血流剪应力对血小板和白细胞的激活及其信号通路的调控

In the inflammatory or injured site of vascular endothelial cell，the interaction of activated platelets and leukocytes may induce both formation and development of atherosclerotic plaque, and are regulated by blood flow shear stress. As unclear key events in the hemostatic and inflammatory responses, the activations of platelets and leukocytes are involved in intracellular mechanochemical signalling, and have become as a focus topic in cellular and molecular biomechanics. The present proposal is, experimemtally and numerically, to research the vWF-mediated platelet activation, the selectin-mediated leukocyte activation, and the involved mechanical regulation mechanism, with techniques of molecular dynamics simulation, fluorescence analysis and flow chamber experiment. The aim of the present proposal is to reveal the key events involved in activations of platelet and leukocyte, such as the activations of both leukocyte integrin LFA-1 and platelet integrin Mac-1, the expressing of platelet P-selectin, Ca+ responses in both platelet and leukocyte, and mechanical features and interactions of the signal molecules in the involved signal pathways, as well as the involved mechanical regulation mechanism and molecular structure foundation. This research will be useful in better understanding of physiological and pathological processes, in providing a new strategy for clinical treatment and rehabilitation, in discovery of new drug targets, and in development of new antibody drugs, for cardiovascular and cerebrovascular diseases.

在血管内皮细胞的损伤与炎症部位，活化了的血小板和白细胞的相互作用，可能诱导动脉粥样硬化斑块的形成和发展，并受到血流剪应力的调控。血小板和白细胞的激活，是止凝血和炎症反应中的关键事件，涉及尚不明晰的胞内力化学信号转导过程，为当前细胞分子生物力学中的前沿热点课题。本项目拟采用分子动力学模拟、荧光和流动腔实验技术，通过理论数值模拟与实验测量，研究分别由vWF和选择素介导的循环血小板和白细胞的激活、相关信号通路及其生物力学调控机制,旨在揭示在血小板和白细胞激活及其相互作用过程中发生的关键事件，如白细胞整合素LFA-1的活化，血小板整合素Mac-1的激活与血小板P-选择素的表达，细胞钙响应和信号转导分子间的相互作用等，以及蕴含在其中的生物力学调控机制和分子结构基础，旨在加深理解心脑血管疾病的生理病理过程，为心脑血管疾病患者的临床治疗和康复，相关分子药物靶点的发现和抗体药物的设计提供新的解决方案

在血管内皮细胞的损伤与炎症部位，活化了的血小板和白细胞的相互作用，可能诱导动脉粥样硬化斑块的形成和发展，并受到细胞粘附分子和血流剪应力的调控。为查明上述过程中的尚不明晰的关键事件及其力学生物学机制，本项目采用分子动力学模拟、荧光和流动腔实验技术，通过理论数值模拟与实验测量等，较系统深入地研究了由vWF和选择素介导的循环血小板和白细胞的激活、相关信号通路及其生物力学调控机制,得到了主要结论如下：我们发现，随着流体剪应力的增加，VWF-A结构域将经历一个挤压到铺展的构象改变与随后发生的从失活到活化的过程，受到A的三个子结构域A1、A1与A3相互作用的catch-slip 键机制的调控，GOF突变使A易于伸展开来而活化，LOF突变则使VWF-A难以伸展开而形成活化的构象；在流体剪应力环境中，ADAMTS13存在二种双相力依赖的水解速率，对应ADAMTS13的低活性的“闭合”构象与高活性的“打开”构象这二种活性态；vWF介导的血小板粘附、钙响应，活化与P-选择素的分泌不但受到血流剪应力的调控，而且是动力学依赖的过程；力开启、加快并增强了P选择子介导的稳定黏附PMN钙响应，其MAPK信号通路包含如下信号分子：PSGL-1，细胞骨架，Syk和ERM蛋白等；同时，P-选择素可通过和PSGL-1结合，可快速地经由PSGL-1-Moesin-actin-talin通路，局部地激活整合素LFA-1和MAC-1，与Syk和脂筏等信号分子无关；在血流作用下，选择素通过PSGL-1诱导的白细胞整合素的活化，是一个逐渐地整体活化过程，力将双相调节滚动白细胞整合素的活化速率；经由PSGL-1的胞质区传导的力学信号，诱导ERM构象改变，导致其磷酸化位点(Y205)的暴露；力将通过增强β3整合素-Talin分子键的生存时间，使β3整合素得以通过Talin稳定传导胞内肌动蛋白拉力和胞外血流剪切应力，调节血小板的铺展与聚集；力可诱导VWF-A2暴露酶切位点，而钙离子会提升A2结构域的力学稳定性，阻碍酶切位点的暴露。上述重要研究进展，将加深理解心脑血管疾病的生理病理过程，为心脑血管疾病患者的临床治疗和康复，相关分子药物靶点的发现和抗体药物的设计提供新的解决方案。