動脈粥樣硬化（AS）是一種由動脈壁纖維脂肪病變形成的慢性血管疾病，在其發展過程中會引起許多并發癥，如心肌梗塞和中風。AS的早期狀態特征是內皮功能障礙，導致低密度脂蛋白（LDL）浸潤至內皮下層，伴有單核細胞募集和吞噬作用異常。從宏觀上看，易損斑塊（其特征是具有較大的壞死核心和薄纖維帽斑）形成和破裂，從而導致動脈血栓形成（圖1）。

圖1    動脈粥樣硬化進展。（A）不同的因素導致動脈粥樣硬化的發生，包括高血糖或氧化應激。（B）單核細胞/巨噬細胞對ox-LDL的吞噬作用是泡沫細胞的積累和沉積以及B淋巴細胞和T淋巴細胞的募集的結果。（C）脂質條紋的形成，以及 SMCs 向損傷部位的增殖和遷移，產生復雜的結構，即動脈粥樣硬化斑塊。動脈粥樣硬化斑塊部分阻塞血管腔，減少周圍組織的血流量和氧氣/營養供應。（D）斑塊破裂激活血栓形成事件，阻塞血液循環，并可能導致中風或心肌梗死。

大量研究表明，在AS的發展過程中，血流的變化、血管壁平滑肌細胞的表型分化、彈性纖維合成的變化都會影響血管內皮細胞形成的生物力學特性，從而導致內皮細胞功能障礙。一般來說，動脈粥樣硬化斑塊在湍流中比在層流（LF）中更容易形成。LF可以維持內皮細胞穩態和內皮細胞的AS-保護表型，而擾動流（DF）可增強內皮細胞的促炎和氧化反應。低和紊亂的剪切應力會導致內皮損傷和慢性炎癥。

探索血管細胞對機械力的反應是了解一系列血管疾病（如AS）的重要組成部分。內皮細胞作為機械感覺細胞，在AS的發生中起著重要的調節作用，但其通過解碼復雜的機械環境來調節生理和病理反應的機制仍不清楚。最近，重慶大學生物流變科學與技術教育部重點實驗室、重慶醫科大學基礎醫學院及特色醫學中心（大坪醫院）神經外科的研究團隊重點關注了AS發生發展中的一些新關鍵基因，綜述了近兩年的最新研究，并總結了已知的AS相關基因靶向藥物，以期為AS靶向治療提供新的策略。詳細研究成果發表在 Genes & Diseases 期刊題為“Recent advances of mechanosensitive genes in vascular endothelial cells for the formation and treatment of atherosclerosis"。

在AS的發生發展過程中，血管內血流向內壁細胞的機械刺激是影響AS的重要因素。Pro-AS剪切應力（振蕩或湍流，非單向）和Anti-AS剪切應力（穩定或脈動，單向LF）刺激活性氧（ROS）和活性氮（RNS）的產生，參與血管內皮細胞中基因表達的信號轉導。

根據以往的研究，在 DF 下，可以通過刺激促進 AS 的機械敏感基因（如 YAP/TAZ、HIF-1α、NF-κB 和 JUN/FOS）的表達來增強 AS 的發生和發展。在LF下，可以通過激活保護血管內皮細胞穩定性和抑制對氧化應激的炎癥反應的機械敏感基因（如KLK10、NRP2、TFEB、KLF2/KLF4和NRF2）的表達來阻礙AS的發生和發展（圖2）。

圖2    動脈粥樣硬化中的機械敏感基因調控網絡。

KLK10

KLK10 是激肽釋放酶相關肽酶“KLK"家族的成員，可以釋放到循環中，主要作為腫瘤抑制因子進行研究。2022年的最新研究指出，s-flow KLK10的高表達可以抑制NF-κB、血管細胞粘附分子1（VCAM1）和細胞間粘附分子1（ICAM1）的表達，從而阻止單核細胞粘附。此外，s-flow KLK10的激活可以保護內皮細胞的通透性屏障。因此，KLK10作為一種機械敏感基因，其活化表達可以抑制內皮炎癥和內皮屏障功能障礙，減少內皮細胞和單核細胞的遷移和募集，而不影響正常的細胞凋亡和增殖。目前，關于該基因的研究成果較少，未來可以進一步的深入研究。

CCN基因家族

CCN1 通過與不同的整合素結合并發揮作用來調控多種細胞過程，包括細胞粘附、遷移、分化、增殖、存活、凋亡和衰老。使用 CCN1^DM/DM /ApoE^?/? 小鼠模型，一些研究人員發現，CCN1/α6β1 在體外和體內參與轉錄因子（如NF-κB）的表達，NF-κB的激活進一步增強了CCN1和整合素的表達，而α6β1是治療AS的新靶點。研究還發現，抑制Wnt/β-catenin信號也會降低CCN1的表達，從而導致內皮細胞炎癥和細胞凋亡。此外，CCN1 通過損害巨噬細胞中 ATP 結合盒轉運蛋白 A1/G1（ABCA1/G1）介導的膽固醇外排來促進脂質積累和泡沫細胞形成。在內皮細胞中，CCN1調節膽固醇代謝，使ox-LDL進入基質。既往研究表明，血流紊亂上調CCN1和CCN2表達，單向LF降低CCN1和CCN2表達，同時增加CCN3表達。CCN3 的過表達與 AS 期間炎癥過程的控制和血脂異常的逆轉有關，表明 CCN3 可能是 AS 治療的潛在靶點。

NRP2

神經纖毛蛋白2（NRP2）是 NRP 基因家族的成員，在神經和血管組織中大量表達。研究發現，NRP2基因可被層流剪切應力（LSS）激活，上游轉錄因子GATA2在AS過程中可調控NRP2的表達。NRP2的缺失增加了血管通透性，從而加劇了炎癥過程中的炎性反應和淋巴水腫，促進人內皮和平滑肌細胞的存活和遷移，以響應 VEGF-A 和 VEGF-C。此外，NRP2 可能與單核細胞表達的 α5 整合素相互作用，介導單核細胞對血管壁的粘附。NRP2在頸動脈斑塊的淋巴細胞和外膜中均高度表達，促進淋巴管生成和新生血管形成。這些結果表明，NRP2通過調節細胞凋亡在AS中發揮重要的促動脈粥樣硬化作用，表明NRP2是治療動脈粥樣硬化疾病的潛在治療靶點。

YAP 和 TAZ

研究證實，在LF長期機械激活下，YAP/TAZ的轉錄活性受到抑制。相反，在湍流刺激下，YAP/TAZ的磷酸化水平降低，從而導致轉錄活性增強。YAP/TAZ 活性已被證明與促進 AS 的基因相關，敲除YAP和TAZ會降低小鼠AS發生的可能性和程度，而YAP/TAZ的過表達會導致AS在動物模型中的發生和發展加劇。目前的研究表明，冠狀動脈疾病風險基因（JCAD）可抑制YAP/TAZ通路的激活和下游pro-AS基因（包括CCN1）的表達。特別是，JCAD 通過與肌動蛋白結合蛋白 TRIOBP 相互作用來調節 YAP/TAZ 激活以穩定應激纖維的形成，且在小鼠和人動脈粥樣硬化斑塊中內皮 JCAD 表達增加。上述基因組蛋白質組學和動物模型研究數據表明，靶向YAP/TAZ的表達以及上下游基因分子和轉錄產物的調控是AS的潛在治療方案。

HIF-1α

隨著AS斑塊的發展，病變區域（纖維帽下）處于缺氧環境中，缺氧誘導因子-1α（HIF-1α）被進一步激活，炎癥反應加劇并導致血管增生，斑塊破裂速度加快。HIF-1α 激活影響 OCT4 等因子的表達，OCT4 的轉錄激活依賴于血管平滑肌細胞（VSMCs）中的 HIF-1α 和 KLF4。研究表明，在 ApoE?/? 小鼠VSMCs中條件敲除 OCT4 導致病變大小增加和病變成分變化，這與斑塊穩定性降低一致。因此，HIF-1α 調節 OCT4 對 AS 的影響。此外，小鼠部分頸動脈結扎模型表明，湍流上調 HIF-1α、糖酵解酶和炎癥基因的表達并增強內皮細胞增殖。在 ApoE ?/? 小鼠中，HIF-1α的內皮細胞特異性基因缺失抑制了部分結扎動脈的炎癥和內皮細胞增殖，表明HIF-1α在低剪切應力區域促進炎癥和血管功能障礙。這些發現表明，HIF-1α基因不僅在AS的啟動（通過調節炎癥反應）中起關鍵作用，而且在AS的晚期階段（通過調節斑塊內血管生成）中也起著關鍵作用。

NF-κB

NF-κB 是免疫、應激反應、細胞凋亡和分化的關鍵調控基因。NF-κB 信號轉導響應湍流區域的機械激活，在ApoE?/? 小鼠或Ldlr?/? 小鼠模型中，脂多糖處理或高脂喂養后，NF-κB活化，NF-κB誘導的基因表達上調。高膽固醇環境下內皮細胞中NF-κB表達被激活，抑制NF-κB可降低促炎、促粘附基因和單核細胞趨化蛋白的表達，從而減少巨噬細胞的募集，穩定ApoE?/? 小鼠的AS斑塊。這種現象可能有助于將來使用 NF-κB/IκB 組分的高穩態表達水平定位 AS 病變。

FOS 和 JUN

常見的異二聚體蛋白轉錄因子 AP-1 由 c-FOS 和 c-JUN 以及 JDP 和 ATP 家族的不同蛋白質組成，參與基因表達的調節。研究表明，ERK/p38 活化是 AP-1/NF-κB 通路的重要前饋信號。在心血管疾病的動物模型中，ox-LDL的初級積累激活ERK/p38信號通路并誘導其磷酸化，從而刺激AP-1/NF-κB通路。進一步的研究表明，ox-LDL 的下調導致 AP-1 活性降低和 c-JUN N-末端激酶1/2（JNK 1/2）的磷酸化，這一過程阻止了炎癥通路的激活。最近的一項研究表明，隨著 AP-1 的上調，VSMCs 的增殖、遷移和 AS 斑塊形成加速。使用上游抑制劑會導致 AP-1 丟失并延緩 AS 的發生。結合多項研究的證據，AP-1已被確定為調節血管炎癥的重要樞紐。

TFEB

轉錄因子EB（TFEB）是是自噬-溶酶體生物發生的主調控因子。在血管炎癥模型小鼠中，TFEB的外源性過表達可以降低小鼠主動脈血管炎癥水平和內皮細胞趨化因子的表達。在內皮細胞中的研究也發現NF-κB通路被TFEB抑制，從而抑制血管炎癥的發生，加重血管內皮功能障礙。此外，TFEB參與心血管模型中脂質穩態的調節。其表達水平與脂質轉運蛋白和脂質介質呈正相關，TFEB敲除導致血管內脂質水平異常。一項具體證據表明，在預防 AS 發展的 LF 過程中，LF 水平的上調增加了 TFEB 蛋白豐度，并在一定程度上阻止了內皮功能障礙和內皮炎癥的發展。TFEB的上調降低了血管內皮細胞的氧化應激程度和白細胞向內皮細胞的募集，從而阻止了AS的發展。此外，TFEB的上調已被用作治療心血管疾病的臨床策略。

KLF2/KLF4

Krupel樣因子KLF2和 KLF4 是血管穩態相關基因。據報道，KLF2 對于剪切應力誘導的細胞排列、纖維組裝以及 JNK 及其下游靶標 ATF2/c-Jun 至關重要。LF 介導的 AS 保護機制是絲裂原活化蛋白激酶激酶5（MEK5）-ERK5-KLF2 通路。體內研究表明，KLF2 和 KLF4 共同調控多個基因以保護主動脈免受 AS 的侵害。在ApoE?/? 和Ldlr?/? 小鼠敲除KLF2和KLF4基因后，加速了AS的發展，表明內皮細胞中KLF2和KLF4的激活可能誘導AS保護，揭示了其是通過藥物干預預防AS的潛在治療靶點。

NRF2

核因子E2相關因子2（NRF2）是一種新興的細胞抗氧化調節基因。先前的研究表明，NRF2通過穩定剪切應力在調節抗氧化水平和抗AS方面發揮作用。脈沖層流剪切應力（PLSS）誘導了粘附分子的表達，在NRF2-siRNA 處理的 HUVECs 和從 NRF2 敲除小鼠中分離出的動脈內皮細胞中，趨化因子增強。因此，PLSS 通過激活 NRF2 導致細胞內抗氧化水平增加，從而在 AS 過程中維持內皮細胞的狀態并防止 pro-AS 基因表達所需的過度 ROS/RNS 產生。LF 激活 NRF2 的表達，這對內皮細胞適應氧化應激和亞硝化應激很重要。此外，KLF2 和 NRF2 可協同調節 LF 誘導的內皮基因表達。因此，了解NRF2基因活性和下游通路的調控對人類健康具有重要意義。

ID1

分化抑制劑1（ID1），又稱DNA結合抑制因子，屬于螺旋-環-螺旋（HLH）轉錄因子家族成員之一。ID1可能通過炎癥和血管生成影響動脈粥樣硬化斑塊的穩定性。研究發現，低振蕩剪切應力（OSS）通過下調ID1的表達來促進脂質攝取。ID1 過表達和敲低實驗表明，ID1 可以與甾醇調節元件結合蛋白1（SREBP1）結合，調節 LDLR 表達并影響脂質攝取。當暴露于ox-LDL時，ID1蛋白的表達和分布受剪切應力和脂蛋白的調控，高剪切應力促進ID1表達和血管生成。最近的研究表明，使用含有人載脂蛋白E（rHDL-ApoE 3）的重組 HDL 形式可以激活 ID1 的過表達并隨后激活 MEK1/2 和 PI3K 及其下游靶點 ERK1/2、AKT 和 p38 MAPK以改善體內血管通透性。這些發現表明，ID1基因是AS發展的重要樞紐。

過去幾十年的研究概述了許多機械敏感基因調節內皮細胞的表型、功能和行為以響應血流動力學變化的生物學機制，但其中一些信號通路的作用仍不清楚。此外，新的機械敏感基因不斷被發現，針對這些新的機械敏感基因的療法也在不斷更新。因此，有必要鑒定和闡明更多對內皮力學敏感的基因。雖然有研究提出了某些內皮機械敏感基因的抑制劑或激活劑，但近兩年來，隨著相關研究的深入，發現了更多針對相應基因的靶向抑制劑或激活劑（圖3）。

圖3    剪切應力信號在調節內皮細胞炎癥和氧化應激中的作用。炎癥和氧化應激是動脈粥樣硬化發展中最重要的病理生理過程。LSS增加，而OSS抑制許多抗炎和抗氧化轉錄因子的表達，如KLF2/4、NRF2和TFEB等。激活其中一些基因已被證明對動脈粥樣硬化有明顯的有益作用。相比之下，OSS誘導促炎和促氧化應激基因的表達，如YAP/TAZ、HIF-1α和NLRP3。拮抗這些有害信號也可能通過改善內皮功能、減少低密度脂蛋白浸潤和氧化以及抑制內皮-單核細胞粘附來緩解動脈粥樣硬化。

最后，該綜述指出，AS的進一步研究可以從以下三個方面進行：（i）進一步明確力調節因子在動脈粥樣硬化性心血管疾病中的調控機制；（ii）通過新技術和新分析方法篩選新的機械調控基因；（iii）利用已知的高通量藥物篩選機械敏感基因來識別新藥物。總之，未來必須推動細胞生理學、生物醫學工程、藥理學、功能基因組學等多學科研究，以找到早期精準治療AS的策略。

參考文獻：Li S, Xu Z, Wang Y, Chen L, Wang X, Zhou Y, Lei D, Zang G, Wang G. Recent advances of mechanosensitive genes in vascular endothelial cells for the formation and treatment of atherosclerosis. Genes Dis. 2023 Jul 17;11(3):101046. doi: 10.1016/j.gendis.2023.06.016. PMID: 38292174; PMCID: PMC10825297.

Impact Factor   6.9

Online ISSN: 2352-3042

Print ISSN: 2352-4820

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