血流动力学剪切应力作为血流产生的摩擦力，可调节血管内皮细胞行为（如凋亡），其异常与肺栓塞（PE）、肺动脉高压（PAH）和慢性血栓栓塞性肺动脉高压（CTEPH ）等肺血管疾病相关。肺内皮细胞分为大血管和微血管两类，其中微血管内皮细胞的凋亡特性独特且与 PAH 等疾病相关。已知生理范围的剪切应力可通过激活 PI3K/Akt 通路抑制某些内皮细胞（如 HUVECs）的凋亡，但对人肺微血管内皮细胞（PMVECs）的作用及机制尚未明确。

鉴于肺内皮细胞异常凋亡的危害性，美国约翰・霍普金斯大学医学院肺科与危重症医学科的研究团队对生理剪切应力通过 PI3K 信号通路减少人肺微血管内皮细胞凋亡这一假设进行验证。研究成果发表在Physiological reports期刊，题为“ Physiological shear stress suppresses apoptosis in human pulmonary microvascular endothelial cells”。

首先，为了明确剪切应力对人肺微血管内皮细胞（PMVECs）中 PI3K 激活的作用，研究人员检测了 PI3K 下游靶标 Akt 的磷酸化水平。结果显示，1 小时急性或 24 小时长期的生理性剪切应力（12 dyn/cm²）均可显著提高 Akt 磷酸化水平，且这一效应可被 PI3K 抑制剂 LY294002 阻断，而总 Akt 表达量不受影响（图 1a  和1b）。当停止（0 dyn/cm²）或降低剪切应力（3 dyn/cm²）后，Akt 磷酸化水平会迅速下降（图 1c ）。这些结果表明，剪切应力可通过 PI3K 快速且动态地调控 Akt 磷酸化，并在持续暴露期间维持这一激活状态。

图1    剪切应力激活 PMVECs 中的 PI3K/Akt 通路。

接着，研究人员探究了 PI3K 在PMVECs 存活中的作用。研究发现，在静态培养条件下，PI3K 抑制剂 LY294002 会通过增加染色质浓缩（图 2a）、提高胱天蛋白酶 3/7 活性（图 2b）和促进 DNA 片段化等方式诱导细胞凋亡（图 2c）。但当PMVECs 先在生理性剪切应力下适应 24 小时后，LY294002 诱导的凋亡能被wanquan抑制。这表明生理性剪切应力可抵消 PI3K 被抑制所引发的凋亡效应。

图2     剪切应力可减少 PMVECs 的凋亡。

随后，为了研究生理性剪切应力的抗凋亡作用是否具有广谱性，研究人员使用广谱蛋白激酶抑制剂星形孢菌素（STS）对细胞进行处理。结果显示，静态培养的细胞经 STS 处理后，染色质浓缩、胱天蛋白酶激活及 DNA 浓缩等凋亡标志物均显著增加（图 3a-c）。而在剪切应力条件下，STS 诱导的上述凋亡指标均被显著抑制。这些结果表明，生理性剪切应力的抗凋亡作用不仅针对 PI3K 抑制引发的凋亡，对 STS 介导的凋亡同样有效，提示生理性剪切应力抗凋亡效应具有一定的广泛性。

图3     剪切应力减弱 STS 诱导的 PMVECs 凋亡。

最后，研究人员探究了 PI3K 活性在剪切应力诱导的对 STS 凋亡抵抗中的作用。结果显示，在生理性剪切应力下维持 48 小时的 PMVECs，其 Akt 磷酸化水平较静态条件下的细胞升高，且暴露于 STS 后 Akt 磷酸化水平较剪切应力作用下的细胞略有增加（图 4），可能存在代偿性抗凋亡机制，而 Akt 丰度在各实验条件下均无变化。此外，在经剪切应力适应 24 小时后暴露于 STS 并持续处于剪切应力下的细胞中，使用 LY294002 抑制 PI3K，会使染色质浓缩、胱天蛋白酶 3/7 激活及 DNA 片段化显著增加（图 5），这表明 PI3K 介导了剪切应力诱导的对 STS 的凋亡抵抗。

图4    剪切应力诱导的 PI3K 活性升高不受 STS 的抑制。

图5    PI3K/Akt 通路参与剪切应力依赖性的对 STS 的凋亡抵抗

图6    研究结果示意图

总之，文章指出肺血管疾病与血流及剪切应力的改变密切相关。生理性剪切应力可使肺微血管内皮细胞中 PI3K 活性持续升高，并能保护细胞免受 LY294002 或 STS 诱导的凋亡，其中对 STS 诱导凋亡的保护作用依赖于 PI3K（图 6）。生理剪切应力增加 PI3K/Akt 活性并抑制正常人 PMVEC 的细胞凋亡。

参考文献：Yan S, Philip NM, Murray ST, Yun X, Croglio MP, Suresh K, Damarla M, Shimoda LA, Kolb TM. Physiological shear stress suppresses apoptosis in human pulmonary microvascular endothelial cells. Physiol Rep. 2025 Mar;13(6):e70269. doi: 10.14814/phy2.70269. PMID: 40110888; PMCID: PMC11923950.
原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40110888/

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