E-选择素和基底硬度调控中性粒细胞跨内皮迁移的力学-生物学耦合机制

Cardiovascular diseases, including atherosclerosis, represent major health problems in the human population and are caused primarily by chronic vascular inflammation. This inflammation is characterized by an increased influx of activated leukocytes, which is stimulated by stiffening of the vascular wall. But the mechanism regulating increased transmigration of neutrophil remains unclear. Upon leukocytes transmigration, it becomes increasingly evident that ECs are not only a physical barrier but that they actively support leukocytes during transmigration. One major feature of this active support is the remodeling of the endothelial actin cytoskeleton to allow for the morphological changes that enable leukocyte transmigration. And the actin dynamics are regulated possible by biological, biochemical and biomechanical environment. However, most studies focused on ICAM-1-Beta2 integrin interactions and subsequent signaling mechanisms. Few studies highlighted the importance of E-selectin and vascular stiffness on endothelial actin remodeling for leukocyte transmigration..Here, using a multidisciplinary approach, we explore the role and the underlying mechano-biological mechanisms of E-selectin and stiffness regulating PMN migration through the vascular endothelium. The study has significance for understanding the occurrence and development of cardiovascular diseases, and holds potential to intervene for prevention or attenuation of cardiovascular disease progress.

心血管疾病包括动脉粥样硬化通常是由慢性血管炎症导致的，炎症反应贯穿于动脉粥样硬化发生和发展的整个过程。斑块能增加中性粒细胞的跨膜迁移。内皮细胞虽然是生理上的屏障，但是在和白细胞相互作用中，也通过自身细胞骨架的动态重建积极地调控白细胞跨膜迁移，而且这种调控依赖于各种生物、化学和力学环境。.本项目以血管稳态及重建为切入点，以白细胞-内皮细胞相互作用为生物学体系，采用先进的生物力学、生物材料和活细胞成像技术，着眼于动脉粥样硬化中内皮细胞微丝骨架动态重组对中性粒细胞跨膜迁移的影响，研究E-选择素和基底硬度调控中性粒细胞跨内皮迁移的力学-生物学耦合机制，深化对心血管疾病发生发展机制（尤其是动脉粥样硬化）的认识，寻找动脉粥样硬化中导致PMN过度募集的药物靶标。

心血管疾病包括动脉粥样硬化通常是由慢性血管炎症导致的，炎症反应贯穿于动脉粥样硬化发生和发展的整个过程。斑块能改变血管生理物理环境从而增加中性粒细胞和单核细胞的跨内皮迁移迁移从而加速动脉粥样硬化发展的进程。本项目中，我们进行了一系列的研究探讨E-selectin, beta2整合素的协同作用对动脉粥样硬化中中性粒细胞跨内皮迁移的影响。.首先，我们建立了中性粒细胞跨内皮迁移的体外模型，研究了E选择素干扰对中性粒细胞跨内皮迁移的影响。采用干扰RNA对内皮细胞HUVECs的E-selectin进行干扰，实时动态记录E-selectin干扰对PMN跨膜迁移的影响，发现E-selectin干扰增加了白细胞跨膜迁移。进一步采用破坏内皮细胞骨架的cytochalasin D、Src激酶抑制剂PP1等小分子抑制剂处理E-选择素干扰的内皮细胞，结果显示E-选择素通过Src信号通路调控微丝蛋白重组从而影响白细胞跨内皮迁移。.我们也研究了P-和E-选择素对中性粒细胞跨膜迁移动力学的影响，发现P-、E-选择素通过激活beta2整合素介导中性粒细胞跨内皮迁移，其中P-、E-选择素与PSGL-1的结合起主导作用并能激活中性粒细胞较快启动跨膜迁移，而E-选择素与CD44的结合起辅助补充的作用。.另外，开展了动脉粥样硬化中中性粒细胞促进单核细胞募集的力-生物学耦合机制的研究，发现在流体剪切下和模拟动脉粥样硬化血管不同硬度的基底上，鼠的中性粒细胞在爬行（Crawling）过程中会留下很长的拖尾（Trail）结构，而且拖尾的长度、面积是随着基底硬度和流体剪切的增加而增加的；拖尾的形成减慢了中性粒细胞爬行的速度，并增加了单核细胞在基底上的粘附和迁移。抗体阻断实验进一步验证了单核细胞上的ICAM-1通过与中性粒细胞遗留在基底上的拖尾（trail）结构上的beta2整合素结合增加单核细胞的粘附和募集；另外，beta2整合素下游的kindlin-2可以通过募集paxillin和Arp2/3来促进拖尾结构的形成。.目将对深入了解心血管活动和疾病发生（特别是动脉粥样硬化）的本质，寻找到动脉粥样硬化中导致PMN过度募集的药物靶标具有重要的科学意义和潜在的应用前景。