動(dòng)脈粥樣硬化及其并發(fā)癥，如冠狀動(dòng)脈疾病、腦血管疾病和外周動(dòng)脈疾病及其急性并發(fā)癥，是目前我國(guó)發(fā)病和死亡的主要原因。已經(jīng)描述了許多危險(xiǎn)因素，傳統(tǒng)的危險(xiǎn)因素包括吸煙、糖尿病、高膽固醇血癥、動(dòng)脈高血壓、肥胖等。然而，血流動(dòng)力學(xué)因素也在斑塊的形成或破裂中起重要作用。這些包括切向應(yīng)力（動(dòng)脈血壓）、脈動(dòng)心臟輸出的周期性拉伸和壁剪切應(yīng)力（WSS）。在捷克共和國(guó)查理大學(xué)第一醫(yī)學(xué)院、拉貝河畔烏斯季揚(yáng)·埃萬(wàn)蓋利斯塔·普爾基涅大學(xué)的一項(xiàng)研究中，討論了WSS在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生中的作用，以及WSS評(píng)估的可能性。

由于流體流動(dòng)和兩個(gè)相鄰層具有不同的速度，因此在該界面處會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力。剪切應(yīng)力取決于這些層之間的速度梯度和液體的粘度。同樣，流動(dòng)的液體（血液）和血管壁之間存在速度梯度。為了描述這種相互作用，使用了壁剪切應(yīng)力（WSS）的概念。WSS 定義為流體在壁面上切向施加的剪切應(yīng)力。WSS 決定了流體與管壁之間的相互作用程度。對(duì)于簡(jiǎn)化的 WSS 評(píng)估，使用以下公式：WSS = （4 μ.v）/r 。其中μ是粘度，v = 速度，r = 動(dòng)脈半徑。

如果我們關(guān)注對(duì)稱性狹窄（例如由于對(duì)稱性動(dòng)脈粥樣硬化斑塊）中的WSS，血流可以分為4個(gè)部分：（1）入口，（2）節(jié)流或狹窄，（3）血流分離（肩部遠(yuǎn)端斑塊）和（4）出口。（圖1）

圖1   沿對(duì)稱狹窄的壁面剪切應(yīng)力示意圖。

（1）入口部分，其中流動(dòng)的性質(zhì)和剪切應(yīng)力由邊界條件決定。（2）接下來(lái)是收縮部分，其中速度曲線由于加速度而變平。在這個(gè)區(qū)域，速度剖面幾乎可以像活塞一樣，并且由于壁面附近的速度梯度大，壁上的剪切應(yīng)力值相對(duì)較高。（3）在收縮之外，可以看到加速的平均流，由于粘性力而逐漸減慢，其面積擴(kuò)大到重新附著在壁上的點(diǎn)。該截面中的壁剪切應(yīng)力由分離區(qū)域的大小和其中流動(dòng)的性質(zhì)決定。然而，一般來(lái)說(shuō)，與喉部中的流動(dòng)相比，剪切應(yīng)力顯著降低，并且反向和不穩(wěn)定的流動(dòng)導(dǎo)致應(yīng)力變?yōu)樨?fù)的和振蕩的。（4）在出口部分，剪切應(yīng)力在流體重新附著后恢復(fù)為正值。

在循環(huán)中，內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）暴露于由血流引起的WSS。血流的局部模式?jīng)Q定了WSS的特征，即其強(qiáng)度、方向、脈動(dòng)性和規(guī)律性，這些特征由內(nèi)皮細(xì)胞感知。EC對(duì)WSS的敏感性涉及血管發(fā)育和生理過(guò)程，例如發(fā)育血管形成過(guò)程中的血管結(jié)構(gòu)模式、血管反應(yīng)性和血管重塑。WSS 影響內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)、內(nèi)膜增殖、分化、代謝和通訊。在健康條件下，內(nèi)皮代謝活性高，有絲分裂穩(wěn)定。

在沒(méi)有嚴(yán)重動(dòng)脈粥樣硬化危險(xiǎn)因素的健康兒童中，動(dòng)脈相對(duì)筆直，動(dòng)脈壁薄，內(nèi)皮層功能完整，分叉往往具有與最小能量損失相關(guān)的銳角。與衰老相關(guān)的動(dòng)脈壁結(jié)構(gòu)改變包括組織學(xué)改變（彈性蛋白減少、膠原蛋白增加、動(dòng)脈粥樣硬化和內(nèi)側(cè)鈣質(zhì)沉著）以及動(dòng)脈擴(kuò)張和延長(zhǎng)。隨著年齡的增長(zhǎng)和各種疾病，動(dòng)脈不僅擴(kuò)張而且拉長(zhǎng)。只要成年人體不生長(zhǎng)，動(dòng)脈就沒(méi)有伸長(zhǎng)的空間。因此，各種拱形、彎曲、扭結(jié)或卷曲發(fā)展，分叉角度變得更加像鈍角。這些變化導(dǎo)致相當(dāng)大的血流改變（湍流而不是層流），從而導(dǎo)致了易發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化的WSS紊亂。

研究表明，可能有數(shù)十種蛋白質(zhì)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)參與感知和機(jī)械傳遞（將機(jī)械力轉(zhuǎn)化為生化過(guò)程和信號(hào)通路的過(guò)程），而不是一個(gè)特定的分子作為WSS受體。

目前提出了幾種分子來(lái)發(fā)揮機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)的功能：初級(jí)纖毛、整合素、糖萼和離子通道。例如，內(nèi)皮細(xì)胞連接復(fù)合物中的一種蛋白質(zhì)稱為PECAM-1（血小板內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子-1）一直是多項(xiàng)研究的主題。PECAM-1張力增加會(huì)觸發(fā)激酶，并通過(guò)磷酸化激活血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體，后者在血管生成中起重要作用。另一種可能的WSS感知方法已被推廣，它基于張拉整體的原理。這種觀點(diǎn)關(guān)注細(xì)胞的微結(jié)構(gòu)，主要是細(xì)胞骨架，是主要的傳感器。通過(guò)張力，人們可以看到細(xì)胞的形狀是作用在不同方向的拉力之間精細(xì)平衡的凈結(jié)果。當(dāng)有力從外部推動(dòng)時(shí)，細(xì)胞骨架會(huì)感應(yīng)到變形，并觸發(fā)生化過(guò)程。

在直動(dòng)脈段中，血流呈層流狀，WSS 值在生理上保持在 10–50 dyne/cm2 的狹窄范圍內(nèi)。當(dāng)血流需求增加時(shí)，例如在步行、慢跑等過(guò)程中，下肢的外周動(dòng)脈阻力（小動(dòng)脈張力）降低，而流速和容量增加。速度的提高意味著更高的 WSS。這被ECs檢測(cè)到，并釋放更多的一氧化氮以擴(kuò)大供血?jiǎng)用}的直徑，并使WSS正常化。然而，這種理想的機(jī)制在具有相對(duì)固定幾何形狀的動(dòng)脈段中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，例如在分叉的外壁（圖2）或沿主動(dòng)脈弓的內(nèi)壁，其中血流比沿外壁慢。事實(shí)上，這些部位最常受到動(dòng)脈粥樣硬化的影響。內(nèi)皮細(xì)胞傾向于與壁剪切應(yīng)力對(duì)齊：壁剪切應(yīng)力越高，細(xì)胞越細(xì)長(zhǎng)，反之亦然。在狹窄的動(dòng)脈段中，內(nèi)皮細(xì)胞在分離區(qū)失去其細(xì)長(zhǎng)的形狀（圖1）。頸內(nèi)動(dòng)脈最近端具有高度神經(jīng)支配的擴(kuò)張，稱為頸動(dòng)脈竇，也是斑塊的常見(jiàn)部位。在頸動(dòng)脈竇中，動(dòng)脈內(nèi)徑突然變寬，無(wú)法流動(dòng)，出現(xiàn)所謂的流動(dòng)逆轉(zhuǎn)模式，并可通過(guò)雙多普勒超聲顯示（圖2），甚至可以定量。

然而，與健康對(duì)照組相比，直動(dòng)脈段的WSS在各種疾病狀態(tài)（如2型糖尿病和終末期腎?。┲幸查L(zhǎng)期較低。更重要的是，較低的頸總動(dòng)脈WSS與較高的內(nèi)膜-中膜厚度、更多的頸動(dòng)脈分叉斑塊有關(guān)，但也與老年受試者的腦白質(zhì)高信號(hào)和認(rèn)知障礙有關(guān)。同樣，低振蕩WSS區(qū)域首先受到冠狀動(dòng)脈壁增厚的影響。

圖2   頸動(dòng)脈分叉時(shí)血流逆轉(zhuǎn)。

頸動(dòng)脈分叉縱切面在B模式（左）和彩色多普勒?qǐng)D（右）的圖像。頸內(nèi)動(dòng)脈從擴(kuò)張的部分（球狀或竇）開(kāi)始。在收縮期，直線段的血流加速，但在頸動(dòng)脈竇（藍(lán)色區(qū)域）發(fā)生血流逆轉(zhuǎn)。頸動(dòng)脈竇中的低振蕩WSS是動(dòng)脈粥樣硬化斑塊早期發(fā)展的原因。

WSS高的區(qū)域包括動(dòng)脈狹窄（圖1），嚴(yán)重主動(dòng)脈瓣狹窄時(shí)的升主動(dòng)脈，以及動(dòng)靜脈瘺或畸形的供血?jiǎng)用}。在狹窄段中，狹窄部分之后是流動(dòng)分離區(qū)域，其中WSS變低并具有振蕩矢量。

長(zhǎng)期高WSS的影響既是機(jī)械的，也是生化的。機(jī)械作用包括內(nèi)皮細(xì)胞剝蝕、纖維帽變薄、斑塊出血和鈣化，但當(dāng)斑塊不是圓形時(shí)，還包括管腔擴(kuò)張。對(duì)體液的影響包括增加一氧化氮的產(chǎn)生，但也包括生長(zhǎng)因子的產(chǎn)生和血管性血友病因子的激活等。換句話說(shuō)，長(zhǎng)期較高的WSS會(huì)導(dǎo)致斑塊不穩(wěn)定和破裂。

WSS變化與危險(xiǎn)因素一起在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。具有長(zhǎng)期低WSS的動(dòng)脈部位由于其幾何形狀和管壁變化而無(wú)法通過(guò)直徑縮小做出反應(yīng)，首先受到斑塊的影響。這是由于內(nèi)皮通透性和功能發(fā)生了變化。然而，已經(jīng)表明，一些患者在直動(dòng)脈段（特別是在頸總動(dòng)脈）中也有較低的WSS。原因可能是年齡和疾病介導(dǎo)的動(dòng)脈擴(kuò)張。頸總動(dòng)脈中較低的 WSS 可預(yù)測(cè)存在分叉斑塊和腦白質(zhì)高信號(hào)的存在。高 WSS 發(fā)生在動(dòng)脈狹窄中，似乎會(huì)導(dǎo)致斑塊不穩(wěn)定和凝血激活。

參考文獻(xiàn)：J M, L N, A V, E C, V L, K BS, L L, T G, M P, P M. Wall Shear Stress Alteration: a Local Risk Factor of Atherosclerosis. Curr Atheroscler Rep. 2022 Mar;24(3):143-151. doi: 10.1007/s11883-022-00993-0. Epub 2022 Jan 26. PMID: 35080718.

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