内皮细胞中机械敏感性 G 蛋白偶联受体参与流动介导的血管舒张
时间：2022-05-06 阅读：393
内皮细胞（ECs）是血管功能的关键决定因素，在调节血管张力和重塑中发挥关键作用。内皮功能不仅受多种化学介质（如激素、细胞因子和神经递质）的调节，还受机械力（包括流体剪切应力）的支配。机械转导在动脉中尤为重要，它使 ECs 能够控制短期血管张力和长期血管重塑，从而根据组织要求调节血管直径。目前，内皮依赖性血管舒张涉及三个主要机制：内皮一氧化氮合酶（eNOS）产生一氧化氮（NO）、环氧合酶合成前列腺素和/或打开钙敏感钾通道。
在体内，血流表现出不同的形式，分为两大类：层流和湍流（振荡）流。这些不同的流动模式由一系列不同的机械传感器感知，这些传感器将各种物理信号转换为生化信号，将它们与下游信号通路耦合。先前的研究表明，剪切应力会激活位于细胞膜中的各种机械传感器，引发多种信号通路，从而改变基因表达和内皮功能。这些被提出的机械传感器是 G 蛋白偶联受体（GPCRs）和 G 蛋白、酪氨酸激酶受体、离子通道、整合素和糖萼。然而，GPCRs 和 G 蛋白被认为是主要的机械传感器，在剪切应力信号转导中起着至关重要的作用。
基于此，山东大学齐鲁医院手足外科、附属山东省妇幼保健院产科、吉林大学第一医院手足外科的研究团队曾做过一份综述，旨在阐述血流剪切应力通过 ECs 中提出的机械敏感性的 GPCRs 促进血管舒张的机制。
GPCRs 的结构特征
GPCRs 具有共同的结构，包括具有细胞内 C 端、细胞外 N 端和由 3 个细胞内环（ICL1-ICL3）和 3 个细胞外环（ECL1-ECL3）连接的 7 个跨膜螺旋（TM1-TM7）的单面多肽。
ECs 不断受到血流动力学力的影响，包括剪切应力、轴向应力（施加于血管壁的垂直力）和周向应力（血管壁的周向拉伸）。ECs 对由血流产生的平行于血管壁的摩擦力产生的剪切应力敏感。事实上，已经确定来自 EC 和血流之间的相互影响的信号是血管稳态的重要决定因素。细胞膜又称质膜（plasmalemma），由位于磷脂中包含胆固醇的磷脂双分子层组成，在各种环境中维持细胞膜的流动性，并含有膜蛋白。EC 质膜对剪切应力的直接反应是迅速降低脂质相序和胆固醇含量并增加流动性，这可能与剪切应力传感和反应机制有关。膜物理特性的这些变化对应于机械转导，激活每种力所*的膜受体。磷脂双分子层的这些变化可以使完整的膜蛋白如 GPCRs 形成活性构象。
有研究检测流体剪切应力引起的 GPCRs 构象动力学，发现在生理剪切应力值（≈15 dynes/cm2）下，所有发生构象变化的 GPCRs 的变化程度均达到饱和，并证明剪切应力介导的 GPCR 配体非依赖性构象改变是由 EC 中质膜张力和膜流动性增强引起的。值得注意的是，ECs 的自分泌激活途径并不参与剪切应力介导的 GPCRs（缓激肽 B2受体，B2R）中构象变化。
GPCRs 可以与细胞骨架相互作用，有效地感知和传递张力。细胞的机械行为是由不同的细胞骨架丝和细胞外粘附之间的相互作用决定的。此外，剪切应力会引起机械敏感性 GPCRs 的显著构象改变，这可能导致 helix 8 的延长和随后的G 蛋白激活，从而诱导信号转导。G 蛋白在流动剪切应力开始后的一秒内被激活。有研究证明剪切应力（0-30 dynes/cm2）可以以剂量依赖的方式激活 G 蛋白，并且磷脂双分子层介导剪切应力在蛋白受体缺失的情况下激活膜结合 G 蛋白的能力。这种反应受磷脂双分子层的物理特性调节。GPR68 也称为卵巢癌 G 蛋白偶联受体1（OGR1）。剪切应力和低 pH 值都可以激活 GPR68。GPR68 在 pH 6.8 时*激活，但在 pH 7.8 时无活性。在受体水平上，GPR68 通过连接物理和化学刺激，可以激发细胞动态响应其微环境中的机械力和 pH 变化。此外，研究表明 GPR68 的剪切应力感应效应是小直径动脉的。S1PR 1是 GPCRs 的 S1P 家族的原型。S1PR 1 负责血管舒张，而 S1PR 2 和 S1PR 3 已被证明在 S1Ps 介导的血管收缩中起关键作用。血流剪切应力和循环 S1Ps 都可以激活内皮细胞 S1PR 1 以在发育过程中稳定血管和扩张血管。此外，S1PR 1 可以充当机械传感器。体外实验表明，层流剪切应力可以抑制 S1P 降解并刺激 EC 中的 S1P 释放，从而导致血管舒张。此外，S1PR 1 可以以配体无关的方式被激活，以响应层流剪切应力。因此，S1PR 1 是 ECs 中生物力学信号的关键信号成分。组胺 H1受体（H1R）是一种 GPCR，参与由各种过敏原引起的 I 型超敏性过敏反应。H1R 在全身各组织中均有表达，在 ECs 中高度表达，其表达水平高于平滑肌细胞。在生理水平上，H1R 被确定为 ECs 中流体剪切应力的传感器，导致流动引起的血管舒张。介导血管舒张的 H1Rs 分布于整个阻力血管（小动脉）。H1R 作为一种内皮机械传感器，负责血管的自动调节，类似于 GPR68 。缓激肽是一种有效的血管扩张剂，可能与组胺一起在炎症和肿胀中发挥作用，可放松小动脉平滑肌，导致血管舒张和血流量增加。缓激肽主要通过两种受体亚型起作用：缓激肽 B1 受体（B1Rs）和缓激肽 B2受体（B2Rs）。B2Rs 在血管内皮细胞中含量丰富，并存在于平滑肌小动脉中。B2Rs 被认为是内皮细胞的机械传感器，介导血管的生理和病理功能。流体剪切应力可以通过 GPCRs 的构象动力学激活 ECs 上的 B2Rs 。这反过来又刺激 Gα q/11敏感性 PLC 以促进磷酸肌醇水解并增加细胞内 Ca2+ 浓度，最终通过 Ca2+ 介导机制导致 eNOS 和 NO 的产生。总之，目前越来越多的证据表明，GPCRs 是主要的机械传感器，在剪切应力信号转导、血管生理功能和血管张力的调节中起关键作用。在 GPCR 家族中，已提出 GPR68、H1R、S1PR 1和 B2R 是调节血管舒张的流体剪切应力的内皮传感器。参考文献：Hu Y, Chen M, Wang M, Li X. Flow-mediated vasodilation through mechanosensitive G protein-coupled receptors in endothelial cells. Trends Cardiovasc Med. 2022 Feb;32(2):61-70. doi: 10.1016/j.tcm.2020.12.010. Epub 2021 Jan 3. PMID: 33406458.
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