高拉伸诱导人隐静脉内皮细胞中伴随氧化应激和肌动蛋白重塑的内皮功能障碍

大隐静脉 (SVs) 在冠状动脉旁路移植术 (CABG) 中被广泛应用，用于缺血心脏的重建，因为其长度和易于通过手术获得，尽管与动脉导管相比，它们的通畅度较低。外科手术和术后药物治疗的改进降低了一些早期移植失败概率，但不良的长期结果仍然是一个关键问题，因为50-60% 的患者在10 年内就会出现静脉移植术失败。

SV 移植壁暴露于突然的血流动力学超负荷，必须进行重塑以发挥动脉的作用，这一过程称为动脉化，可稳定机械力并涉及肌肉细胞 (SMC) 增殖和细胞外基质产生。这种在不同血流动力学条件下的 SV 重塑能力得到了强调，这是因为动脉化是通过在动脉床中插入静脉段而诱导的，然后当血管回到静脉状态时进行反向重塑。问题在于，重塑过程可能会超过稳定机械力所需的能力，从而导致血管管腔狭窄和晚期移植的失败。

内皮细胞在血管稳态中起着重要的作用，内皮细胞功能障碍是心血管疾病中常见的重要潜在因素。 在 SV 移植中，剪切力和牵张力大大增加，从而引发细胞内下游信号改变内皮细胞 (EC) 功能。已有研究表明，剪应力的突然增加诱导炎性EC表型，并导致静脉移植失败。剪切应力对内皮细胞的影响已被广泛研究，而静脉EC中的拉伸效应尚不清楚。

事实上，周向拉伸是静脉移植疾病时内膜增生的一个关键因素。在静脉移植物处放置外部支架，可限制血管扩张，减轻内膜增生，防止血管细胞损伤，并抑制动脉应激引起的血管细胞黏附分子（VCAM）和ICAM1表达增强。值得注意的是，当剪切应力增加时，支架置入避免了静脉的周向拉伸，这表明SV移植物的内皮功能障碍更多地依赖于循环牵张力而不是剪切应力。然而，人隐静脉内皮细胞 (hSVEC) 表型循环拉伸增加的潜在细胞机制仍不清楚。

基于此，来自巴西圣保罗大学医学院心脏研究所、美国德克萨斯大学奥斯汀分校生物医学工程系的等多家高校专家团队进行了进一步的研究，于 Scientific Reports 上发表了题为《High stretch induces endothelial dysfunction accompanied by oxidative stress and actin remodeling in human saphenous vein endothelial cells》的最新论文。

在这里，实验使用不同水平的拉伸强度对hSVECs进行48小时的拉伸，以评估它是否以及如何引起内皮功能障碍。将100% 融合的细胞分别暴露于低 (2.5-5%) 或高 (12.5-15%) 水平的多向拉伸以模拟静脉或动脉状况。以1hz的加载频率进行机械加载，持续时间长达48小时。另外，在相同的培养皿和培养箱中培养不施加机械载荷的细胞作为对照组。数据表明，持续高牵张力 (HS) 可诱导活性氧 (ROS) 介导的内皮功能障碍和肌动蛋白丝重塑。

实验结果：

持续的高拉伸会导致内皮功能障碍

鉴于机械力对 EC 结构和功能的重要影响，将 hSVECs 暴露于低拉伸（LS，静脉）和高拉伸（HS，动脉）条件下，以模拟静脉动脉化过程中突然的血流动力学应力。

与静态对照相比，HS在48 h降低了 NO 释放，而LS没有引起变化。内皮细胞通过血流动力学力量 (流量和循环应变) 调节NO的合成和释放来调节血管张力和血流，而HS 诱导NO的减少表明了内皮细胞的功能障碍。事实上，实验观察到炎症标记物 E-selectin 和 VCAM1 的表面表达增加，以及持续施加 HS 后单核细胞的粘附增强进一步证实了内皮功能障碍的表型。

由于持续的 HS 导致内皮功能障碍，实验测试了它是否也会诱导间充质表型。结果显示，HS未能诱导hSVECs 中EndMT。与此相反，实验观察到拉伸48小时后F-肌动蛋白染色减少。鉴于肌动蛋白细胞骨架对 EC 结构和功能的关键影响，研究人员进一步研究了 HS 对 F-肌动蛋白模式和 EC 功能障碍的影响。

HS 重塑静脉 ECs 中的肌动蛋白丝，但不重塑动脉ECs

在 LS 下培养的 hSVECs 显示与静态条件相似的皮质F-肌动蛋白的模式和强度。相比之下，24 小时 HS 导致肌动蛋白应力纤维的显著形成，48 小时后 F-肌动蛋白染色明显减少。z-stack 切片的3D重建证实了整个细胞中F-肌动蛋白体积的减少。这种现象是可逆的，细胞在静态条件下放置24小时后，肌动蛋白应力纤维将会重新出现。F-肌动蛋白减少仅在 hSVECs 中观察到；无论拉伸条件如何，人主动脉内皮细胞（HAECs ）均未显示肌动蛋白纤维结构的变化。

HS 增加氧化应激、NAC 治疗减少拉伸诱导的内皮功能障碍

众所周知，病理性机械拉伸可诱导体外培养的内皮细胞中过量的ROS。因此，实验观察到 HS 处理48 小时后 hSVECs 中细胞内和线粒体的 ROS 总量增加。实验假设 HS 诱导的 ROS 是与细胞骨架重塑和内皮功能障碍相关的潜在机制之一。实验人员通过用抗氧化剂 NAC 处理细胞来测试这个想法，并观察到 HS 诱导的细胞骨架肌动蛋白解聚减少。另外，在hSVECs中，拉伸诱导的炎症标志物E-Selectin 和VCAM的增加也由NAC减弱。这些数据与 ROS 在 HS 引起的隐静脉内皮细胞功能障碍中起重要作用的观点一致。

实验结论：

最终实验结果表明，体外 HS 降低了 NO 生物利用度，增加了炎症粘附分子（E-选择素和 VCAM1）的表达和 THP-1 细胞的粘附。HS 降低 hSVECs 中的 F-肌动蛋白，但不会降低人动脉内皮细胞中的 F-肌动蛋白，并且伴随着 G-肌动蛋白和肌动蛋白素的核穿梭以及活性氧 (ROS) 的增加。用抗氧化剂 N-乙酰半胱氨酸 (NAC) 进行预处理支持这一观察结果，并减少了拉伸诱导的肌动蛋白重塑和炎症粘附分子的表达。

总之，实验提供的证据表明氧化应激的增加和肌动蛋白细胞骨架重塑在 HS 诱导的隐静脉内皮细胞功能障碍中起作用。人们很容易推测，所描述的这种内皮功能障碍和细胞适应模式会导致大隐静脉移植失败。

参考文献：Girão-Silva T, Fonseca-Alaniz MH, Ribeiro-Silva JC, Lee J, Patil NP, Dallan LA, Baker AB, Harmsen MC, Krieger JE, Miyakawa AA. High stretch induces endothelial dysfunction accompanied by oxidative stress and actin remodeling in human saphenous vein endothelial cells. Sci Rep. 2021 Jun 29;11(1):13493. doi: 10.1038/s41598-021-93081-3. PMID: 34188159; PMCID: PMC8242094.

原文链接：https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/34188159/

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