基于拉伸作用诱导血管内皮细胞炎症反应的血管早期病变过程研究

In this project, constructing two different strain profiles to simulate heterogeneous and homogenous cell stretching behaviors at bending and straight blood vessel, respectively, acts as a starting point. Based on the stretch-induced inflammatory reaction of vascular endothelial cells, the variation of inflammation related cytokines will be investigated. With the establishment of vascular endothelial cells, smooth muscle cells and fibroblasts in co-culture system and the introduction of related immune cells (monocytes, neutrophils, and lymphocytes), the physiological environment of blood vessel is to be simulated, in which the early critical events of vascular lesions are planned to take place, such as foam cell formation (atherosclerosis) and SMC proliferation and apoptosis (aneurysm). It is anticipated that our investigation on the key factors of vascular diseases process can provide important basis for prevention and treatment of vascular diseases.

本项目以构建类似血管弯曲部位的非均一性拉伸环境和平直区域的均一性拉伸环境为出发点，诱导血管内皮细胞的炎症反应，分析炎症反应相关细胞因子的相互作用。通过建立血管内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞共培养体系，引入相关免疫细胞（单核细胞、中性粒细胞、淋巴细胞），模拟人体血管生理环境，诱导血管病变的早期关键事件：包括动脉粥样硬化中的泡沫细胞形成与动脉瘤中的平滑肌细胞增生与凋亡。探讨血管病变发生过程的关键因素，为血管疾病的防治提供重要依据。

心血管类疾病是威胁人体健康的主要疾病，涉及动脉粥样硬化、血管支架术后再狭窄问题、和动脉瘤和夹层等。目前有关这些病变发生的细胞内的分子机制有了一定的了解，但是许多未知领域需要深入研究。开展相关细胞生物学研究对防治血管病理性改变和发现有效治疗药物具有重要意义。正常生理条件下，血液从心脏中周期性射出，在大动脉、主动脉、及动脉分支承受较大的流体剪切应力和血压引起的管壁扩张。常规的静态细胞培养方法是不能提供生理环境下的力学环境，虽然也有一些商品化的细胞拉伸培养装置，但是仪器和专用耗材价格不菲，不利于推广使用。我们课题组基于不断成熟的微流控技术，自主设计制造一种可拉伸的微流控芯片细胞拉伸装置，提供不同取向的拉伸力分布，模拟血管内部不均匀扩张部位的力学环境，开展了拉伸力影响血管内皮细胞和平滑肌细胞的研究，分析拉伸大小与细胞损伤的关系。此外依靠该装置建立了一种新型的体外泡沫细胞形成的模型，其特点是在模拟体内血管环境，其包含多种因素诸如血管壁拉伸力、低密度脂蛋白、内皮细胞、平滑肌细胞、单核细胞），施加15%的拉伸力和25微克每毫升的低密度脂蛋白诱导体外泡沫细胞的形成。本项目的研究结果表明：拉伸力大小和分布对内皮细胞的影响不同，幅度较大和分布不均匀的拉伸显著引起细胞分泌促炎因子，并激发细胞内自由基水平升高；多取向的拉伸对内皮细胞损伤程度一般要高于单一取向的拉伸，该结论可以用来解释动脉粥样硬化易发于血管分支处和弯曲部位的现象；以阿托伐他仃为例，验证体外泡沫细胞形成模型的筛选药物的功能，该药物作为胆固醇合成酶抑制剂，还具有调节氧化低密度脂蛋白的清除受体SR-A1、CD36、LOX-1和胆固醇外排转运体的表达作用，并降低细胞内自由基水平，表现明显抑制体外泡沫细胞的形成。通过本项目的研究，我们提出了一种新的细胞拉伸作用装置，用来研究机械拉伸力对血管细胞的影响和建立一种新的体外泡沫细胞形成模型，为抗动脉粥样硬化药物研究提供一个新的筛选平台。