血管壁重塑中內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞之間的細胞串擾
內(nèi)皮細胞（EC）暴露于血管腔內(nèi)的變化，如機械損傷，剪切應力或化學試劑。在這些情況下，EC釋放各種細胞因子、趨化因子和生長因子，導致內(nèi)皮功能障礙表型，并引發(fā)心血管疾病的進展，如高血壓、動脈粥樣硬化、糖尿病等。在血管壁的中層，血管平滑肌細胞（VSMCs）是主要組成成分，表現(xiàn)出高度的可塑性，具有兩種不同表型，即分化表型（收縮表型）和去分化表型（合成表型）。這些表型修飾調(diào)節(jié)VSMCs的增殖、遷移和炎癥能力，在動脈重塑中起主要作用。內(nèi)膜層的EC與中層的VSMC之間的通訊是病理性血管重塑開始和進展的關(guān)鍵步驟。例如，EC-VSMC通訊中的擾動可導致動脈粥樣硬化發(fā)展的典型特征，如內(nèi)皮功能障礙、炎性細胞浸潤或VSMCs表型轉(zhuǎn)換。
血管壁重塑是指血管壁對生物化學和生物力學刺激的適應。這種重塑是一個活躍的過程，涉及VSMCs增殖和遷移狀態(tài)的變化、內(nèi)皮功能障礙、炎癥過程以及細胞外基質(zhì)（ECM）成分的合成或降解。所有這些過程都受到生長因子、血管活性物質(zhì)和細胞間血流動力學刺激的動態(tài)相互作用的調(diào)控，從而引發(fā)血管壁結(jié)構(gòu)和功能的變化。血管結(jié)構(gòu)和組成的這些病理變化可能導致血管疾病和循環(huán)系統(tǒng)疾病的病理過程，并引起臨床表現(xiàn)。確定在血管重塑過程中介導血管穩(wěn)態(tài)的EC-VSMC相互作用的通路可能為心腦血管疾病（CVD）預防提供見解。
在西班牙希門尼斯·迪亞茲大學醫(yī)院基金會和心血管疾病研究網(wǎng)絡聯(lián)合團隊的一項文章中曾總結(jié)了細胞間通訊的不同通路以及不同的體外模型來分析EC-VSMCs的相互作用。
EC和VSMCs之間的細胞間通訊不僅在血管穩(wěn)態(tài)中而且在疾病中也起著關(guān)鍵作用。血管對生理和病理刺激的反應部分取決于管腔側(cè)內(nèi)層的EC與血管壁內(nèi)VSMC之間的串擾。因此，這證實了血管病理生理學的體外分析需要EC和VSMCs共培養(yǎng)系統(tǒng)的原因。但是目前尚不清楚EC-VSMC物理或旁分泌相互作用的缺陷，或其微環(huán)境（細胞外基質(zhì)）如何導致CVD，這將有助于確定診斷或治療血管重塑疾病的關(guān)鍵參與者。
一、Paracrine Communications（旁分泌通訊）
1.可溶性因子
可溶性因子的擴散及其濃度之間的平衡是成熟血管EC-VSMCs通訊中不可少的過程。與單獨培養(yǎng)的VSMCs相比，EC中的一些可溶性因子具有改變VSMCs的低密度脂蛋白代謝或降低膽固醇酯水解的能力。
EC中的一氧化氮（NO）似乎調(diào)節(jié)VSMCs中醛糖還原酶的代謝活性，并防止糖尿病大鼠主動脈的山梨糖醇積累。此外，一氧化碳（CO）與NO 在EC-VSMCs串擾中的血管舒張作用間接相關(guān)。瞬時HO-1/CO- 通過ECs中eNOS/NO軸的上調(diào)來調(diào)節(jié)血管張力，隨后增加VSMCs中的cGMP產(chǎn)生。EC和VSMC內(nèi)的適應性自噬已被描述為維持血管重塑疾病和心臟微血管系統(tǒng)中血管功能的重要機制。串擾研究報道，ECs還會釋放其他因子，例如血管緊張素II或內(nèi)皮素，與VSMCs的收縮和血管張力增加有關(guān)。血小板衍生生長因子（PDGF）是眾多生長因子中的另一種，它們在生理或病理情況下基本上與EC-VSMCs通訊有關(guān)。在胚胎發(fā)育過程中，內(nèi)皮細胞-PDGF參與VSMCs的募集、增殖和遷移，這些都是形成血管壁所必需的。鞘氨醇-1-磷酸（S1P）通路是另一個參與EC和VSMC之間旁分泌通訊的受體-配體軸。已經(jīng)表明，在EC和VSMC的人類共培養(yǎng)模型中，EC上S1P1受體的缺失會導致VSMCs覆蓋率的顯著缺陷。此外，雷帕霉素（mTOR）的哺乳動物靶標的數(shù)據(jù)代表了EC-VSMCs串擾的另一個層次，這支持了共培養(yǎng)實驗的必要性，以獲得病理學的整體視野。
2.細胞外囊泡
細胞外囊泡（EVs）的分泌是血管穩(wěn)態(tài)或病理性血管重塑期間發(fā)生細胞間通訊的重要機制。在EC-VSMC的相互作用方面，研究表明EC和VSMCs釋放細胞外囊泡，這可能與血管穩(wěn)態(tài)或病理進展有關(guān)。在生理情況下，正常的層流觸發(fā)含有miR-143和miR-145的細胞外微泡。EC將miR143/145包裝并釋放到外泌體中，外泌體被鄰近的VSMCs吸收，有助于調(diào)節(jié)這些細胞中的表型靶基因。miR-143/miR-145也被證明可靶向與VSMCs分化調(diào)節(jié)有關(guān)的其他關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，例如含ETS結(jié)構(gòu)域的蛋白-1（ELK-1）和心肌素。
二、Parenchyma Players（通過細胞外基質(zhì)（ECM）相互作用）
細胞通訊也可以通過細胞外基質(zhì)（ECM）的特性進行。ECM的改變不僅會導致結(jié)構(gòu)改變，還可能導致EC-VSMCs信號轉(zhuǎn)導中斷。ECs和VSMCS都分泌基質(zhì)成分，有助于維持血管特性并影響鄰近細胞功能。在ECM成分中，膠原蛋白是促成血管壁幾何變化的主要分子，其沉積有利于提高血管硬度，并可用于將VSMC和EC的基底膜與其他ECM結(jié)構(gòu)連接起來。此外，雖然膠原蛋白I和纖連蛋白誘導合成VSMCs表型，但細胞分泌IV型膠原可促進收縮性VSMCs表型信號轉(zhuǎn)導。
三、Contact-Contact Signaling
1.肌內(nèi)皮縫隙連接
研究最多的細胞間接觸稱為肌內(nèi)皮縫隙連接（MEGJ）。功能性縫隙連接的形成需要連接蛋白（Cx）的組裝。在血管系統(tǒng)中，Cx37、Cx40、Cx43和Cx45是主要的連接蛋白。從本質(zhì)上講，MEGJ作為VSMCs和EC之間的反饋通路，以促進離子或小分子的直接轉(zhuǎn)移，主要是第二信使，如Ca2+、IP3和cAMP或EDH信號，以控制血管收縮-舒張。
2.Notch信號
強有力的證據(jù)已經(jīng)證明了Notch信號在EC-VSMCs串擾中的作用。EC和VSMCs都普遍表達Notch元素。然而，Notch元素會根據(jù)細胞階段和細胞類型而發(fā)生變化。Notch在EC-VSMCs通訊中的主要功能部分是由Jagged1配體驅(qū)動的。內(nèi)皮Notch激活的改變也與動脈粥樣硬化中的保護作用有關(guān)，并且在控制血管損傷中VSMCs表型轉(zhuǎn)換中起重要作用。此外，研究還顯示了EC-VSMC串擾中Notch信號傳導在動脈粥樣硬化纖維帽形成中的作用。
研究血管重塑過程中EC-VSMCs通訊的體外模型
了解血管重塑疾病中的EC-VSMCs通訊的重要性導致了在開發(fā)相關(guān)體外模型方面的巨大努力。必須創(chuàng)建一個EC-VSMC共培養(yǎng)模型，在該模型中可以概括血流動力學，環(huán)境或結(jié)構(gòu)，嘗試模仿體內(nèi)血管壁環(huán)境。生成通用且穩(wěn)定的EC-VSMCs共培養(yǎng)體外模型的必要性被認為是未來研究和轉(zhuǎn)化藥物篩選的必要和關(guān)鍵。共培養(yǎng)的類型可分為：
1.間接共培養(yǎng)
在沒有物理接觸的情況下，研究細胞-細胞依賴性相互作用的體外模型，并基于分泌通路和旁分泌通訊。微載體、支架、雙分子層膜、使用條件培養(yǎng)基（CM）或 transwell assay 是間接共培養(yǎng)的例子。在該模型中，細胞是分開生長的，其中一個細胞的培養(yǎng)基用于刺激另一種細胞類型。然而，單向響應和可溶性因子是唯一沒有細胞-細胞相互作用的介質(zhì)，是該模型的一些缺點。該模型也已擴展到與動脈粥樣硬化相關(guān)的不同研究中。
二維（2D）細胞培養(yǎng)EC-VSMCs（transwells，flow chambers）。該方法已被廣泛使用，其優(yōu)點是技術(shù)簡單，同時能夠進行顯微鏡檢查，并且無需細胞分選即可輕松分離純?nèi)后w。簡而言之，該方法包括在平板底部培養(yǎng)一種細胞類型，另一種在膜過濾器上培養(yǎng)，可防止細胞間接觸，也有該模型的變體允許在濾膜的不同側(cè)進行細胞培養(yǎng)。此外，膜孔徑的可變性允許在某些情況下ECs和VSMCs之間的相互作用，并允許這種體外模型用于血管重塑研究，以評估遷移，免疫細胞跨內(nèi)皮細胞，通透性研究或細胞間旁分泌調(diào)節(jié)。
2.直接共培養(yǎng)
間接共培養(yǎng)的主要局限性是缺乏由血管壁中細胞-細胞接觸。3D模型的情況并非如此。3D共培養(yǎng)模型的不同變體可以允許人們研究之前描述的三種主要類型的細胞相互作用：細胞-細胞接觸，旁分泌相互作用和細胞-ECM相互作用，使這些模型在生理上與研究病理和生理血管重塑更相關(guān)。3D共培養(yǎng)系統(tǒng)的一些例子是：EC-VSMCs球體，包括EC和VSMCs的直接培養(yǎng)，或EC在含有VSMCs（膠原支架）的細胞外基質(zhì)樣凝膠上的培養(yǎng)，以及由誘導多能干細胞（IPs）產(chǎn)生的血管類器官。
盡管這些體外臨床前研究最終可以使用，但不幸的是，在許多情況下未能將其轉(zhuǎn)化為臨床療效，這表明需要新的臨床前系統(tǒng)。體外建模復雜性的下一步是3D人源性血管類器官。這些體外3D人體血管類器官是通過自組織形成的，并表現(xiàn)出人微血管系統(tǒng)的形態(tài)、功能和分子特征。該系統(tǒng)已被用于概括人體血管的結(jié)構(gòu)和功能，以研究血管疾病的調(diào)節(jié)因子，如糖尿病。未來，類器官的應用將為藥物篩選的新方法打開大門。
圖1 EC-VSMCs在血管壁的通訊。示意圖：旁分泌，細胞外囊泡，ECM和直接細胞間相互作用。EC-VSMC通訊的失調(diào)觸發(fā)與某些CVD相關(guān)的病理性血管壁重塑。
血管壁細胞之間的通訊是血管系統(tǒng)正確形成和功能的基礎。在這篇綜述中，總結(jié)了物理或旁分泌EC-VSMCs通訊如何產(chǎn)生血管床特異性特征的，以及這種串擾的變化如何成為病理性血管重塑的主要原因（圖1）。因此，進一步的研究應旨在加強目前對VSMCs和EC在共培養(yǎng)模型中相互作用的理解。這可以提供有關(guān)血管穩(wěn)態(tài)的主要知識來源，以便找到預防血管重塑進展的新療法。
參考文獻：Méndez-Barbero N, Gutiérrez-Muñoz C, Blanco-Colio LM. Cellular Crosstalk between Endothelial and Smooth Muscle Cells in Vascular Wall Remodeling. Int J Mol Sci. 2021 Jul 6;22(14):7284. doi: 10.3390/ijms22147284. PMID: 34298897; PMCID: PMC8306829.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34298897/
小編旨在分享、學習、交流生物科學等領(lǐng)域的研究進展。如有侵權(quán)或引文不當請聯(lián)系小編修正。
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血管壁重塑是指血管壁對生物化學和生物力學刺激的適應。這種重塑是一個活躍的過程，涉及VSMCs增殖和遷移狀態(tài)的變化、內(nèi)皮功能障礙、炎癥過程以及細胞外基質(zhì)（ECM）成分的合成或降解。所有這些過程都受到生長因子、血管活性物質(zhì)和細胞間血流動力學刺激的動態(tài)相互作用的調(diào)控，從而引發(fā)血管壁結(jié)構(gòu)和功能的變化。血管結(jié)構(gòu)和組成的這些病理變化可能導致血管疾病和循環(huán)系統(tǒng)疾病的病理過程，并引起臨床表現(xiàn)。確定在血管重塑過程中介導血管穩(wěn)態(tài)的EC-VSMC相互作用的通路可能為心腦血管疾病（CVD）預防提供見解。
在西班牙希門尼斯·迪亞茲大學醫(yī)院基金會和心血管疾病研究網(wǎng)絡聯(lián)合團隊的一項文章中曾總結(jié)了細胞間通訊的不同通路以及不同的體外模型來分析EC-VSMCs的相互作用。
EC和VSMCs之間的細胞間通訊不僅在血管穩(wěn)態(tài)中而且在疾病中也起著關(guān)鍵作用。血管對生理和病理刺激的反應部分取決于管腔側(cè)內(nèi)層的EC與血管壁內(nèi)VSMC之間的串擾。因此，這證實了血管病理生理學的體外分析需要EC和VSMCs共培養(yǎng)系統(tǒng)的原因。但是目前尚不清楚EC-VSMC物理或旁分泌相互作用的缺陷，或其微環(huán)境（細胞外基質(zhì)）如何導致CVD，這將有助于確定診斷或治療血管重塑疾病的關(guān)鍵參與者。
一、Paracrine Communications（旁分泌通訊）
1.可溶性因子
可溶性因子的擴散及其濃度之間的平衡是成熟血管EC-VSMCs通訊中不可少的過程。與單獨培養(yǎng)的VSMCs相比，EC中的一些可溶性因子具有改變VSMCs的低密度脂蛋白代謝或降低膽固醇酯水解的能力。
EC中的一氧化氮（NO）似乎調(diào)節(jié)VSMCs中醛糖還原酶的代謝活性，并防止糖尿病大鼠主動脈的山梨糖醇積累。此外，一氧化碳（CO）與NO 在EC-VSMCs串擾中的血管舒張作用間接相關(guān)。瞬時HO-1/CO- 通過ECs中eNOS/NO軸的上調(diào)來調(diào)節(jié)血管張力，隨后增加VSMCs中的cGMP產(chǎn)生。EC和VSMC內(nèi)的適應性自噬已被描述為維持血管重塑疾病和心臟微血管系統(tǒng)中血管功能的重要機制。串擾研究報道，ECs還會釋放其他因子，例如血管緊張素II或內(nèi)皮素，與VSMCs的收縮和血管張力增加有關(guān)。血小板衍生生長因子（PDGF）是眾多生長因子中的另一種，它們在生理或病理情況下基本上與EC-VSMCs通訊有關(guān)。在胚胎發(fā)育過程中，內(nèi)皮細胞-PDGF參與VSMCs的募集、增殖和遷移，這些都是形成血管壁所必需的。鞘氨醇-1-磷酸（S1P）通路是另一個參與EC和VSMC之間旁分泌通訊的受體-配體軸。已經(jīng)表明，在EC和VSMC的人類共培養(yǎng)模型中，EC上S1P1受體的缺失會導致VSMCs覆蓋率的顯著缺陷。此外，雷帕霉素（mTOR）的哺乳動物靶標的數(shù)據(jù)代表了EC-VSMCs串擾的另一個層次，這支持了共培養(yǎng)實驗的必要性，以獲得病理學的整體視野。
2.細胞外囊泡
細胞外囊泡（EVs）的分泌是血管穩(wěn)態(tài)或病理性血管重塑期間發(fā)生細胞間通訊的重要機制。在EC-VSMC的相互作用方面，研究表明EC和VSMCs釋放細胞外囊泡，這可能與血管穩(wěn)態(tài)或病理進展有關(guān)。在生理情況下，正常的層流觸發(fā)含有miR-143和miR-145的細胞外微泡。EC將miR143/145包裝并釋放到外泌體中，外泌體被鄰近的VSMCs吸收，有助于調(diào)節(jié)這些細胞中的表型靶基因。miR-143/miR-145也被證明可靶向與VSMCs分化調(diào)節(jié)有關(guān)的其他關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，例如含ETS結(jié)構(gòu)域的蛋白-1（ELK-1）和心肌素。
二、Parenchyma Players（通過細胞外基質(zhì)（ECM）相互作用）
細胞通訊也可以通過細胞外基質(zhì)（ECM）的特性進行。ECM的改變不僅會導致結(jié)構(gòu)改變，還可能導致EC-VSMCs信號轉(zhuǎn)導中斷。ECs和VSMCS都分泌基質(zhì)成分，有助于維持血管特性并影響鄰近細胞功能。在ECM成分中，膠原蛋白是促成血管壁幾何變化的主要分子，其沉積有利于提高血管硬度，并可用于將VSMC和EC的基底膜與其他ECM結(jié)構(gòu)連接起來。此外，雖然膠原蛋白I和纖連蛋白誘導合成VSMCs表型，但細胞分泌IV型膠原可促進收縮性VSMCs表型信號轉(zhuǎn)導。
三、Contact-Contact Signaling
1.肌內(nèi)皮縫隙連接
研究最多的細胞間接觸稱為肌內(nèi)皮縫隙連接（MEGJ）。功能性縫隙連接的形成需要連接蛋白（Cx）的組裝。在血管系統(tǒng)中，Cx37、Cx40、Cx43和Cx45是主要的連接蛋白。從本質(zhì)上講，MEGJ作為VSMCs和EC之間的反饋通路，以促進離子或小分子的直接轉(zhuǎn)移，主要是第二信使，如Ca2+、IP3和cAMP或EDH信號，以控制血管收縮-舒張。
2.Notch信號
強有力的證據(jù)已經(jīng)證明了Notch信號在EC-VSMCs串擾中的作用。EC和VSMCs都普遍表達Notch元素。然而，Notch元素會根據(jù)細胞階段和細胞類型而發(fā)生變化。Notch在EC-VSMCs通訊中的主要功能部分是由Jagged1配體驅(qū)動的。內(nèi)皮Notch激活的改變也與動脈粥樣硬化中的保護作用有關(guān)，并且在控制血管損傷中VSMCs表型轉(zhuǎn)換中起重要作用。此外，研究還顯示了EC-VSMC串擾中Notch信號傳導在動脈粥樣硬化纖維帽形成中的作用。
研究血管重塑過程中EC-VSMCs通訊的體外模型
了解血管重塑疾病中的EC-VSMCs通訊的重要性導致了在開發(fā)相關(guān)體外模型方面的巨大努力。必須創(chuàng)建一個EC-VSMC共培養(yǎng)模型，在該模型中可以概括血流動力學，環(huán)境或結(jié)構(gòu)，嘗試模仿體內(nèi)血管壁環(huán)境。生成通用且穩(wěn)定的EC-VSMCs共培養(yǎng)體外模型的必要性被認為是未來研究和轉(zhuǎn)化藥物篩選的必要和關(guān)鍵。共培養(yǎng)的類型可分為：
1.間接共培養(yǎng)
在沒有物理接觸的情況下，研究細胞-細胞依賴性相互作用的體外模型，并基于分泌通路和旁分泌通訊。微載體、支架、雙分子層膜、使用條件培養(yǎng)基（CM）或 transwell assay 是間接共培養(yǎng)的例子。在該模型中，細胞是分開生長的，其中一個細胞的培養(yǎng)基用于刺激另一種細胞類型。然而，單向響應和可溶性因子是唯一沒有細胞-細胞相互作用的介質(zhì)，是該模型的一些缺點。該模型也已擴展到與動脈粥樣硬化相關(guān)的不同研究中。
二維（2D）細胞培養(yǎng)EC-VSMCs（transwells，flow chambers）。該方法已被廣泛使用，其優(yōu)點是技術(shù)簡單，同時能夠進行顯微鏡檢查，并且無需細胞分選即可輕松分離純?nèi)后w。簡而言之，該方法包括在平板底部培養(yǎng)一種細胞類型，另一種在膜過濾器上培養(yǎng)，可防止細胞間接觸，也有該模型的變體允許在濾膜的不同側(cè)進行細胞培養(yǎng)。此外，膜孔徑的可變性允許在某些情況下ECs和VSMCs之間的相互作用，并允許這種體外模型用于血管重塑研究，以評估遷移，免疫細胞跨內(nèi)皮細胞，通透性研究或細胞間旁分泌調(diào)節(jié)。
2.直接共培養(yǎng)
間接共培養(yǎng)的主要局限性是缺乏由血管壁中細胞-細胞接觸。3D模型的情況并非如此。3D共培養(yǎng)模型的不同變體可以允許人們研究之前描述的三種主要類型的細胞相互作用：細胞-細胞接觸，旁分泌相互作用和細胞-ECM相互作用，使這些模型在生理上與研究病理和生理血管重塑更相關(guān)。3D共培養(yǎng)系統(tǒng)的一些例子是：EC-VSMCs球體，包括EC和VSMCs的直接培養(yǎng)，或EC在含有VSMCs（膠原支架）的細胞外基質(zhì)樣凝膠上的培養(yǎng)，以及由誘導多能干細胞（IPs）產(chǎn)生的血管類器官。
盡管這些體外臨床前研究最終可以使用，但不幸的是，在許多情況下未能將其轉(zhuǎn)化為臨床療效，這表明需要新的臨床前系統(tǒng)。體外建模復雜性的下一步是3D人源性血管類器官。這些體外3D人體血管類器官是通過自組織形成的，并表現(xiàn)出人微血管系統(tǒng)的形態(tài)、功能和分子特征。該系統(tǒng)已被用于概括人體血管的結(jié)構(gòu)和功能，以研究血管疾病的調(diào)節(jié)因子，如糖尿病。未來，類器官的應用將為藥物篩選的新方法打開大門。
血管壁細胞之間的通訊是血管系統(tǒng)正確形成和功能的基礎。在這篇綜述中，總結(jié)了物理或旁分泌EC-VSMCs通訊如何產(chǎn)生血管床特異性特征的，以及這種串擾的變化如何成為病理性血管重塑的主要原因（圖1）。因此，進一步的研究應旨在加強目前對VSMCs和EC在共培養(yǎng)模型中相互作用的理解。這可以提供有關(guān)血管穩(wěn)態(tài)的主要知識來源，以便找到預防血管重塑進展的新療法。
參考文獻：Méndez-Barbero N, Gutiérrez-Muñoz C, Blanco-Colio LM. Cellular Crosstalk between Endothelial and Smooth Muscle Cells in Vascular Wall Remodeling. Int J Mol Sci. 2021 Jul 6;22(14):7284. doi: 10.3390/ijms22147284. PMID: 34298897; PMCID: PMC8306829.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34298897/
小編旨在分享、學習、交流生物科學等領(lǐng)域的研究進展。如有侵權(quán)或引文不當請聯(lián)系小編修正。
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