發布時間：2021-09-16所屬分類：醫學論文瀏覽：1次
摘 要： [摘要]動脈管壁的細胞不斷受到因血液流動而產生的剪切力的作用，剪切力在動脈粥樣硬化的形成過程中扮演著舉足輕重的角色。位于血液和血管壁之間的內皮細胞對血流剪切力有獨特的反應，可以將機械刺激轉化為細胞內信號，進而影響動脈粥樣硬化病理進程。內皮功
[摘要]動脈管壁的細胞不斷受到因血液流動而產生的剪切力的作用，剪切力在動脈粥樣硬化的形成過程中扮演著舉足輕重的角色。位于血液和血管壁之間的內皮細胞對血流剪切力有獨特的反應，可以將機械刺激轉化為細胞內信號，進而影響動脈粥樣硬化病理進程。內皮功能不僅受生長因子、激素等生化物質的調控，還受到血流剪切力等機械作用力的影響。在生理狀態下，剪切力可通過維持內皮細胞穩態發揮抗動脈粥樣硬化作用，病理剪切力則會導致內皮功能障礙，促進動脈粥樣硬化進展。在不同的剪切力介導下，可以通過表觀遺傳學途徑或機械敏感性陽離子通道調控內皮功能。因此，有必要了解異常剪切應力如何影響各種信號轉導途徑以引起內皮功能障礙及動脈粥樣硬化。中醫藥治療動脈粥樣硬化療效確切，具有不良反應少，多靶點、多重機制發揮作用的特點，因此，越來越得到人們認可。近年來，對流體剪切力介導下中藥復方和單味中藥提取物抗動脈粥樣硬化作用機制的認識也逐步深入。該綜述將以內皮功能為切入點，系統梳理剪切力對動脈粥樣硬化病理過程的影響及相關分子機制，并通過整理現有文獻，首次總結中藥抗剪切力損傷的最新研究進展，闡明剪切力與內皮功能、動脈粥樣硬化的相互關系及中藥的干預效應，以期為動脈粥樣硬化的中醫臨床治療和病理機制研究提供理論依據。
[關鍵詞]動脈粥樣硬化(AS);剪切力;內皮功能;中藥
根據《中國心血管病報告2018》的統計結果顯示，以冠心病和腦卒中為代表的動脈粥樣硬化性心血管疾病(ASCVD)占中國居民疾病死亡原因的43%以上，居首位[1]。ASCVD的病理基礎為動脈粥樣硬化(AS)。AS是慢性血管性疾病，發病機制復雜。在AS的形成過程中，血管壁剪切力的降低或升高、血流形態的變化、邊界層血流分離等血流動力學因素均與AS的發生密切相關。內皮功能紊亂是AS的始動因素[2]。越來越多的證據表明，剪切力在調節內皮細胞(ECs)功能和隨后的AS斑塊形成方面具有不同的作用[3-4]。對剪切力的分子作用機制缺乏深入的了解，使得通過調節ECs功能抗動脈硬化新療法的開發備受阻礙。目前，西醫用來治療AS的藥物主要有他汀類調脂藥，抗血小板聚集藥，β-受體阻滯劑等，但這些藥物作用機制單一且不良反應明顯。而中醫充分發揮從整體出發、辨證施治的優勢，在防治AS方面卓有成效，加之其不良反應少，通過多靶點、多重機制發揮作用的特點，越來越得到人們認可。本文將以內皮功能為切入點，系統梳理剪切力對AS病理過程的影響及相關分子機制，并通過整理現有文獻，首次總結中藥抗剪切力損傷的最新研究進展，以期為AS的中醫臨床治療和病理機制研究提供理論依據。
1剪切力的生理功能
剪切力是作用于血管腔表面的摩擦阻力[5]，能夠調節內皮的結構和功能，與血管的發育、生理和病理過程密切相關。血管壁的細胞感知剪切力后進行信號轉化，影響胚胎期血管發育及出生后和成年期的血管重塑，以優化流向組織的血液，并確保血管壁的機械完整性。當剪切力在生理范圍內時，可以起到穩定血管的作用[6-7]，誘導許多保護性信號通路和基因的表達，從而維持內皮的正常生理功能。
2剪切力通過改變內皮功能影響AS
2.1不同剪切力對內皮功能的影響ECs是血管壁和血流之間的重要介質，在剪切力作用下將機械刺激轉化成細胞內信號，從而影響細胞功能和基因表達。血流模式決定剪切力的類型，不同剪切力作用于ECs產生不同的影響。
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通常情況下，單向穩定層流一般發生在動脈的筆直處，產生層流剪切力(LSS)，大小為15~70dyn·cm-2[8-9]，該剪切力能使血管ECs的形態沿血液流動方向拉伸變長[10]。生理大小的LSS通過維持ECs的靜止狀態，與流動方向對齊的方式提供抗炎和抗AS的作用，因此可以保持內皮穩態[5，11-13]。低剪切力通常發生在動脈血管狹窄部位的上游和彎曲部位的內側壁，大小10~12dyn·cm-2，方向單一且呈周期性波動[14]。有體外研究表明，低剪切力使ECs不再沿流動方向排列，并激活多種炎癥事件，包括活性氧生成、核轉錄因子-κB(NF-κB)活性增強以及募集白細胞的受體和細胞因子的表達[6]。在接受一段時間低剪切力作用后，血液流動方向復雜的動脈區域會導致內皮功能障礙和斑塊的局灶性分布[11]。渦流產生不規則且不均勻的振蕩剪切力(OSS)，主要發生在動脈的分叉、分支處，動脈血管狹窄部位的下游和冠狀動脈彎曲段的內面，是導致早期AS斑塊形成的因素之一[15-16]。OSS已被證實可以通過各種因素導致內皮功能障礙，如三磷酸腺苷門控性嘌呤能離子通道型受體7(P2X7R)受OSS的影響，在血流模式紊亂的AS部位聚集。P2X7R將血管機械反應與嘌呤能信號傳導整合在一起，導致內皮功能障礙[17]。渦流依賴性機制促進AS的起始以及斑塊破裂，因此，渦流代表了內皮功能障礙和冠狀動脈疾病進展的一種主要生物力學機制[18-19]。
2.2剪切力介導的表觀遺傳學改變對內皮功能的影響表觀遺傳因素在調節剪切力介導的ECs生理功能、功能障礙和AS中起著至關重要的作用。脫氧核糖核酸(DNA)甲基化、組蛋白去乙�；突诤颂呛怂�(RNA)的機制是表觀遺傳調控的3種主要形式。
2.2.1剪應力介導的DNA甲基化與內皮功能障礙
OSS可以調節與內皮基因表達和AS相關的DNA甲基化[20-21]。DNA甲基轉移酶(DNMT)有幾種亞型，包括DNMT-1，DNMT-3a和DNMT-3b。在易發生AS的區域中可以觀察到DNMT-1的表達和DNA高甲基化。研究發現在體外和體內實驗中，暴露于OSS下，ECs的DNMT-1信使RNA(mRNA)表達顯著增加[22]。使用5-氮雜-2'-脫氧胞苷(5-Aza-2'-deoxycytidine)抑制DNMT-1的表達后，觀察到OSS誘導的體外內皮炎癥反應減少，部分頸動脈結扎大鼠AS病變程度減輕。同時，研究表明DNMT-3a可通過OSS調節ECs功能[21]。OSS上調DNMT-3a，DNMT-3a可以與Kruppel樣因子-4(KLF-4)的啟動子結合，并誘導KLF4啟動子中胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤(CpG)島的DNA甲基化，從而使KLF4的轉錄活性得到抑制。總的來說，OSS增強了DNMT-1和DNMT-3a的表達，導致ECs功能障礙，促進細胞病理性增殖、誘發炎癥反應和抑制一氧化氮(NO)生成[23]。
2.2.2剪應力介導的組蛋白去乙�；趦绕すδ苷系K中的作用組蛋白去乙�；怯绊懭旧w包裝和DNA轉錄的常見修飾。組蛋白脫乙�；�(HDAC)的作用是使組蛋白上的ε-N-乙酰賴氨酸氨基酸去乙酰化，從而調節參與DNA復制或沉默的染色質的結構[24]。HDAC在調節血液動力學誘導的ECs功能和功能障礙中發揮重要作用。OSS增強了Ⅰ類HDAC(HDAC-1，HDAC-2和HDAC-3)和Ⅱ類HDAC(HDAC-5和HDAC-7)的表達和核積累，以誘導ECs功能障礙。KLF-2和核轉錄因子-E2相關因子2(Nrf2)是介導抗炎和抗氧化反應的兩個重要轉錄因子，控制著約70%的剪切力響應基因[25]。OSS誘導的HDAC-1，HDAC-2和HDAC-3可以與Nrf2結合，抑制Nrf2與抗氧化反應元件的結合，從而抑制抗氧化基因NAD(P)H醌氧化還原酶1(NQO1)基因的表達[26]。同時，OSS誘導的HDAC-3可與HADC-5和HADC-5-7協同作用，與肌細胞增強因子2(MEF2)結合并消除抗炎性KLF-2的表達。生理的LSS誘導Ⅲ類HDAC沉默信息調節因子1(SIRT1)的過表達，可以促進NO的產生并拮抗ECs功能障礙[27]。
2.2.3剪切力介導的微小RNA(miRNA)與內皮功能障礙表觀遺傳學調控的第3個關鍵機制是miRNA和長鏈非編碼RNA(lncRNA)的作用[28]。病理剪切力調節的miRNA，可刺激增殖，誘發炎癥和氧化應激，進而導致ECs功能障礙，相反，生理剪切力調節的miRNA，誘導的抗增殖、抗炎和抗氧化可拮抗ECs功能障礙。
在AS病變發展中，miRNA-21可能在易AS區域和保護區域均表達，并且可能具有完全不同的功能。miRNA-21響應于LSS(15dyn·cm-2，24h)，有助于該剪切力增加NO的生物利用度并減少ECs凋亡，從而起到抗AS的作用[29]。已有研究表明miRNA-21在轉錄后調節促凋亡基因人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(PTEN)的表達[30]。miRNA-21對PTEN表達的影響當LSS提高miRNA-21的水平時最為明顯。miRNA-21過表達后，經15dyn·cm-2的LSS干預24h的人臍靜脈內皮細胞(HUVEC)與靜止狀態的HUVEC相比，PTEN降低的更明顯。這證明了該剪切力介導miRNA-21上調從而抑制ECs凋亡，其機制是通過增加蛋白激酶B(Akt)激活和內皮型一氧化氮合酶(eNOS)磷酸化來減少ECs凋亡[29]。相反，ZHOU等[20]發現OSS誘導的miRNA-21表達通過誘導黏附分子和單核細胞黏附而誘發ECs炎癥反應。
2.3剪切力介導的機械敏感性離子通道對內皮功能的影響研究機械信號的轉導是深入了解剪切力介導的ECs功能改變和功能障礙的另一重要途徑。機械信號轉導過程的第一步是機械敏感性離子通道的開放。機械敏感性離子通道是感知剪切力的關鍵角色，又是在ECs中表達的快速機械感受器，在此，本研究主要關注與內皮相關的機械敏感性陽離子通道。
2.3.1瞬時受體電位通道瞬時受體電位(TRP)通道是非電壓門控的陽離子通道，與多種細胞功能有關[31]。有至少10個TRP通道(TRPC1，TRPC5，TRPC6;TRPV1，TRPV2，TRPV4;TRPM3，TRPM7;TRPA1;TRPP2)被認為是機械敏感性離子通道。研究表明，在AS雙向LSS的干預下(平均剪切力大小為0dyn·cm-2)，TRPC6和TRPV1的增加可能會進一步加重血管ECs的炎癥反應[32]。TRPV4調節血管ECs對機械刺激的反應，抑制整合素連接激酶(ILK)或Akt信號通路會損害剪切力誘導的TRPV4通道向質膜的移位[33]。TRPP2與初級纖毛的機械敏感功能有關，TRPP2表達減少導致小鼠ECs產生的NO減少[34]。TRPP2基因敲除導致ECs不能將細胞外剪切力轉化為細胞內Ca2+信號并影響NO合成[35]。
2.3.2Piezo離子通道Piezo通道家族包括Piezo1和Piezo2兩個基因和結構相似的多通道跨膜蛋白。目前的研究表明，Piezo1和Piezo2在心血管發育及生理功能的調節上起著關鍵作用，并參與包括AS及高血壓在內的多種疾病的發生。Piezo2主要在觸覺上皮細胞(Merkel細胞)[36]和感覺神經元[37]中表達。Piezo1廣泛存在于血管ECs和平滑肌細胞中，Piezo1可以被血液流動引起的剪切力及血壓升高時細胞膜的拉伸所激活。研究表明，LSS會激活Piezo1調節內皮釋放NO，從而影響局部血管的張力，發揮抗AS的作用[38]。若ECs受OSS影響激活的Piezo1，則會通過NF-κB途徑促進AS的發生發展[39-40]。Piezo1是ECs的剪切力傳感器，Piezo1的缺失，會使細胞對剪切力反應缺陷，導致細胞線性排列障礙、細胞遷移和成管能力受損[41]。短暫的剪切力刺激能夠激活內皮Piezo1，增加其對選擇性激動劑Yoda-1的敏感性，低剪切力(4dyn·cm-2，24h)下培養的ECs會使這種敏感性受損。同時剪切力通過改變ECs中Piezo1通道的膜密度來影響其功能[42]。
3中藥抗剪切力損傷的研究進展
AS既是心血管疾病的潛在病理基礎，更是全球心血管疾病高發病率、高死亡率的主要原因[43]。有效地應用藥物預防及改善AS顯得尤為重要。因此，國內學者充分發揮中醫辨證論治和中藥的優勢，從文獻挖掘、人群調查、藥物篩選到動物實驗開展了一系列研究，系統梳理中醫藥治療AS的經驗及用藥規律，篩選有效藥材與復方，采用多學科交叉的方法，將流體剪切力作為發病機制的新切入點，從修復剪切力介導的內皮損傷、拮抗氧化應激和炎癥反應等層面闡釋中藥的干預效應。
3.1復方在剪切力介導的AS模型中的作用AS病位在脈，中醫可以將AS歸為“脈痹”的范疇。從中西醫不同角度理解AS的發病機制與治療，二者殊途同歸[44]。中醫認為氣虛無力推動血液運行，氣虛則血瘀，血瘀又可導致氣運行不暢，二者相互影響，“氣血不和”發為此病，從西醫講可以理解為血流異常導致病理剪切力直接作用于血管ECs，引發內皮功能障礙，損傷的內皮因不能正常轉導剪切力的機械信號，使血流更加紊亂。因此，目前經研究證實可以修復剪切力介導的血管內皮損傷的中藥復方以調理氣血，固本培元的方劑為主，使血流與剪切力逐漸恢復到正常狀態，改善內皮功能，從而發揮抗AS的作用。
針對現有的臨床與基礎研究，在中藥復方拮抗剪切力介導的AS性心腦血管疾病中，最具有代表意義的是以當歸補血湯、通竅活血湯等為代表的中醫經典方劑。當歸補血湯出自李東垣《內外傷辨惑論》，具有益氣生血之效。近年來，許多學者發現其對心腦血管疾病有一定的改善作用，可通過調節血流剪切力改善內皮功能，從而拮抗AS。研究發現，通過單側頸總動脈套管術建立異常剪切力導致的AS動物模型，使用當歸補血湯干預后，發現當歸補血湯可以有效調節血脂，改善血流變，提高血流速度，降低內皮素-1(ET-1)的產生，逆轉低剪切力區域血流剪切力，另外，當歸補血湯還可以抑制細胞間黏附分子-1(ICAM-1)，血管細胞黏附分子-1(VCAM-1)，氧化低密度脂蛋白受體-1(LOX-1)，NF-κB蛋白在低剪切力區域血管組織上的表達，從而減少炎癥反應，延緩AS的形成[45]。在體外實驗中，秦臻等[46-47]利用平行平板流動小室加載流體剪切力進行HUVEC造模，發現ECs在正常剪切力作用下，隨時間的延長，NO分泌及eNOS表達呈平穩增高的趨勢，當生理性剪切力為1.2，2.4Pa時，當歸補血湯可以顯著上調血管內皮細胞生長因子受體-2(VEGFR-2)，eNOS的表達，維護了ECs功能和內皮環境穩態。而在低剪切力作用下，ECs在短期內NO分泌增加，eNOS表達呈現應激性上調，隨著時間的推移，細胞分泌NO和表達eNOS卻急劇降低，當歸補血湯可以促進低剪切力作用下受損的ECs分泌NO，表達eNOS和VEGFR-2，部分逆轉ECs功能障礙，但效果遠不及在生理剪切力作用下[46-47]。內皮祖細胞(EPC)作為ECs的前體細胞，參與ECs的修復與更新，當歸補血湯還可通過激活NO/eNOS/Akt通路來改善低剪切力介導的EPC損傷，間接證明了其保護血管內皮的作用[48]。王清任所創通竅活血湯是治療中風病常用的經典方劑，有臨床研究發現，經加味通竅活血湯治療的瘀血阻絡證椎基底動脈延長擴張癥(VBD)患者比單純進行基礎治療的患者管壁剪切力升高得更為明顯，加味通竅活血湯可改善患者椎動脈和基底動脈血流速度，改善血流量和管壁剪切力，使VBD患者椎動脈及基底動脈的低血流剪切力狀態得以改善，延緩AS的發展[49]。出自《太平圣惠方》卷十八的黃連飲子主治熱病，便痢無度，煩憤不安。在黃連飲子基礎上加大黃、蓮子心組成的加味黃連飲子是臨床治療冠心病的效方，王倩等[50]采用網絡藥理學的方法篩選出加味黃連飲子可能通過賴氨酸專一性蛋白激酶(Src蛋白)調控流體剪切力與AS通路來治療冠心病，但這一機制尚需進一步研究驗證。
隨著現代醫學科學技術的滲入和中藥復方制劑在臨床的廣泛應用，目前，已有研究者發現通心絡膠囊、麝香保心丸等有望通過恢復異常血流變與剪切力發揮抗AS的效應。通心絡膠囊具有補氣活血、通絡止痛的功效，能夠降脂、抑制血小板聚集、抗炎、改善內皮損傷，對ECs具有保護和修復作用[51]。王國良[52]發現通心絡能夠減輕SD大鼠低剪切力引起的左側頸總動脈管腔狹窄和內膜中層增厚，抑制白細胞介素-1β(IL-1β)和ICAM-1的mRNA表達及誘導型一氧化氮合酶(iNOS)，CD68蛋白的表達，表明通心絡可能通過抑制炎癥因子的表達，減少巨噬細胞浸潤來發揮抗炎作用，改善低剪切力引起的血管重塑。麝香保心丸作為一種治療心血管疾病的傳統中藥復方制劑，具有芳香溫通，開竅止痛，益氣強心的功效，可有效改善內皮功能，抑制ECs凋亡，抗炎，延緩斑塊進展[53-54]。研究發現，生理的LSS(15dyn·cm-2)可顯著提高麝香保心丸改善內皮祖細胞增殖、遷移、黏附和體外成管能力的作用，縮短其修復內皮損傷的周期，改善內皮功能，促進血管形成[55]。銀丹心腦通軟膠囊是我國心腦血管疾病的常用藥，在動物實驗和臨床應用中具有活血化瘀、抗AS的作用。研究者采用低剪切力和高脂飲食相結合的方法建立大鼠AS模型，探析銀丹心腦通軟膠囊抗AS的作用機制，發現銀丹心腦通軟膠囊與游泳的協同作用可以改善血管內皮功能，血液循環，血液流變學參數和血脂水平，同時通過上調平滑肌22α蛋白(SM22α)促進血管重塑[56]。中藥復方修復剪切力介導的血管內皮損傷的作用機制見表1。
3.2中藥提取物在剪切力介導的內皮損傷中的作用中藥參蓮(SL)提取物為丹參和穿心蓮的中藥復方提取物，含丹參酮ⅡA3%，丹酚酸B38%，穿心蓮內酯20%，具有活血化瘀、清熱解毒的功效。SL提取物在AS的發展進程中具有抑制炎癥的作用[57-60]，可以局限AS斑塊面積，減輕病變程度[61-62]。周淑媛[63]發現SL提取物可能通過鈣離子依賴性途徑降低微絲肌動蛋白(F-actin)，肌球蛋白輕鏈激酶(MLCK)，Rho激酶(ROCK)，磷酸化肌球蛋白輕鏈/肌球蛋白輕鏈(p-MLC/MLC)的表達，抑制細胞骨架重排，從而改善低剪切力介導的內皮功能障礙。中藥SL提取物與10dyn·cm-2的正常剪切力可能通過抑制NF-κB信號通路的活化進而抑制黏附蛋白內皮細胞E-選擇素(E-selection)的表達，抑制ECs的炎癥反應，發揮預防AS的效應[64]。
中藥虎杖具有活血解毒、利濕退黃的功效，白藜蘆醇是虎杖中含量較高的一種二苯乙烯類化合物，研究證實白藜蘆醇具有良好的抗炎、抗氧化、抗衰老和血管保護等作用，因此被廣泛應用于AS的輔助治療中[65]。白藜蘆醇和生理的流體剪切力相互作用，促進ECs中雌激素受體-α(ER-α)依賴性有絲分裂，激活細胞外信號調節激酶(ERK)，促進ECs的增殖，從而促進動脈損傷后的再內皮化[66]。另外，白藜蘆醇可以通過抑制ERK/eNOSThr495磷酸化位點(eNOS-Thr495)通路緩解低剪切力誘導的細胞氧化應激損傷[67]。
血栓通膠囊的主要成分為三七總皂苷(PNS)，是中藥三七中最主要的活性成分。PNS具有抗炎、抗氧化應激，減少細胞凋亡，抑制血小板聚集，抑制內膜增生的作用[68-69]。血栓通膠囊可抑制低剪切力下血小板的黏附，發揮保護ECs的作用，其機制是抑制ECs中VCAM-1的表達及血栓素A2的分泌[70]。
靈芝三萜類化合物(GT)是靈芝的主要活性成分之一，靈芝三萜具有抗炎，抗腫瘤，抗人類免疫缺陷病毒，保肝等藥理作用[71-72]。GT可以通過消除OSS誘導的氧化應激和炎癥反應來預防AS[73]，在頸動脈結扎小鼠灌胃2周靈芝后防止了新內膜增厚，靈芝三萜類粗提取物可消除結扎誘導的新內膜形成并抑制ET-1，血管性血友病因子(vWF)，單核細胞炎性蛋白-1(MCP-1)的表達;在OSS干預下的HUVEC中測試了GT的抗炎活性，發現GT抑制了OSS誘導的促炎因子VCAM-1，腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白細胞介素-6(IL-6)的表達。同時，研究者還在HUVEC中測試了GT的抗氧化活性，以對抗過氧化氫(H2O2)的侵害。GT減少H2O2施加的細胞超氧化物積累從而減輕了H2O2誘導的內皮氧化應激損傷和促AS反應。
川芎嗪和丹酚酸B分別是中藥川芎和丹參的有效活性成分。既往的研究表明，川芎嗪和丹酚酸B可以抑制血小板聚集，減少血栓形成并改善微循環[74]。LI等[75]發現病理性高剪切力(3.0Pa)可以在短時間內誘導大鼠腦微血管內皮細胞(rCMEC)的早期和晚期凋亡，川芎嗪，丹酚酸B及其二者組合可以減少高剪切應力介導的rCMEC凋亡，并且川芎嗪和丹酚酸B之間存在協同作用。中藥提取物修復剪切力介導的血管內皮損傷的作用機制見表2。
4展望
流體剪切力大小和方向的異常改變是AS病變發生的必要條件，與心血管疾病和AS易感性密切相關。在不同的剪切力介導下，通過表觀遺傳學途徑或機械敏感性陽離子通道調控ECs功能，進而影響AS病理進程。中醫藥治療AS的研究已取得一定成果，但仍需要繼續開展分子和基因層面的系統研究，明確中醫藥抗AS的有效成分及作用靶點和機制，并開展大型臨床實驗以驗證其臨床療效。剪切力在AS病理中既可作為預測指標，又可作為藥物靶點，為中醫藥治療AS的研究提供新的思路，如何繼續挖掘中醫藥治療優勢，需要我們不斷思考并探索。——論文作者：張蕾1，劉佳麗1，藺琳1，李超1，李運倫1，2，楊雯晴1*
SCISSCIAHCI
