管腔内高压通过小窝蛋白-1促进血管炎症

高血压仍然是全球疾病负担和导致死亡率最大的单一因素。虽然有大量关于血压升高的病因和临床管理的报告，但对血压本身是否直接导致动脉粥样硬化的发病机制知之甚少。了解血压升高如何导致终末器官损伤对于成功治疗这种疾病至关重要。

炎症是一个复杂而动态的过程，血管内皮细胞和平滑肌细胞都不同程度地参与了血管炎症病变的过程，涉及粘附分子的表达和激活、活性氧（ROS）以及先天性和适应性免疫细胞募集和浸润到这些组织中。高血压与炎性细胞因子/趋化因子之间存在正相关性，如趋化因子配体2（CCL2），也称为单核细胞趋化蛋白1（MCP1）。在实验高血压模型中，在刺激核因子κB（NF-κB）时观察到粘附分子（包括ICAM-1和P-选择素）的表达增强。这些通路共同有助于参与高血压相关血管病变的免疫细胞的募集和粘附。

迄今为止，肾素-血管紧张素系统的激活和氧化应激一直是导致血管病变的炎症通路刺激的主要解释。然而，血管内压力升高作为延续机制的作用尚未得到探索。因此，墨尔本贝克心脏和糖尿病研究所、莫纳什大学医学系、昆士兰大学药学院等研究团队的一项实验探索了诱导管腔内高压（以模拟高血压疾病）是否促进大鼠和小鼠模型中内皮炎症和循环白细胞的吸引。了解高血管内压的相关性将有助于深入了解为什么高血压患者维持正常血压对于预防高血压相关的终末器官损伤很重要。

急性高腔内压诱导内皮炎症和白细胞粘附

鉴于高血压与血管炎症的关联，实验首先探讨了管腔内高压是否可以促进白细胞的募集，这是在不同压力下使用离体实时粘附测定模型进行的。结果发现，与在低（60mmHg）和正常血压（80mmHg）条件下加压的颈动脉（RCA）节段相比，在生理应激下灌注10分钟后，在120mmHg下加压1小时的RCA节段白细胞粘附显著增加（图1 A-B）。此外，与未加压的血管相比，内皮粘附分子Icam1和MCP1的mRNA表达显著增加（图1 C-D）。为了确认内皮的作用，将人脐静脉内皮细胞（HUVECs）培养并加压1小时。与80mmHg或0mmHg相比，HUVECs在120 mmHg时CCL2和ICAM1表达增加，表现出相似的mRNA模式（图1 E-F）。这些数据表明，急性高腔内压诱导白细胞粘附和内皮激活。

血管受到的血流动力学力包括周壁拉伸和流体剪切应力。压力的增加直接增加了圆周拉伸，这增加了粘附。在上述实验中，血管在无流动（即无剪切）的情况下施加压力1小时。为了检查孵育过程中不同流动情况的影响，对RCAs施加了低剪切应力（LSS：1.67 dyne/cm2）或高剪切应力（HSS：16.7 dyne/cm2）1 小时。在承受120 mmHg和LSS的RCAs中的粘附与无剪切而加压至120 mmHg的RCAs没有差异。然而，在120 mmHg和HSS作用下，血管的粘附降低，这支持研究中关于HSS保护作用的报道，以及LSS在没有压力的情况下不会引起炎症。此外，Ccl2的基因表达显示出类似的趋势，其中LSS增加压力诱导的炎症而HSS使其缓解，而Icam1没有观察到变化。

图1 急性高腔内压诱导血管内皮炎症。

ROS产量的增加在压力诱导的粘附中起作用

由于活性氧会导致高血压和炎症，实验评估了ROS产生的差异是否可能导致压力下血管炎症增加。与基线相比，加压至120 mmHg的HUVECs表现出DCFH-DA（为荧光探针检测细胞内ROS水平）强度的显著增加。此外，在120 mmHg 下 ROS产量持续快速增加。使用线粒体ROS抑制剂孵育加压的RCAs显示血管粘附减少。这些数据表明，压力诱导的白细胞粘附受到线粒体和NADPH氧化酶产生ROS的影响。

阻断血管紧张素1 受体对压力诱导的炎症没有影响

为了确认观察到的炎症作用是由高腔内压直接诱导的，而不受血管紧张素II（Ang II）释放的影响，实验检查了在AT1受体阻滞剂坎地沙坦存在的情况下，将RCAs加压至120 mmHg的效果。与单独的压力相比，实验没有观察到白细胞粘附的统计学显著变化，这表明观察到的压力诱导的粘附是与Ang II无关的。

精氨酸酶在压力诱导的炎症中的作用

在内皮细胞中，精氨酸酶（亚型I和II）可与eNOS竞争其共同底物L-精氨酸，从而降低NO的生成，在高血压动物和人类中精氨酸酶的表达和活性增强。事实上，在精氨酸酶抑制剂BEC存在下加压至120mmHg的RCA中的粘附降低到与加压至80mmHg的血管相似的水平。与对照组相比，精氨酸酶II亚型的基因表达也在120mmHg时增加，而精氨酸酶I亚型的表达随压力保持不变。这些数据表明，精氨酸酶II表达随压力的升高二增加，并直接导致白细胞与内皮的粘附。

压力诱导的内皮激活依赖于 NfκB

许多控制细胞因子诱导的内皮粘附分子表达的基因由NFκB驱动的。为了检测压力增加是否会影响NFκB活性，处理了未加压（0mmHg）或加压至120mmHg的HUVECs，并跟踪NFκB的细胞位置。在120mmHg（1h）下加压的HUVECs显示细胞核和细胞质NFκB荧光增加。NADPH氧化酶抑制剂apocynin以及精氨酸酶抑制剂BEC削弱了这种作用。此外，在SN50（ NF-κB 易位抑制剂）存在下，高压对HUVECs中粘附分子基因表达的影响降低，从而抑制细胞质中NFκB向细胞核的易位。

内皮完整性降低会增强压力诱导的炎症

为了研究膜完整性对白细胞粘附内皮的影响，实验评估了可有效的消除细胞中胆固醇的 MβCD以及RCA中的高压（120mmHg）。结果发现，RCA暴露于MβCD导致白细胞粘附显著降低，而实验旨在确定这是否也发生在体内。通过用Ang II或盐水（Sham）处理小鼠，在最后2周内用2HPβCD或盐水干预。

Ang II处理的小鼠血压升高，然而，2HPβCD处理对压力没有影响（图2 A）。重要的是，与假处理的小鼠相比，Ang II处理的小鼠在主动脉中的白细胞粘附增加，并且当与2HPβCD结合时，白细胞粘附受到抑制（图2 B）。此外，炎症基因表达标志物Icam1和Ccl2在Ang II处理期间表现出相似的表达增加趋势，当加入2HPβCD时，这种表达被抑制（图2 C-D）。这些结果强调了内皮完整性在血压升高下游的压力传感中的重要性。

图2 压力诱导的内皮炎症可能是通过小窝的破坏。

小窝在压力诱导的炎症中起关键作用

在排列在质膜上的各种机械传感器中，被称为Caveola（胞膜窖、小窝）的结构微域与感知压力和调节炎症有关。为了检查高压对颈动脉内皮细胞质膜上小窝密度和完整性的影响，实验对加压RCA（1h）的切片进行了成像（图2 E）。与80和0mmHg相比，高压（120 mmHg）减少了每μm膜长度的小窝数量（图2 E-F）。此外，随着加压至120mmHg的血管中内皮层的变形，形态变化很明显。钌红染色也证实了小窝数量随压力的减少。在加压血管中观察到的小窝数量减少的一个可能的解释是小窝蛋白-1（Cav1）和cavin-1的解体，先前已证明当小窝因压力而变平时会迅速解离。在加压RCA中Cav1和cavin-1的免疫荧光染色表明小窝在120mmHg下解体（图2 G）。

为了观察小窝在压力诱导的炎症中的作用，将来自小鼠胚胎心脏内皮的H5V细胞用含有shRNA的慢病毒转染小窝蛋白-1（H5V shCav）。H5V shCav与shRNA对照（H5V shScr）一起加压并评估炎症标志物。在相同压力下，与H5V shScr细胞相比，高压至120 mmHg的H5V shCav细胞中的Ccl2和Icam1基因表达降低。高压至120mmHg的H5V shScr细胞的细胞核和细胞质中的NFκB表达升高，这种影响在H5V shCav细胞中不明显。这些发现表明，压力通过触发NFκB通路的小窝蛋白-1依赖性机制诱导内皮炎症。

Ang II 和去甲肾上腺素诱导的高血压通过小窝蛋白-1 诱导内皮炎症和肾脏巨噬细胞浸润

为了检验体外和离体模型中观察到的压力效应是否独立于其他全身性高血压模型，实验检查了Ang II和去甲肾上腺素（NA）输注对内皮活化和巨噬细胞浸润的影响。Ang II 注射诱导C57BL/6J（WT）和小窝蛋白-1 敲除（Cav1−/−）小鼠的收缩压升高（图3 A）。WT小鼠收缩压升高导致白细胞粘附增加（图3 B）以及Ccl2，Icam1和Il6基因表达升高（图3 C-E）。然而，尽管收缩压升高，用Ang II处理的Cav1−/−小鼠表现出很少的主动脉炎症，炎症基因表达水平显著降低（图3 B-E）。

为了确定这种效应是否适用于与高血压相关的其他器官病变，实验检查了肾脏中的巨噬细胞浸润。Ang II处理的WT小鼠表现出CD68巨噬细胞浸润增加（图3 F-H）。流式细胞术进行F4/80染色时也观察到类似的趋势（图3 I）。这些肾脏中的炎症基因表达也升高（图3 J-M），有趣的是，这种表型在Ang II处理的Cav1−/−小鼠的肾脏中不存在（图3 F-M）。

为了确定巨噬细胞在体内通过Cav1浸润是否是由Ang II以外的高血压刺激引起的，对WT和Cav1−/− 小鼠注射去甲肾上腺素。结果表明了压力诱导的内皮炎症和巨噬细胞浸润都依赖于Cav1的表达，但不依赖于Ang II。

图3 在Ang II诱导的高血压中，小窝蛋白-1是血管炎症和巨噬细胞浸润所必需的。

图4 压力诱导炎症的机制总结。
（1）急性管腔内高压同时施加低剪切应力和周向拉伸，（2）分解小窝蛋白（Cav1和cavins）并导致小窝变平和缩小。（3）这种分解和/或压力施加导致NOX依赖性ROS产量增加，进而（4）导致精氨酸酶II活性的上调，随后激活反馈回路以进一步增加ROS产量。（5）精氨酸酶II和ROS的增加导致NFkB易位到细胞核中，导致粘附分子的基因和蛋白质表达增加。

总之，该研究为压力升高对血管炎症的直接影响提供了证据，进而对单核细胞粘附和巨噬细胞浸润有直接影响。这些是在高血压和动脉粥样硬化之间无法解释的关系中起作用的主要事件之一。这些数据提出了一种可能性，即在高血压和缺血性心血管疾病的情况下，小窝机械转导的治疗改进可能成为减弱进行性血管重塑和炎症的目标。

参考文献：Michell DL, Shihata WA, Andrews KL, Abidin NAZ, Jefferis AM, Sampson AK, Lumsden NG, Huet O, Parat MO, Jennings GL, Parton RG, Woollard KJ, Kaye DM, Chin-Dusting JPF, Murphy AJ. High intraluminal pressure promotes vascular inflammation via caveolin-1. Sci Rep. 2021 Mar 15;11(1):5894. doi: 10.1038/s41598-021-85476-z. PMID: 33723357; PMCID: PMC7960707.

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