心脑血管疾病血管重建的力学生物学机制

The mechanical factors have a very important effect on vascular remodeling, which is a common pathological basis and general pathophysiological process, and its mechanisms remain to be study further. In the present project, which will be around the central theme of mechanical force-biological response-vascular remodeling, the animal models of hypertension and atherosclerosis, transgene mice, cellular mechanical loading, electrophysiology, high-throughput and high-sensitive gene expression assay, and mechanical model as well as the approaches of molecular biology, transcriptomics, and proteomics will be used to demonstrate the effects of G-protein coupled receptor kinases and its transcriptional regulatory networks, the dendritic cells and immune microenvironment, microRNAs, and calcium-activated potassium channel on modulating vascular cell functions to understand the mechanotransduction mechanisms of vascular remodeling resulting from low shear stress or high cyclic strain. The mechanical variables of endothelial cell senses, the mechanical presence during the mechanobiological response of the cell, and the mechanical aspects in the results of remodeling will be also investigated by combining the experiments and numerical simulations on cell scale. The current studies will be very important to the exploration of the biomechanical mechanisms of normal blood circulation, and the understanding of natural law of growing and decrepitude on the vasculature. Further, these researches will be contributive to revealing the mechanisms of cardiocerebrovascular diseases and affording some novel principles of their diagnosis and therapy, including the development of new medicines and therapeutic technique.

血管重建（remodeling）是心脑血管疾病共同的发病基础和基本的病理过程，深受力学因素影响，其机制尚需进一步探讨。本项目应用高血压、动脉粥样硬化和转基因动物模型、细胞力学加载、电生理、基因高通量分析、力学建模分析、分子生物学和蛋白质组学等技术方法，以"力－生物学效应－血管重建"为主题，开展心脑血管疾病血管重建的力学生物学研究，探讨G蛋白偶联受体激酶及转录调控网络、血管树突状细胞及局部免疫微环境、microRNAs和钙激活钾通道如何调控血管细胞的功能，在低应力或高张应变诱导血管重建中发挥作用及其机制；分析血管重建中内皮细胞微力学环境与细胞膜力学特性的多尺度关联。这些研究不仅对于揭示正常血液循环的生物力学机理，认识血管生长、衰老的自然规律，而且对于阐明心脑血管疾病的发病机理以及提供诊断、治疗的一些基本原理包括新型药物和新技术的研发都将有重要的理论和实际意义。

血管重建是心脑血管疾病共同的发病基础和基本的病理过程，深受力学因素影响，其机制尚需进一步探讨。本项目应用高血压、静脉移植、动脉粥样硬化和转基因动物模型、细胞力学加载、电生理、基因高通量分析、力学建模分析、组织学和细胞分子生物学等技术方法，以“力－生物学效应－血管重建”为主题，开展心脑血管疾病血管重建的力学生物学研究，探讨了细胞核骨架蛋白的应力响应及其对血管细胞功能调节机制；G蛋白偶联受体激酶及其相关转录调控网络在应力诱导血管重建中的作用及其机制；microRNAs的应力响应及其在血管平滑肌细胞增殖与迁移、内皮祖细胞分化中的作用及其机制；钙激活钾通道在张应变诱导血管平滑肌细胞表型转化中的作用及其机制；血管树突状细胞及其局部免疫微环境在低切应力诱导动脉粥样硬化中的作用；内皮细胞微力学环境与细胞膜力学特性的多尺度关联分析。这些研究不仅对于揭示正常血液循环的生物力学机理，认识血管生长、衰老的自然规律，而且对于阐明心脑血管疾病的发病机理以及提供诊断、治疗的一些基本原理包括新型药物和新技术的研发都将有重要的理论和实际意义。本项目在执行期内全面完成了研究计划，研究结果产出了92 篇学术论文,其中在PNAS、NSR、Cardiovasc Res、J Biomech和Ann Biomed Eng等国际重要学术期刊上发表论文29篇，在《力学进展》和《医用生物力学》等国内重要学术期刊上发表论文11篇；获中国国家发明专利授权1项；主编出版了专著《血管力学生物学》。项目组姜宗来教授获全国优秀科技工作者称号、当选美国生物与医学工程院会士（AIBME Fellow），齐颖新教授获国家杰出青年科学基金资助；毕业博士生10名、硕士生9名。主办了“第6届中美生物医学工程暨海内外生物力学研讨会”和“力学生物学高级讲习班”；参加了“第7届世界生物力学大会”和“第11届全国生物力学大会”等国际国内学术会议，做大会邀请报告10余次，博士生8人次获会议优秀论文奖；应邀在国内10余所院校讲学，介绍和交流了本项目的研究成果。