细胞机械力学在心血管疾病中的研究进展2026

细胞机械力学在心血管疾病中的研究进展01020304巨噬细胞与CVD血管内皮细胞的作用血管平滑肌细胞的力学特性心血管细胞间的相互作用CONTENTS目录巨噬细胞与CVD巨噬细胞在动脉粥样硬化斑块形成和稳定中起关键作用，M1型促进斑块形成，而M2型则有助于斑块稳定。基质的软硬度通过机械信号传导影响巨噬细胞向M1或M2型极化，从而调节炎症反应和斑块进展。较硬基质促使巨噬细胞向抗炎方向极化，而较软基质则增加促炎功能，揭示基质刚度对巨噬细胞功能调控的重要性。巨噬细胞在动脉粥样硬化中的双重角色基质刚度对巨噬细胞极化的影响不同硬度基质上巨噬细胞的功能差异动脉粥样硬化中的巨噬细胞极化010203基质刚度对巨噬细胞功能的影响软硬不同的基质环境影响巨噬细胞向M1或M2型极化，进而调控炎症反应。较软基质上巨噬细胞增加LDL和ox-LDL摄取，促进AS斑块形成和进展。基质刚度通过Hippo、Piezo等通路及YAP分子影响巨噬细胞功能和极化状态。基质刚度与巨噬细胞极化基质刚度对巨噬细胞摄取能力的影响基质刚度与机械信号传导血管内皮细胞的作用010203白细胞诱导的细胞间黏附分子1聚集产生的机械力与流体剪切应力协同作用，增加EC膜张力并激活Piezo1引起胞内钙浓度升高。Piezo1调节EC分裂方向与主动脉血流方向平行，通过单细胞RNA测序分析鉴定出4种不同增殖活性的主动脉EC亚群。PLXND1感应机械力并将其转化为AS相关细胞内的生化信号，参与疾病发生发展，是心血管发育和疾病中的新生物标志物。内皮细胞的机械力感知机制Piezo1在血管修复中的作用PLXND1作为机械力传感器的角色内皮细胞的机械力响应plexins在EC中的直接力传感器角色plexins对EC响应剪切应力的影响plexins与YWHAE共聚合介导AS发展PlexinD1作为EC的直接力传感器，与神经纤毛蛋白1和血管内皮生长因子受体2形成机械复合物。沉默小鼠降主动脉或牛主动脉EC上的PLXND1后，导致血管粥样斑块加重或EC不能较好响应剪切应力。血流剪切力诱导盘状结构域受体1胞外结构域构象改变并与YWHAE共聚合，导致YAP核易位从而介导动脉粥样硬化的发生。神经丛蛋白plexins在EC中的角色01”02”03”S-RBD诱导的肺血管内皮损伤机械信号通路的作用机制ACE2-Piezo1/SOCC轴的靶向抑制SARS-CoV-2感染对EC的影响SARS-CoV-2刺突蛋白引发急性呼吸综合征冠状病毒2感染，导致肺血管内皮损伤。S-RBD通过激活瞬时感受器电位香草酸受体4和上调Piezo1及钙池操纵性钙通道关键成分Orai1诱导持续性肺血管内皮损伤。研究显示，靶向抑制ACE2-Piezo1/SOCC轴是治疗S-RBD诱导的肺血管损伤疾病的有效策略。血管平滑肌细胞的力学特性高血压期间产生的血流动力学负荷使中层VSMC受到循环机械拉伸影响，引发VSMC增殖、迁移、凋亡及表型转换等致血管发生重构。血流动力学负荷对VSMC的影响使用诱导型一氧化氮合酶抑制剂后，循环机械拉伸诱导的大鼠主动脉平滑肌细胞死亡增加、一氧化氮供体减少，表明促使诱导型一氧化氮合酶表达可在血压骤升早期对VSMC提供保护作用以抑制血管重构。诱导型一氧化氮合酶在VSMC保护中的作用体外实验表明机械拉伸通过YAP/TEAD1通路下调EZH2致VSMC凋亡；体内研究显示过表达VSMC中EZH2可增加组蛋白H3赖氨酸27三甲基化表达，从而减轻腹主动脉缩窄诱导的血管重构。EZH2作为新治疗靶点的开发前景高血压下的VSMC变化高血压期间产生的血流动力学负荷使中层VSMC受到循环机械拉伸影响，引发VSMC增殖、迁移、凋亡及表型转换等致血管发生重构。血流动力学负荷对VSMC的影响循环机械拉伸依赖p38促进诱导型一氧化氮合酶表达及一氧化氮产生，使用诱导型一氧化氮合酶抑制剂后，循环机械拉伸诱导的大鼠主动脉平滑肌细胞死亡增加、一氧化氮供体减少。p38信号通路在VSMC增殖中的作用Zeste基因增强子同源物2（enhancerofzestehomolog2，EZH2）是机械拉伸诱导的VSMC细胞凋亡中的重要介质，体外实验表明机械拉伸通过YAP/TEAD1通路下调EZH2致VSMC凋亡；体内研究显示过表达VSMC中EZH2可增加组蛋白H3赖氨酸27三甲基化表达，从而减轻腹主动脉缩窄诱导的血管重构。EZH2在VSMC凋亡中的调控作用VSMC的增殖和迁移调控成纤维细胞在心肌重构中的功能成纤维细胞通过调控细胞外基质沉积和周转，维持心脏的生物力学完整性，是响应生理和病理条件进行心肌重构的主要驱动力。成纤维细胞对心肌重构的影响Piezo1激动剂Yoda1可增加NPPB表达并显著诱导其他细胞外基质重构基因，而沉默Piezo1会降低CF中由拉伸所致的NPPB表达，表明Piezo1是CF中拉伸诱导的NPPB以及其他细胞外基质重构基因表达的关键介质。Piezo1在成纤维细胞中的作用不同纤维化程度体外力学微环境中CF的氧化还原状态存在显著差异，这对从单细胞水平研究细胞外基质刚度对心肌纤维化的影响具有重要意义。基质刚度对成纤维细胞功能的影响心血管细胞间的相互作用010203EC通过Notch信号通路直接调节VSMC，以响应异常机械外力、炎症和缺氧等外部刺激，维持血管稳态。EC通过Notch信号通路调节VSMC表型转化机械力通过Alk5-Shc途径促进内皮-间质转化，这一过程与动脉粥样硬化（AS）等血管病变的发生密切相关。机械力通过Alk5-Shc途径实现内皮-间质转化在高血压条件下，压力机械传感可触发脂质积聚，进而诱导VSMC向巨噬细胞样细胞或泡沫细胞转分化。高血压压力机械传感触发脂质积聚诱导VSMC转分化EC与VSMC的互作足体是高度活跃的黏附结构，参与多种细胞功能如机械传感、基质降解及定向迁移。活化血小板释放微囊泡诱导VSMC形成足体，该结构进一步激活基质金属蛋白酶9。足体通过激活基质金属蛋白酶9，最终调控VSMC的迁移，影响血管重构相关疾病机制。足体的形成与功能VSMC足体的激活机制足体介导的VSMC迁移调控足体介导的VSMC迁移机制CXCR4-CXCL12轴介导中性粒细胞向巨核细胞趋化，通过机械力传递