内皮细胞内皮祖细胞血管生成层流剪切应力振荡流内皮祖细胞剪切力流体剪切力循环内皮祖细胞流体剪切力细胞迁移细胞增殖

越来越多的证据表明，成人血管生成不仅是内皮细胞 (EC) 增殖的结果，而且与循环内皮祖细胞 (EPCs) 的新生血管功能有关。研究发现，至少有两种不同类型的 EPCs，早期 EPCs 和晚期 EPCs。缺血组织缺氧可促进晚期 EPCs 的增殖、迁移和粘附，提高管状细胞形成能力，增强 EPCs 相关血管生成，使情况恶化。

因此，更好地了解晚期 EPCs 衍生血管生成的机制，将为缺血性疾病的新治疗策略提供基础。剪切应力对 ECs 和 EPCs 的有益影响完全由层流剪切应力 (LSS)介导的，而不是流紊或振荡流。LSS 是调节 EPCs 功能的重要非药理学手段。然而，关于 LSS 对晚期 EPCs 及其新生血管能力的个体效应的研究还很有限。

肿瘤抑制基因磷酸酶与张力蛋白同源物 (PTEN) 是 PI3K/Akt/eNOS 通路的内源性抑制剂，是缺血部位新血管形成的主要决定因素，并已被证明与 ECs 和 EPCs 的血管生成功能有关。此外，PTEN/Akt 信号通路在细胞增殖和生长等多个生物学过程中发挥重要作用，并参与血管张力调节、血管生成、粘附控制、白细胞向血管壁募集等典型内皮功能。

另一项研究表明，通过选择性 PPAR δ 激动剂 GW501516 处理后，人 EPCs 中 GTP 环化水解酶 I (GTPCH I) 的表达和活性以及四氢生物蝶呤 (BH4) 的生物合成上调，PTEN 水平下调，从而增加 Akt 的磷酸化，导致 EPCs 的体内再生能力增强。

基于之前的研究，中山大学附属第一医院超声科、中南大学湘雅医院心血管内科、广东省医学科学院心血管病研究所等单位的专家学者进行了深入探索，该团队推测剪切应力也可能调节晚期 EPCs 中 PTEN/Akt 和 GTPCH/BH4 信号通路的表达，从而进一步增强其体外活性和体内血管生成能力。相关研究成果发表在 Stem Cells International 题为《Shear Stress Triggers Angiogenesis of Late Endothelial Progenitor Cells via the PTEN/Akt/GTPCH/BH4 Pathway》。

实验结果

1.层流剪切应力在体外增强晚期 EPCs 的功能

使用流室加载装置将 EPCs 暴露在层流剪切应力下。将接种的细胞分别暴露于 5、15 和 25 dyn/cm² 的层流剪切应力持续 15h 或暴露于 15 dyn/cm² 的层流剪切应力持续 5、10 和 15 小时。对照组的 EPCs 保持静止状态。

层流剪切应力后，EPCs 的迁移、增殖和管形成均呈剂量和时间依赖性增加。

2.层流剪切应力调控 EPCs 中 PTEN/Akt 和 GTPCH/BH4 通路

经层流剪切应力处理后，PTEN 表达水平降低，Akt 磷酸化水平升高，且呈剂量和时间依赖性。此外，GTPCH I 的表达以及晚期 EPCs 细胞内 BH4 和 NO 水平也响应层流剪切应力而呈剂量和时间依赖性增加。总的来说，这些数据表明 LSS 降低 PTEN 表达，诱导 Akt 磷酸化，随后诱导晚期 EPCs 中的 GTPCH/BH4 通路激活。

3.层流剪切应力触发晚期 EPCs 中 GTPCH/BH4 通路上游的 PTEN/Akt 激活

正如预期的那样，用 GTPCH I shRNA 预处理并没有阻止层流剪切应力诱导的 PTEN 表达降低和 Akt 磷酸化升高，并且抑制 Akt 磷酸化也没有改变 LSS 下 PTEN 的表达水平。

相比之下，shRNA 介导的 GTPCH I 敲低显著抑制了 LSS 诱导的 GTPCH I 表达，导致晚期 EPCs 中细胞内 BH4 和 NO 水平的降低。在用 Akt 磷酸化特异性抑制剂 LY 处理后观察到相同的效果。这些结果表明层流剪切应力通过抑制 PTEN 表达和诱导 Akt 磷酸化激活 GTPCH/BH4 通路。

4.PTEN/Akt/GTPCH/BH4 通路介导的剪切应力增强晚期 EPCs 的体外功能和体内血管生成能力

然后，实验评估了 PTEN/Akt/GTPCH/BH4 通路在 EPCs 功能中的作用。用 GTPCH I shRNA 或 LY 预处理减弱了层流剪切应力诱导的晚期 EPCs 的迁移、增殖和管形成活性。与体外结果一致，层流剪切应力显著改善了小鼠模型股动脉结扎后肢体缺血的功能恢复。此外，GTPCH I shRNA 或 LY 可阻断这种功能恢复。

最后，股动脉结扎后第 14 天腓肠肌 CD31 染色显示， LSS 显著增强小鼠缺血肢体的血管生成，这被 GTPCH I shRNA 或 LY 抑制。总的来说，这些结果证实 LSS 通过 PTEN/Akt/GTPCH/BH4 通路在体内和体外触发晚期 EPC 功能。

实验结论

总之，该研究首次证明剪切应力通过 PTEN/Akt/GTPCH/BH4 通路增强了晚期 EPCs 的体外功能和体内新生血管生成能力。这项研究为剪切应力对 EPC 介导的血管生成的保护作用提供了新的见解，表明剪切应力是缺血性疾病的重要非药物治疗策略。

参考文献：Wu SH, Zhang F, Yao S, Tang L, Zeng HT, Zhu LP, Yang Z. Shear Stress Triggers Angiogenesis of Late Endothelial Progenitor Cells via the PTEN/Akt/GTPCH/BH4 Pathway. Stem Cells Int. 2020 Apr 30;2020:5939530. doi: 10.1155/2020/5939530. PMID: 32399044; PMCID: PMC7210539.

原文链接：https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/32399044/

图片来源：所有实验过程图均来源于参考文献

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