血管内皮细胞糖萼形态结构受损/紊乱与动脉系统中脂质浓度极化的相关性研究

位于血管内皮细胞顶膜的糖萼（Glycocalyx）在调节血管壁的选择通透性、抑制血细胞对内皮的粘附及信号传递等过程中，发挥着非常重要的作用。本项目以血管内皮细胞糖萼为研究对象，从传质的角度探究内皮细胞糖萼的完整性与动脉粥样硬化形成的相关性。通过对比测量糖萼受损或结构受扰动前后，动脉血管壁的渗流速率Vw、低密度脂蛋白（LDL）的壁面浓度Cw以及血管内皮层对LDL吸收、沉积的变化，确定糖萼在动脉壁物质传输特别是LDL输运过程中的作用。本课题旨在对我们提出的如下科学猜想（hypothesis）进行验证：血管内皮细胞糖萼完整性遭遇病理破坏或受到局部血流扰动而发生结构紊乱时，会引起血管壁渗流速率Vw增大、导致LDL浓度极化加剧，使得LDL在血管壁面的浓度Cw增加，进而加速LDL在血管内皮层的吸收和沉积、诱发动脉粥样硬化的形成。本研究课题是申请人提出的动脉粥样硬化"浓度极化"理论的深化和拓展。

位于血管内皮细胞顶膜的糖萼（Glycocalyx）在调节血管壁的选择通透性、抑制血细胞对内皮的粘附及信号传递等过程中，发挥着非常重要的作用。本项目以血管内皮细胞糖萼为研究对象，从传质和力传导的角度探究内皮细胞糖萼的完整性与动脉粥样硬化形成的相关性及其可能机制。在物质传输方面，实验结果表明，改变内皮细胞糖萼结构（成分和和电荷）使得内皮细胞对水分子的渗流速度增大，致动脉粥样硬化脂质低密度脂蛋白（LDL）在内皮细胞上的浓度极化增加，同时内皮细胞对LDL的吞噬量也会增加，这可能会促进动脉粥样硬化的发生，该结果在内皮细胞和平滑肌细胞共培养下也得到了验证。进一步实验结果发现，内皮细胞对水分子和LDL通透性受糖萼介导的内皮细胞凋亡的调控。通过数值模拟，建立包括糖萼在内的血管多层模型，用以定量研究糖萼在LDL输运中所起的作用，结果表明完好的糖萼能起到阻止LDL渗入血管壁的屏障作用。在力传导方面，实验发现除内皮细胞外，平滑肌细胞上也存在糖萼，可能作为力传感器介导平滑肌细胞的增殖，迁移和一氧化氮（NO）的生成，感受微重力而影响平滑肌细胞的表型。数值仿真结果发现，流动剪切力可能是以力矩的形式（而不是力的形式），通过糖萼纤维传导到内皮细胞上。糖萼介导生成的NO在血流扰流区的传输受到抑制，可能会影响动脉粥样硬化的发生。这些结果表明，糖萼可能影响脂质浓度极化及在血管壁中的传输，还可作为力感受器影响血管细胞的生理功能，从而可能影响动脉粥样硬化的发生和发展。该研究结果和发现在将糖萼作为靶点用于心血管疾病的诊疗方面具有重要意义。