越來越多的證據表明，成人血管生成不僅是內皮細胞 (EC) 增殖的結果，而且與循環內皮祖細胞 (EPCs) 的新生血管功能有關。研究發現，至少有兩種不同類型的 EPCs，早期 EPCs 和晚期 EPCs。缺血組織缺氧可促進晚期 EPCs 的增殖、遷移和粘附，提高管狀細胞形成能力，增強 EPCs 相關血管生成，使情況惡化。
 

因此，更好地了解晚期 EPCs 衍生血管生成的機制，將為缺血性疾病的新治療策略提供基礎。剪切應力對 ECs 和 EPCs 的有益影響完全由層流剪切應力 (LSS)介導的，而不是流紊或振蕩流。LSS 是調節 EPCs 功能的重要非藥理學手段。然而，關于 LSS 對晚期 EPCs 及其新生血管能力的個體效應的研究還很有限。
 

腫瘤抑制基因磷酸酶與張力蛋白同源物 (PTEN) 是 PI3K/Akt/eNOS 通路的內源性抑制劑，是缺血部位新血管形成的主要決定因素，并已被證明與 ECs 和 EPCs 的血管生成功能有關。此外，PTEN/Akt 信號通路在細胞增殖和生長等多個生物學過程中發揮重要作用，并參與血管張力調節、血管生成、粘附控制、白細胞向血管壁募集等典型內皮功能。


另一項研究表明，通過選擇性 PPAR δ 激動劑 GW501516 處理后，人 EPCs 中 GTP 環化水解酶 I (GTPCH I) 的表達和活性以及四氫生物蝶呤 (BH4) 的生物合成上調，PTEN 水平下調，從而增加 Akt 的磷酸化，導致 EPCs 的體內再生能力增強。


基于之前的研究，中山大學附屬第一醫院超聲科、中南大學湘雅醫院心血管內科、廣東省醫學科學院心血管病研究所等單位的專家學者進行了深入探索，該團隊推測剪切應力也可能調節晚期 EPCs 中 PTEN/Akt 和 GTPCH/BH4 信號通路的表達，從而進一步增強其體外活性和體內血管生成能力。相關研究成果發表在 Stem Cells International 題為《Shear Stress Triggers Angiogenesis of Late Endothelial Progenitor Cells via the PTEN/Akt/GTPCH/BH4 Pathway》。

實驗結果

1.層流剪切應力在體外增強晚期 EPCs 的功能

使用流室加載裝置將 EPCs 暴露在層流剪切應力下。將接種的細胞分別暴露于 5、15 和 25 dyn/cm² 的層流剪切應力持續 15h 或暴露于 15 dyn/cm² 的層流剪切應力持續 5、10 和 15 小時。對照組的 EPCs 保持靜止狀態。

層流剪切應力后，EPCs 的遷移、增殖  和管形成 均呈劑量和時間依賴性增加。

2.層流剪切應力調控 EPCs 中 PTEN/Akt 和 GTPCH/BH4 通路

經層流剪切應力處理后，PTEN 表達水平降低，Akt 磷酸化水平升高，且呈劑量和時間依賴性。此外，GTPCH I 的表達以及晚期 EPCs 細胞內 BH4 和 NO 水平也響應層流剪切應力而呈劑量和時間依賴性增加。總的來說，這些數據表明 LSS 降低 PTEN 表達，誘導 Akt 磷酸化，隨后誘導晚期 EPCs 中的 GTPCH/BH4 通路激活。

3.層流剪切應力觸發晚期 EPCs 中 GTPCH/BH4 通路上游的 PTEN/Akt 激活

正如預期的那樣，用 GTPCH I shRNA 預處理并沒有阻止層流剪切應力誘導的 PTEN 表達降低和 Akt 磷酸化升高，并且抑制 Akt 磷酸化也沒有改變 LSS 下 PTEN 的表達水平。

相比之下，shRNA 介導的 GTPCH I 敲低顯著抑制了 LSS 誘導的 GTPCH I 表達，導致晚期 EPCs 中細胞內 BH4 和 NO 水平的降低。在用 Akt 磷酸化特異性抑制劑 LY 處理后觀察到相同的效果。這些結果表明層流剪切應力通過抑制 PTEN 表達和誘導 Akt 磷酸化激活 GTPCH/BH4 通路。

4.PTEN/Akt/GTPCH/BH4 通路介導的剪切應力增強晚期 EPCs 的體外功能和體內血管生成能力

然后，實驗評估了 PTEN/Akt/GTPCH/BH4 通路在 EPCs 功能中的作用。用 GTPCH I shRNA 或 LY 預處理減弱了層流剪切應力誘導的晚期 EPCs 的遷移、增殖和管形成活性。與體外結果一致，層流剪切應力顯著改善了小鼠模型股動脈結扎后肢體缺血的功能恢復。此外，GTPCH I shRNA 或 LY 可阻斷這種功能恢復。

最后，股動脈結扎后第 14 天腓腸肌 CD31 染色顯示， LSS 顯著增強小鼠缺血肢體的血管生成，這被 GTPCH I shRNA 或 LY 抑制。總的來說，這些結果證實 LSS 通過 PTEN/Akt/GTPCH/BH4 通路在體內和體外觸發晚期 EPC 功能。

實驗結論

總之，該研究首次證明剪切應力通過 PTEN/Akt/GTPCH/BH4 通路增強了晚期 EPCs 的體外功能和體內新生血管生成能力。這項研究為剪切應力對 EPC 介導的血管生成的保護作用提供了新的見解，表明剪切應力是缺血性疾病的重要非藥物治療策略。

參考文獻：Wu SH, Zhang F, Yao S, Tang L, Zeng HT, Zhu LP, Yang Z. Shear Stress Triggers Angiogenesis of Late Endothelial Progenitor Cells via the PTEN/Akt/GTPCH/BH4 Pathway. Stem Cells Int. 2020 Apr 30;2020:5939530. doi: 10.1155/2020/5939530. PMID: 32399044; PMCID: PMC7210539.

文章來源：http://www.naturethink.com/?news/140.html​

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