基于荧光共振能量转移技术的扰动流影响内皮细胞连接重建的力学生物学研究

动脉粥样硬化常发生在血液为扰动流的动脉分叉或弯曲等处。扰动流切应力破坏内皮细胞连接，内膜通透性增大，进而影响动脉粥样硬化发生。但扰动流切应力破坏内皮细胞连接的力学生物学机理尚不清楚。传统实验技术又很难在活细胞动态观测切应力作用下细胞信号分子的实时变化。本项目拟采用血管内皮细胞流动腔模型，模拟扰动流切应力，结合荧光共振能量转移（FRET）新技术，在活细胞实时动态观察记录在扰动流切应力作用下内皮细胞连接的变化，以及在此过程中细胞骨架蛋白、Src及其相关信号分子的活性与空间分布变化；建立各种因素间的数学拟合模型；研究扰动流影响内皮细胞连接的力学信号传导途径，探讨血管活性物质介导血管重建的机制，为心血管疾病的发病机理和防治研究提供力学生物学依据。

为探讨扰动流作用下内皮细胞间连接的变化机制，本项目运用荧光共振能量转移(FRET)技术，采用改进的适合于显微镜直接动态观察的平行平板流动腔系统，使用经典阶梯法模拟扰动流流场，以定常层流作为对照，与美国伊利诺伊大学香槟分校(UIUC)生物工程系Yingxiao Wang教授合作，在转染了FRET生物探针的内皮细胞上系统研究了观察细胞内信号蛋白Src、Rac1活性随时间的动态变化，以及其在亚细胞水平的极性分布变化，并深入探讨了其细胞骨架与细胞膜流动性相关的信号转导机制；系统研究了高切应力下细胞内钙离子浓度的实时改变，探讨了不同时程的钙离子来源及相应的信号转导途径；并在此基础上，设计并研制了RhoGDIa的FRET生物探针，探讨其在扰动流作用下内皮细胞信号蛋白极性变化中的信号传递与调控作用。所取得的上述研究进展和成果对于了解正常血液循环的力学生物学机理，阐明动脉粥样硬化等心血管疾病的发病机制以及提供诊断、治疗的基本原理都有一定理论和实际应用意义，对于血管组织工程也有一定的理论指导与应用价值。