈 (SVs) 在冠狀動脈旁路移植術 (CABG) 中被廣泛應用，用于缺血心臟的重建，因為其長度和易于通過手術獲得，盡管與動脈導管相比，它們的通暢度較低。外科手術和術后藥物治療的改進降低了一些早期移植失敗概率，但不良的長期結果仍然是一個關鍵問題，因為50-60% 的患者在10 年內就會出現靜脈移植術失敗。

SV 移植壁暴露于突然的血流動力學超負荷，必須進行重塑以發揮動脈的作用，這一過程稱為動脈化，可穩定機械力并涉及肌肉細胞 (SMC) 增殖和細胞外基質產生。這種在不同血流動力學條件下的 SV 重塑能力得到了強調，這是因為動脈化是通過在動脈床中插入靜脈段而誘導的，然后當血管回到靜脈狀態時進行反向重塑。問題在于，重塑過程可能會超過穩定機械力所需的能力，從而導致血管管腔狹窄和晚期移植的失敗。

內皮細胞在血管穩態中起著重要的作用，內皮細胞功能障礙是心血管疾病中常見的重要潛在因素。 在 SV 移植中，剪切力和牽張力大大增加，從而引發細胞內下游信號改變內皮細胞 (EC) 功能。已有研究表明，剪應力的突然增加誘導炎性EC表型，并導致靜脈移植失敗。剪切應力對內皮細胞的影響已被廣泛研究，而靜脈EC中的拉伸效應尚不清楚。

事實上，周向拉伸是靜脈移植疾病時內膜增生的一個關鍵因素。在靜脈移植物處放置外部支架，可限制血管擴張，減輕內膜增生，防止血管細胞損傷，并抑制動脈應激引起的血管細胞黏附分子（VCAM）和ICAM1表達增強。值得注意的是，當剪切應力增加時，支架置入避免了靜脈的周向拉伸，這表明SV移植物的內皮功能障礙更多地依賴于循環牽張力而不是剪切應力。然而，人隱靜脈內皮細胞 (hSVEC) 表型循環拉伸增加的潛在細胞機制仍不清楚。

基于此，來自巴西圣保羅大學醫學院心臟研究所、美國德克薩斯大學奧斯汀分校生物醫學工程系的等多家高校專家團隊進行了進一步的研究，于 Scientific Reports 上發表了題為《High stretch induces endothelial dysfunction accompanied by oxidative stress and actin remodeling in human saphenous vein endothelial cells》的最新論文。

在這里，實驗使用不同水平的拉伸強度對hSVECs進行48小時的拉伸，以評估它是否以及如何引起內皮功能障礙。將100% 融合的細胞分別暴露于低 (2.5-5%) 或高 (12.5-15%) 水平的多向拉伸以模擬靜脈或動脈狀況。以1hz的加載頻率進行機械加載，持續時間長達48小時。另外，在相同的培養皿和培養箱中培養不施加機械載荷的細胞作為對照組。數據表明，持續高牽張力 (HS) 可誘導活性氧 (ROS) 介導的內皮功能障礙和肌動蛋白絲重塑。
 

實驗結果：
 

持續的高拉伸會導致內皮功能障礙

鑒于機械力對 EC 結構和功能的重要影響，將 hSVECs 暴露于低拉伸（LS，靜脈）和高拉伸（HS，動脈）條件下，以模擬靜脈動脈化過程中突然的血流動力學應力。

與靜態對照相比(圖1 A)，HS在48 h降低了NO釋放，而LS沒有引起變化（圖1 B）。內皮細胞通過血流動力學力量 (流量和循環應變) 調節NO的合成和釋放來調節血管張力和血流，而HS 誘導NO的減少表明了內皮細胞的功能障礙。事實上，實驗觀察到炎癥標記物E-selectin（圖1 C）和VCAM 1（圖 1D）的表面表達增加，以及持續施加 HS 后單核細胞的粘附增強（圖1 E）進一步證實了內皮功能障礙的表型。

圖 1

由于持續的 HS 導致內皮功能障礙，實驗測試了它是否也會誘導間充質表型。結果顯示，HS未能誘導hSVECs 中EndMT。與此相反，實驗觀察到拉伸48小時后F-肌動蛋白染色減少。鑒于肌動蛋白細胞骨架對 EC 結構和功能的關鍵影響，研究人員進一步研究了 HS 對 F-肌動蛋白模式和 EC 功能障礙的影響。

HS 重塑靜脈 ECs 中的肌動蛋白絲，但不重塑動脈ECs

在 LS 下培養的 hSVECs 顯示與靜態條件相似的皮質F-肌動蛋白的模式和強度（圖2 A、B）。相比之下，24 小時 HS 導致肌動蛋白應力纖維的顯著形成（圖2 A），48 小時后 F-肌動蛋白染色明顯減少（圖2 A、C）。z-stack 切片的3D重建證實了整個細胞中F-肌動蛋白體積的減少（圖 2 D）。這種現象是可逆的，細胞在靜態條件下放置24小時后，肌動蛋白應力纖維將會重新出現（圖2 E、F）。F-肌動蛋白減少僅在 hSVECs 中觀察到；無論拉伸條件如何，人主動脈內皮細胞（HAECs ）均未顯示肌動蛋白纖維結構的變化（圖 2 G、H）。

圖 2

HS 增加氧化應激、NAC 治療減少拉伸誘導的內皮功能障礙

眾所周知，病理性機械拉伸可誘導體外培養的內皮細胞中過量的ROS。因此，實驗觀察到 HS 處理48 小時后 hSVECs 中細胞內和線粒體的 ROS 總量增加（圖3 A-C）。實驗假設 HS 誘導的 ROS 是與細胞骨架重塑和內皮功能障礙相關的潛在機制之一。實驗人員通過用抗氧化劑 NAC 處理細胞來測試這個想法，并觀察到 HS 誘導的細胞骨架肌動蛋白解聚減少（圖3 D、E）。另外，在hSVECs中，拉伸誘導的炎癥標志物E-Selectin 和VCAM的增加（圖1 C，d）也由NAC減弱（圖3 F、G）。這些數據與 ROS 在 HS 引起的隱靜脈內皮細胞功能障礙中起重要作用的觀點一致。

圖 3

實驗結論：
 

最終實驗結果表明，體外 HS 降低了 NO 生物利用度，增加了炎癥粘附分子（E-選擇素和 VCAM1）的表達和 THP-1 細胞的粘附。HS 降低 hSVECs 中的 F-肌動蛋白，但不會降低人動脈內皮細胞中的 F-肌動蛋白，并且伴隨著 G-肌動蛋白和肌動蛋白素的核穿梭以及活性氧 (ROS) 的增加。用抗氧化劑 N-乙酰半胱氨酸 (NAC) 進行預處理支持這一觀察結果，并減少了拉伸誘導的肌動蛋白重塑和炎癥粘附分子的表達。

總之，實驗提供的證據表明氧化應激的增加和肌動蛋白細胞骨架重塑在 HS 誘導的隱靜脈內皮細胞功能障礙中起作用。人們很容易推測，所描述的這種內皮功能障礙和細胞適應模式會導致大隱靜脈移植失敗。

參考文獻：Girão-Silva T, Fonseca-Alaniz MH, Ribeiro-Silva JC, Lee J, Patil NP, Dallan LA, Baker AB, Harmsen MC, Krieger JE, Miyakawa AA. High stretch induces endothelial dysfunction accompanied by oxidative stress and actin remodeling in human saphenous vein endothelial cells. Sci Rep. 2021 Jun 29;11(1):13493. doi: 10.1038/s41598-021-93081-3. PMID: 34188159; PMCID: PMC8242094.

 

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