淋巴管内皮细胞的机械感觉和机械转导是淋巴管发育和功能的重要调节因子

哺乳动物的循环系统主要由心血管系统和淋巴系统共同组成。两种血管系统都由内皮细胞 （ECs） 组成，内皮细胞在某些血管床中被平滑肌细胞、周细胞和基底膜包围。与血液直接接触的内皮细胞被称为血管内皮细胞（BEC），而与淋巴直接接触的内皮细胞被称为淋巴管内皮细胞（LEC）。淋巴系统在维持体内液体平衡、细胞摄取和运输以及营养物质的吸收和转运方面发挥着重要作用，同时，淋巴系统还是免疫系统的重要组成部分。重要的是，最近的研究揭示了器官特异性淋巴管功能在心血管疾病、肥胖或影响中枢神经系统的疾病等多种疾病中的重要性。

已经证明，机械力有助于内皮细胞的命运决定，并通过促进淋巴网络的发芽、发育、成熟以及协调淋巴管瓣形态发生和淋巴管瓣的稳定，在影响淋巴管内皮细胞的形状和排列方面发挥关键作用。然而，这些过程中涉及的机械信号传导和机械转导途径知之甚少。

因此，在匈牙利塞梅维什大学医学院生理学系课题组的一项研究综述中，概述了机械力对淋巴管的影响，并总结了目前对淋巴管内皮细胞机械感觉和机械转导所涉及的分子机制的理解。相关内容发表在 International Journal of Molecular Sciences 期刊题为“Mechanosensation and Mechanotransduction by Lymphatic Endothelial Cells Act as Important Regulators of Lymphatic Development and Function”。

先前的体外实验表明，LECs和BECs对相同的机械应力条件的反应不同。低于 4 dynes/cm² 的平面剪切力，LECs和BECs均呈平行于流动方向伸长，而在平均速度为10 μm/s的间隙流下，LECs形成大液泡并表现出长树枝状延伸，而BECs则形成分支、流线型结构。另一项体外研究表明，虽然在4 dynes/cm²的层流剪切应力下，LECs变得细长并与流动方向对齐，但在4 dynes/cm²，¼ Hz 的振荡剪切应力（OSS）下，LECs更趋于立方形，并且其排列对流动方向的依赖性较小。

体外研究表明，平均速度为4.2 μm/s的缓慢间隙流通过提高基质结合生长因子对细胞的可利用性，与分子因子协同作用，促进血管和淋巴管的生长。同样，在3D体外模型中已证明，平均速度为1 μm/s的间隙流可增强促淋巴管生成分子因子的作用，并确定淋巴管发芽的方向。

根据这些结果，流动特性影响LECs的形状，排列和发芽，这些发现表明流体压力和流动产生的机械力可能在淋巴管的发育和功能中起关键作用。

人体淋巴系统的发育开始于怀孕40周左右的第6周至第7周。血管内皮细胞以出芽的方式分化形成淋巴内皮细胞。同源转录因子1（PROX1）阳性的静脉内皮细胞在血管内皮生长因子受体3（VEGFR-3）介导的血管内皮生长因子C（VEGF-C）信号的作用下出芽、迁徙，这些最初的淋巴内皮细胞聚集形成初级淋巴管，即淋巴囊。淋巴管的进一步发育和成熟以器官特异性的时间和方式进行。在这些过程中，未成熟的前淋巴丛相互连接，形成额外的淋巴管，未成熟的前淋巴管经历结构重塑，最终形成初始的毛细淋巴管和集合淋巴管。

血管系统和淋巴管系统在颈静脉区域相连，锁骨下静脉与颈内静脉交角处，左侧接受胸导管，右侧有右淋巴导管注入。胸导管通过淋巴静脉瓣膜（lymphovenous valve，LVV）将淋巴液返回血液循环并防止静脉血液回流进入胸导管。血流产生的机械力和参与淋巴静脉瓣膜形成的分子因子，如FOXC2、GATA2、PROX1、整合素α9、连接蛋白和Wnt/ß-catenin信号传导，均有助于LVV的形态发生。

研究证实，OSS（4 dynes/cm²，¼Hz或平均0.67 dynes/cm²，最大值为3.25 dynes/cm²，最小值为 -1.25 dynes/cm²，1Hz）上调转录因子FOXC2、GATA2及其下游分子因子，如连接蛋白37、整合素α9、ephrin B2、neuropilin 1和KLF-2 的表达，这可能是以VE-cadherin/Wnt/ß-catenin依赖性的方式。

图1 淋巴系统中的流动模式。
（A）即使在建立腔内瓣膜之前，分支中的LECs也暴露于具有较高剪切应力的扰动流模式中。（B）成熟的集合淋巴管的淋巴瓣膜处的流动受到干扰。淋巴瓣周围的瓣膜形成 LECs 和管腔 LECs 也暴露于扰动的流动中，而分支、瓣膜和曲率以外的其他部位的 LECs 暴露于更多的层流中。

最近的研究表明，YAP/TAZ信号在LECs中流动依赖的基因转录调节中起作用。转录因子TAZ在形成LECs的淋巴瓣中表达，体外数据表明4 dynes/cm²，¼ Hz OSS 可增强YAP和TAZ的核易位，这是它们调节基因转录功能所必需的。这暗示了受局部剪切应力特征和分子因子影响的YAP/TAZ信号传导可能在协调淋巴瓣形成和管腔LECs的空间基因表达模式中起核心作用。

这些剪切应力诱导的转录因子的激活需要调节基因表达和细胞功能的机械感觉机制。研究揭示了PIEZO1介导的机械转导在淋巴瓣发育和维护中的作用。在人类中，PIEZO1基因功能突变缺失或丧失可引起遗传性淋巴水肿，这是淋巴管发育程序缺陷的结果。重要的是，PIEZO1并不是唯一被认为影响淋巴管成熟的机械敏感离子通道。钙释放激活钙通道蛋白1（ORAI1）是钙释放激活钙离子通道（CRAC）通道的亚基，在LECs中被剪切应力激活并介导Ca²⁺ 内流。层流诱导LECs中KLF-2和KLF-4的ORAI1依赖性上调，促进VEGF-C表达，以及其他有助于细胞周期进程的分子因素。除了在淋巴管发育中的作用外，CRAC通道还被提出介导淋巴屏障功能的 Ca²⁺ 依赖性调节。

细胞内 Ca²⁺ 与KLF-2和PROX1共同作用，被认为在剪切应力诱导的淋巴发芽和发育中起核心作用。然而，体外数据表明，OSS（平均0.67 dynes/cm²，最大 3.25 dynes/cm² 和最小 -1.25 dynes/cm²，1 Hz）诱导KLF-2的表达，但不诱导PROX1的表达，这进一步支持KLF-2在淋巴剪切应力诱导的信号转导中的作用。

PECAM、VE-钙粘蛋白、VEGFR-2和VEGFR-3在ECs中形成机械感觉复合物，被认为通过激活磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）/Akt通路和以血流依赖的方式重塑细胞骨架，促进细胞增殖。

PECAM被证明在淋巴管胚胎成熟期间的淋巴机械感觉和瓣膜形成中发挥作用，因为PECAM缺失的小鼠胚胎显示出淋巴重塑缺陷，而LEC-特异性条件缺失VE-钙粘蛋白也导致小鼠淋巴瓣缺陷。此外，VEGFR-2已被证明在LECs上表达，并被认为在淋巴发育程序和成人淋巴管生成中支持VEGFR-3信号。体外结果表明，VEGFR-3在BECs上的表达取决于流体剪切应力特性。重要的是，在成熟的淋巴网络中，暴露于不同局部流动特征的LECs之间的VEGFR-3表达也不同。这表明，VEGFR-3在EC中的表达至少部分受到剪切应力诱导机制的调节。

尽管PECAM-VE-钙粘蛋白-VEGFR-2/3机械感受器复合物已在BECs中进行了研究，但结果表明PECAM 和VE-钙粘蛋白参与淋巴瓣形成和淋巴重塑，结合VEGFR-3在淋巴发育中的已知功能，表明这些分子因子也可能有助于LECs中的这些机械力依赖性过程。

图2 目前已知的LECs机械感觉和机械转导分子途径的示意图概述。线条表示分子之间的直接联系，如转录调节、复合体形成、直接激活或失活。虚线表示间接连接。虚线表示假定的或仍然不明确的联系。

综上所述，该综述所提出的研究结果支持流动诱导的机械力动力学在EC命运的确定和维持中起着关键作用；调节LECs的形状、排列和淋巴网络的成熟；促进淋巴发芽和发育；并协调淋巴瓣膜和淋巴静脉瓣膜的形态形成和维持。由于大多数这些分子因子被认为至少部分地受到血流诱导的机械力的调节，这些数据强调了淋巴血流诱导的分子途径可能的临床相关性。尽管最近在理解LECs的机械感觉和机械转导机制方面取得了重要进展（图2），但这些过程的分子背景仍然还需进一步探索。

参考文献：Bálint L, Jakus Z. Mechanosensation and Mechanotransduction by Lymphatic Endothelial Cells Act as Important Regulators of Lymphatic Development and Function. Int J Mol Sci. 2021 Apr 12;22(8):3955. doi: 10.3390/ijms22083955. PMID: 33921229;PMCID: PMC8070425.
原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33921229/

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