流型对动脉血管的基底膜基质表达和装配的影响机制研究

The composition and assembly of basement membrane are essential for morphology and function of arterial endothelial cell, and play an important role in artery diseases. The rationale and mechanism of the asymmetric expression and assembly of basement membrane matrix in different vascular disease such as atherosclerosis and diabetic vascular complications, or in different phases and lesion locations of a disease remained elusive. In this study we use a physiological pulsatile flow bioreactor to investigate effects and mechanism of different flow patterns, including physiological pulsatile flow from healthy and pathologic carotid artery, on composition and assembly of basement membrane such as laminin (Ln), fibronectin (Fn), and collagen IV (Col IV). The aim of this project is to verify our hypothesis that flow patterns may modulate Ln, Fn, and Col IV expression and assembly through the Integrin β1-FAK-Rho GTPase pathway, and the Rho GTPase proteins (RhoA、Rac1 and Cdc42) may play distinct role in the regulation. In addition, the physiological pulsatile flow pattern will be used in this study to overcome the drawback of the current flow patterns used in in vitro study which are obviously different from blood flow patterns in vivo, in order to obtain results corresponding to the circumstances occurring in a living artery. Our work will be meaningful to indepth understanding of the flow- pattern-induced vascular pathological phenomena and provide new insight and new therapeutic strategies for vascular disease.

动脉血管中基底膜基质的组成和装配对维持内皮细胞形态和功能极其重要，与血管疾病密切相关。动脉粥样硬化、糖尿病血管并发症等不同血管疾病，甚至同一种血管疾病的不同病程和不同病灶部位，基底膜组成和装配有显著差异，但原因和机制尚不清楚。本项目模拟生理和病理状态的颈动脉脉搏波，从Fn、Ln和ColIV表达和装配的角度研究流型对人主动脉内皮细胞（HAEC）表达和装配基底膜基质的影响及机制，验证我们的科学假设：血流流型被整合素β1感受并通过整合素β1-FAK-RhoGTPase 途径调控内皮细胞表达和装配基底膜基质，RhoA、Rac1和cdc42分别调控Fn、Ln和ColIV的表达和装配。在研究方法上引入近生理脉动流，以期解决现有实验流型与体内动脉血流流型差异大的问题，获得更接近体内的实验结果。本项目有助于探明流型对基底膜组成和装配的影响及分子机制，揭示流型致血管疾病的发病机理，为血管疾病防治提供新思路。

动脉血管中基底膜基质的组成和装配对维持内皮细胞形态和功能极其重要，与血管疾病密切相关。动脉粥样硬化、糖尿病血管并发症等不同血管疾病，甚至同一种血管疾病的不同病程和不同病灶部位，基底膜组成和装配有显著差异，但原因和机制尚不清楚。本项目模拟生理和病理状态的颈动脉脉搏波，研究流型对内皮细胞表达和装配基底膜基质的影响及机制。本项目分析了生理病理状态的人颈动脉局部血流动力学环境，发现在一个心动周期内，动脉轴向和横截面方向均不对称斑块（ELAP）顶部受到的壁面剪切应力是动脉轴向不对称而横截面方向对称斑块（EP）的8.6倍，是动脉轴向对称斑块（CP）的1.9倍，ELAP局部的剪切力非均匀分布情况更严重，提示了斑块轴向不对称几何特性在斑块发生发展中的重要作用，将其引入斑块发生发展的预测与评估指标十分必要。建立了生理病理状态颈动脉粥样硬化体外实验模型，模拟生理和病理状态的颈动脉脉搏波。建立了细胞外基质Fn和细胞骨架F-actin的定量分析新方法，该方法能够提取到现有方法所提取不到的Fn和F-actin的边缘细节，无论高对比度图像还是低对比度图像都有很好的识别效果。研究了流型对血管内皮细胞表达和装配基底膜基质的影响，初步探索了其影响机制，发现近生理脉动流（PPF）作用下整合素β1、FAK、RhoA表达高于其他流型，F-actin和Fn纤维沿流动方向排列的程度显著高于定常流（SLF）和正弦脉动流（SF）组、EC的形态和排列也更接近体内的情况，PPF更有利于调控内皮细胞，使其具有更近似于体内的功能，并且发现不同流型作用下F-actin和Fn的分布和排列重构表现出协调一致的特性。本项目研究结果提示流型影响整合素β1-FAK-RhoGTPase 途径信号分子表达、细胞骨架F-actin和细胞外基质Fn的重构，从而影响内皮细胞的功能，对探明流型对基底膜组成和装配的影响及分子机制，揭示流型致血管疾病的发病机理有意义，为血管疾病防治提供新思路。