淋巴管內皮細胞的機械感覺和轉導是淋巴管發(fā)育和功能的重要調節(jié)因子

哺乳動物的循環(huán)系統(tǒng)主要由心血管系統(tǒng)和淋巴系統(tǒng)共同組成。兩種血管系統(tǒng)都由內皮細胞 （ECs） 組成，內皮細胞在某些血管床中被平滑肌細胞、周細胞和基底膜包圍。與血液直接接觸的內皮細胞被稱為血管內皮細胞（BEC），而與淋巴直接接觸的內皮細胞被稱為淋巴管內皮細胞（LEC）。淋巴系統(tǒng)在維持體內液體平衡、細胞攝取和運輸以及營養(yǎng)物質的吸收和轉運方面發(fā)揮著重要作用，同時，淋巴系統(tǒng)還是免疫系統(tǒng)的重要組成部分。重要的是，最近的研究揭示了器官特異性淋巴管功能在心血管疾病、肥胖或影響中樞神經系統(tǒng)的疾病等多種疾病中的重要性。

已經證明，機械力有助于內皮細胞的命運決定，并通過促進淋巴網絡的發(fā)芽、發(fā)育、成熟以及協(xié)調淋巴管瓣形態(tài)發(fā)生和淋巴管瓣的穩(wěn)定，在影響淋巴管內皮細胞的形狀和排列方面發(fā)揮關鍵作用。然而，這些過程中涉及的機械信號傳導和機械轉導途徑知之甚少。

因此，在匈牙利塞梅維什大學醫(yī)學院生理學系課題組的一項研究綜述中，概述了機械力對淋巴管的影響，并總結了目前對淋巴管內皮細胞機械感覺和機械轉導所涉及的分子機制的理解。相關內容發(fā)表在 International Journal of Molecular Sciences 期刊題為“Mechanosensation and Mechanotransduction by Lymphatic Endothelial Cells Act as Important Regulators of Lymphatic Development and Function”。

先前的體外實驗表明，LECs和BECs對相同的機械應力條件的反應不同。低于 4 dynes/cm² 的平面剪切力，LECs和BECs均呈平行于流動方向伸長，而在平均速度為10 μm/s的間隙流下，LECs形成大液泡并表現出長樹枝狀延伸，而BECs則形成分支、流線型結構。另一項體外研究表明，雖然在4 dynes/cm²的層流剪切應力下，LECs變得細長并與流動方向對齊，但在4 dynes/cm²，¼ Hz 的振蕩剪切應力（OSS）下，LECs更趨于立方形，并且其排列對流動方向的依賴性較小。

體外研究表明，平均速度為4.2 μm/s的緩慢間隙流通過提高基質結合生長因子對細胞的可利用性，與分子因子協(xié)同作用，促進血管和淋巴管的生長。同樣，在3D體外模型中已證明，平均速度為1 μm/s的間隙流可增強促淋巴管生成分子因子的作用，并確定淋巴管發(fā)芽的方向。

根據這些結果，流動特性影響LECs的形狀，排列和發(fā)芽，這些發(fā)現表明流體壓力和流動產生的機械力可能在淋巴管的發(fā)育和功能中起關鍵作用。

人體淋巴系統(tǒng)的發(fā)育開始于懷孕40周左右的第6周至第7周。血管內皮細胞以出芽的方式分化形成淋巴內皮細胞。同源轉錄因子1（PROX1）陽性的靜脈內皮細胞在血管內皮生長因子受體3（VEGFR-3）介導的血管內皮生長因子C（VEGF-C）信號的作用下出芽、遷徙，這些最初的淋巴內皮細胞聚集形成初級淋巴管，即淋巴囊。淋巴管的進一步發(fā)育和成熟以器官特異性的時間和方式進行。在這些過程中，未成熟的前淋巴叢相互連接，形成額外的淋巴管，未成熟的前淋巴管經歷結構重塑，最終形成初始的毛細淋巴管和集合淋巴管。

血管系統(tǒng)和淋巴管系統(tǒng)在頸靜脈區(qū)域相連，鎖骨下靜脈與頸內靜脈交角處，左側接受胸導管，右側有右淋巴導管注入。胸導管通過淋巴靜脈瓣膜（lymphovenous valve，LVV）將淋巴液返回血液循環(huán)并防止靜脈血液回流進入胸導管。血流產生的機械力和參與淋巴靜脈瓣膜形成的分子因子，如FOXC2、GATA2、PROX1、整合素α9、連接蛋白和Wnt/ß-catenin信號傳導，均有助于LVV的形態(tài)發(fā)生。

研究證實，OSS（4 dynes/cm²，¼Hz或平均0.67 dynes/cm²，最大值為3.25 dynes/cm²，最小值為 -1.25 dynes/cm²，1Hz）上調轉錄因子FOXC2、GATA2及其下游分子因子，如連接蛋白37、整合素α9、ephrin B2、neuropilin 1和KLF-2 的表達，這可能是以VE-cadherin/Wnt/ß-catenin依賴性的方式。
 

圖1 淋巴系統(tǒng)中的流動模式。

（A）即使在建立腔內瓣膜之前，分支中的LECs也暴露于具有較高剪切應力的擾動流模式中。（B）成熟的集合淋巴管的淋巴瓣膜處的流動受到干擾。淋巴瓣周圍的瓣膜形成 LECs 和管腔 LECs 也暴露于擾動的流動中，而分支、瓣膜和曲率以外的其他部位的 LECs 暴露于更多的層流中。

最近的研究表明，YAP/TAZ信號在LECs中流動依賴的基因轉錄調節(jié)中起作用。轉錄因子TAZ在形成LECs的淋巴瓣中表達，體外數據表明4 dynes/cm²，¼ Hz OSS 可增強YAP和TAZ的核易位，這是它們調節(jié)基因轉錄功能所必需的。這暗示了受局部剪切應力特征和分子因子影響的YAP/TAZ信號傳導可能在協(xié)調淋巴瓣形成和管腔LECs的空間基因表達模式中起核心作用。

這些剪切應力誘導的轉錄因子的激活需要調節(jié)基因表達和細胞功能的機械感覺機制。研究揭示了PIEZO1介導的機械轉導在淋巴瓣發(fā)育和維護中的作用。在人類中，PIEZO1基因功能突變缺失或喪失可引起遺傳性淋巴水腫，這是淋巴管發(fā)育程序缺陷的結果。重要的是，PIEZO1并不是唯一被認為影響淋巴管成熟的機械敏感離子通道。鈣釋放激活鈣通道蛋白1（ORAI1）是鈣釋放激活鈣離子通道（CRAC）通道的亞基，在LECs中被剪切應力激活并介導Ca²⁺ 內流。層流誘導LECs中KLF-2和KLF-4的ORAI1依賴性上調，促進VEGF-C表達，以及其他有助于細胞周期進程的分子因素。除了在淋巴管發(fā)育中的作用外，CRAC通道還被提出介導淋巴屏障功能的 Ca²⁺ 依賴性調節(jié)。

細胞內 Ca²⁺ 與KLF-2和PROX1共同作用，被認為在剪切應力誘導的淋巴發(fā)芽和發(fā)育中起核心作用。然而，體外數據表明，OSS（平均0.67 dynes/cm²，最大 3.25 dynes/cm² 和最小 -1.25 dynes/cm²，1 Hz）誘導KLF-2的表達，但不誘導PROX1的表達，這進一步支持KLF-2在淋巴剪切應力誘導的信號轉導中的作用。

PECAM、VE-鈣粘蛋白、VEGFR-2和VEGFR-3在ECs中形成機械感覺復合物，被認為通過激活磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）/Akt通路和以血流依賴的方式重塑細胞骨架，促進細胞增殖。

PECAM被證明在淋巴管胚胎成熟期間的淋巴機械感覺和瓣膜形成中發(fā)揮作用，因為PECAM缺失的小鼠胚胎顯示出淋巴重塑缺陷，而LEC-特異性條件缺失VE-鈣粘蛋白也導致小鼠淋巴瓣缺陷。此外，VEGFR-2已被證明在LECs上表達，并被認為在淋巴發(fā)育程序和成人淋巴管生成中支持VEGFR-3信號。體外結果表明，VEGFR-3在BECs上的表達取決于流體剪切應力特性。重要的是，在成熟的淋巴網絡中，暴露于不同局部流動特征的LECs之間的VEGFR-3表達也不同。這表明，VEGFR-3在EC中的表達至少部分受到剪切應力誘導機制的調節(jié)。

盡管PECAM-VE-鈣粘蛋白-VEGFR-2/3機械感受器復合物已在BECs中進行了研究，但結果表明PECAM 和VE-鈣粘蛋白參與淋巴瓣形成和淋巴重塑，結合VEGFR-3在淋巴發(fā)育中的已知功能，表明這些分子因子也可能有助于LECs中的這些機械力依賴性過程。

圖2 目前已知的LECs機械感覺和機械轉導分子途徑的示意圖概述。線條表示分子之間的直接聯(lián)系，如轉錄調節(jié)、復合體形成、直接激活或失活。虛線表示間接連接。虛線表示假定的或仍然不明確的聯(lián)系。

綜上所述，該綜述所提出的研究結果支持流動誘導的機械力動力學在EC命運的確定和維持中起著關鍵作用；調節(jié)LECs的形狀、排列和淋巴網絡的成熟；促進淋巴發(fā)芽和發(fā)育；并協(xié)調淋巴瓣膜和淋巴靜脈瓣膜的形態(tài)形成和維持。由于大多數這些分子因子被認為至少部分地受到血流誘導的機械力的調節(jié)，這些數據強調了淋巴血流誘導的分子途徑可能的臨床相關性。盡管最近在理解LECs的機械感覺和機械轉導機制方面取得了重要進展（圖2），但這些過程的分子背景仍然還需進一步探索。

參考文獻：Bálint L, Jakus Z. Mechanosensation and Mechanotransduction by Lymphatic Endothelial Cells Act as Important Regulators of Lymphatic Development and Function. Int J Mol Sci. 2021 Apr 12;22(8):3955. doi: 10.3390/ijms22083955. PMID: 33921229;PMCID: PMC8070425.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33921229/

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