內皮細胞(ECs)是排列在血管內表面的特化細胞，形成連續的單細胞層。因此，它們是血管壁的一部分，在控制血流和周?chē)M織之間的物質(zhì)交換中起著(zhù)至關(guān)重要的作用[1]。內皮細胞根據其在循環(huán)系統中的位置進(jìn)一步細分，如動(dòng)脈、靜脈、毛細血管和淋巴管。在這篇文章中，我們將探討內皮細胞的功能，重點(diǎn)是心血管系統的內皮細胞。具體而言，我們將研究如何在體外研究?jì)绕ぜ毎谘苌?、屏障形成、血流不足和炎癥方面的作用。
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基礎情況
新血管生長(cháng)的過(guò)程它在發(fā)育生物學(xué)、傷口愈合以及腫瘤生長(cháng)中起作用(圖1)。血管生成本身由多個(gè)步驟組成，包括:
* EC增殖
* 定向遷移(通常通過(guò)趨化性)
* 管道形成和管腔化
* 成熟: 成熟、融合、重塑、次級細胞的募集(如周細胞和血管平滑肌細胞)
總之，這些步驟共同促進(jìn)了整個(gè)血管生成過(guò)程，即從現有血管形成新血管[2]。毫無(wú)疑問(wèn)，血管生成是高度復雜的。要全面了解整個(gè)過(guò)程，我們需要檢查各個(gè)組成部分。采用體外分析使科學(xué)家能夠專(zhuān)注于血管生成過(guò)程的特定成分，從而促進(jìn)更可控和詳細的分析。
圖1. 研究血管生成過(guò)程，如血管發(fā)芽和趨化性，對于理解腫瘤血管形成至關(guān)重要
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應用實(shí)例1：闡明間隙連接
在內皮細胞遷移中的作用
Mannell等人2021年的這項研究檢測了間隙連接蛋白43(Cx43)在EC遷移和血管生成中的作用。該研究小組發(fā)現，在人微血管內皮細胞(HMEC)中，siRNA敲低Cx43可減少細胞遷移(圖2)。從機制上講，研究小組發(fā)現Cx43的功能是通過(guò)與酪氨酸磷酸酶SHP-2[3]相互作用介導的。
為了研究CX43在EC遷移中的作用，如先前研究所述，將 ibidi Culture-Inserts插件放置在 µ-Slide 8 Well（8孔腔室載玻片）中，以評估遷移速度和方向性[3]。
該小組表明：內皮細胞遷移和血管生成需要Cx43，而這是由SHP-2介導的。
圖2. HMEC遷移單細胞軌跡顯示Cx43 siRNA敲除后遷移減少。圖片來(lái)自Mannell等人2021 [3]
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ECs in Barrier Formation屏障形成中的內皮細胞
血管中的內皮細胞單細胞層對其在血液和周?chē)M織之間形成屏障的功能至關(guān)重要，最著(zhù)名的是血腦屏障（BBB）。內皮細胞通過(guò)多種途徑積極調節化合物轉運，包括細胞旁水性途徑、跨細胞親脂性途徑、受體介導的跨細胞轉運、載體介導的內流和吸附性跨細胞轉運（圖3）
由于其在藥物遞送、藥理學(xué)、毒理學(xué)和腫瘤學(xué)中的重要性，了解EC屏障的功能和機制是一個(gè)備受研究的研究領(lǐng)域。
了解EC屏障的功能和機制是一個(gè)備受研究的研究領(lǐng)域，因為它在藥物傳遞、藥理學(xué)、毒理學(xué)和腫瘤學(xué)中具有重要意義。
圖3. ECs(品紅色)在屏障形成中起著(zhù)關(guān)鍵作用。圖片來(lái)自Kugler等人, 2021 [5]
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應用實(shí)例2：
血腦屏障體外模型的建立
在Choublier等人在2021年[6]進(jìn)行的一項研究中，解決了與研究血腦屏障相關(guān)的實(shí)驗挑戰。血腦屏障由于其在大腦中的位置以及對恒定、層流和均勻血流的需求而存在困難。為了應對這些挑戰，研究人員開(kāi)發(fā)了一種堅固、低成本的裝置，將上部通道連接到 ibidi Pump System ibidi泵系統/流體剪切力系統，建立四天的培養基單向循環(huán)以模擬生理條件。
Choublier及其同事表明，該裝置適用于評估屏障功能（圖4）和研究藥物通過(guò)血腦屏障的轉運。此外，ibidi泵系統和µ-Slide具有評估和復制在人體細胞類(lèi)型(如腸道或腎臟)中發(fā)現的屏障的潛力。
建立一個(gè)具有調節流動(dòng)的系統可以在類(lèi)似體內的條件下研究?jì)绕ぜ毎?，這比靜態(tài)系統更好地模擬真實(shí)的生理狀態(tài)。
圖4.在靜態(tài)條件下(a)和靜態(tài)流動(dòng)下(b)培養7天的細胞，顯示內皮單層特化。藍色細胞核、綠色F-肌動(dòng)蛋白、黃色β-連環(huán)蛋白粘附連接和紅色ZO-1緊密連接。圖片來(lái)自Choublier等人，2021 [6]
流動(dòng)中的內皮細胞
血流產(chǎn)生的剪應力對EC細胞極化、蛋白質(zhì)表達和形態(tài)學(xué)有直接影響(圖5)。雖然一個(gè)主要的研究領(lǐng)域是了解靜態(tài)流動(dòng)導致生理EC，但另一個(gè)研究領(lǐng)域是研究紊亂的流動(dòng)狀態(tài)如何導致動(dòng)脈粥樣硬化等疾病。
圖5. 血流產(chǎn)生的剪切應力直接影響細胞極化、蛋白質(zhì)表達和形態(tài)
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應用實(shí)例3：解讀線(xiàn)粒體
在內皮細胞健康中的作用
Hong等人2022 [7]的這項工作，研究了了線(xiàn)粒體在維持內皮細胞穩態(tài)和健康中的作用。研究結果表明，線(xiàn)粒體斷裂在暴露于紊亂流動(dòng)的區域增加，而細長(cháng)的線(xiàn)粒體在單向流動(dòng)的區域占主導地位。這表明流動(dòng)模式對線(xiàn)粒體融合/分裂事件有深遠的影響，影響內皮細胞的促炎和代謝狀態(tài)。研究人員使用了ibidi Pump System ibidi泵系統/流體剪切力系統來(lái)研究流動(dòng)模式相關(guān)的動(dòng)力學(xué)。
總之，這項研究表明，流動(dòng)對內皮細胞的健康有著(zhù)至關(guān)重要的影響，這在一定程度上是由于線(xiàn)粒體的變化。
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炎癥中的內皮細胞
全身炎癥對內皮細胞以及內皮細胞如何與其他細胞相互作用有直接影響。一般來(lái)說(shuō)，由內皮細胞形成的屏障會(huì )變得更容易泄漏[8]，并且諸如免疫細胞滾動(dòng), 趨藥性和跨內皮遷移在炎癥期間升高(圖6)。
圖6. 炎癥過(guò)程影響內皮細胞，以及內皮細胞如何與其他細胞相互作用。例如，諸如免疫細胞滾動(dòng)、趨化性和跨內皮遷移等過(guò)程在炎癥期間升高。
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應用實(shí)例4：
研究導致動(dòng)脈粥樣硬化的因素
在Forde等人2020[9]的一項研究中，研究了促動(dòng)脈粥樣硬化條件下腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導配體（TRAIL）對人主動(dòng)脈內皮細胞（HAEC）的影響。結果表明，在暴露于振蕩剪切應力的HAEC中，TRAIL使基因表達向抗氧化方向轉變，從而具有血管保護作用。此外，TRAIL顯著(zhù)減少了暴露于TNF-α和高血糖的HAEC中活性氧（ROS）的形成。這些發(fā)現表明TRAIL通過(guò)減少氧化應激對內皮細胞具有動(dòng)脈粥樣硬化保護作用。
本研究使用ibidi Pump System ibidi泵系統/流體剪切力系統和ibidi Channel Slide通道玻片建立了促動(dòng)脈粥樣硬化振蕩剪切應力培養模型，已知振蕩剪切應力可促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的形成[10]。
在這篇文章中，我們探討了心血管系統中的內皮細胞以及體外研究?jì)绕ぜ毎囊饬x。我們旨在了解內皮細胞在不同生理環(huán)境中的作用，這使我們能夠認識到，不僅內皮細胞的規格和狀態(tài)很重要，而且它們的環(huán)境也很重要。
通過(guò)在受控條件下進(jìn)行研究，體外研究為單獨通過(guò)體內實(shí)驗探索具有挑戰性或不可能的過(guò)程提供了有價(jià)值的見(jiàn)解。通過(guò)研究各種機制和過(guò)程，如血管生成、屏障形成、血流不足和炎癥，我們強調了體外研究的價(jià)值。
參考文獻
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[4] Kameritsch P, Kiemer F, Mannell H, Beck H, Pohl U, Pogoda K. PKA negatively modulates the migration enhancing effect of Connexin 43. Biochim Biophys Acta Mol Cell Res. 2019 May;1866(5):828-838. doi: 10.1016/j.bbamcr.2019.02.001.
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