剪切力（Shear Stress）通过调控ABCA1依赖性内皮细胞膜胆固醇含量促进H2S依赖性血管舒张的机制研究

本研究发现剪切力（SS）通过上调内皮细胞中ABCA1的表达，促进胆固醇外流并降低膜胆固醇含量，从而增强硫化氢（H2S）介导的血管舒张功能。该研究揭示了血流动力学调控血管功能的新机制，为靶向膜胆固醇治疗微血管功能障碍提供了理论依据。

　　

引言

血管内皮细胞作为血管腔面的单层特化细胞，在心血管系统中占据核心地位。它通过调节血管张力、血管通透性和先天免疫反应等复杂细胞间相互作用维持血管稳态。内皮细胞感知并整合多种刺激，通过合成和释放一氧化氮、一氧化碳和硫化氢（H₂S）等血管活性气体分子来调节血管张力。

H₂S已被证实是一种内皮源性超极化因子，通过胱硫醚-γ-裂解酶（CSE）、胱硫醚-β-合酶（CBS）和3-巯基丙酮酸硫转移酶（3-MST）等酶促途径合成，在不同血管床中呈现特异性分布模式。值得注意的是，研究发现传导动脉（>300μm）对H₂S的敏感性取决于内皮细胞膜胆固醇含量，而阻力动脉（<150μm）则具有固有的H₂S敏感性。

膜胆固醇作为脂双层的基本组成成分，直接影响膜流动性、稳定性和组织结构。有趣的是，阻力动脉内皮细胞天然具有较低的膜胆固醇含量，且单细胞RNA测序分析显示其高表达逆向胆固醇转运基因ABCA1和磷脂转移蛋白（PLTP）。ABCA1作为ATP结合盒转运蛋白家族成员，通过逆向胆固醇转运过程促进膜胆固醇外流。虽然研究发现血管树中存在ABCA1表达的区域异质性，但其调控机制及其在介导内皮细胞胆固醇含量差异中的作用尚不明确。

血管剪切力（SS）作为血流与内皮表面摩擦产生的机械力，通过激活机械传感器转化为生化信号，影响细胞形态、血管张力和基因表达。随着动脉管腔直径减小，剪切力呈指数级增加，表明剪切力差异可能是血管树细胞异质性的重要调控因素。

方法

研究采用雄性Sprague-Dawley大鼠的肠系膜动脉和培养的人主动脉内皮细胞（HAoEC）评估剪切力对ABCA1和膜胆固醇含量的影响。使用压力肌动描记术分析ABCA1抑制对H₂S介导血管舒张的影响，并通过filipin染色检测内皮细胞膜胆固醇含量。

细胞培养实验中，原代HAoEC接种于纤连蛋白包被的培养皿，通过微流控通道施加单向循环层流（6达因/cm²、20达因/cm²或静态对照）。动物实验中，取大鼠肠系膜动脉制备内皮细胞管，使用特异性ABCA1抑制剂probucol（100μM）进行处理。

膜胆固醇定量采用filipin III荧光标记法，通过共聚焦显微镜成像和ImageJ软件分析荧光强度。ABCA1蛋白表达通过免疫荧光法定量，分别检测完整动脉和HAoEC中的表达水平。RT-qPCR分析采用TaqMan探针法检测Abca1 mRNA表达。血管舒张功能研究通过压力肌动描记系统记录钠氢硫化物（NaHS）诱导的血管舒张反应。

结果

3.1 剪切力对HAoEC中ABCA1表达和膜胆固醇的影响

应用6达因/cm²和20达因/cm²剪切力处理24小时后，HAoEC中ABCA1蛋白表达显著增加，但Abca1 mRNA水平反而降低。膜胆固醇耗竭可降低Abca1 mRNA水平，而补充膜胆固醇则增加其表达。Filipin染色证实剪切力处理显著降低内皮细胞膜胆固醇含量，同时促进胆固醇向内体样结构转移。

3.2 剪切力对肠系膜传导动脉ABCA1表达的影响

离体灌注肠系膜动脉实验显示，施加20达因/cm²剪切力6小时后，动脉ABCA1表达较12达因/cm²处理组显著增加。新鲜分离的内皮细胞管检测显示，阻力动脉的ABCA1表达和膜胆固醇含量显著低于大动脉，且新鲜分离细胞ABCA1表达高于离体血流处理组，表明体内外剪切力强度可能存在差异。

3.3 ABCA1抑制对膜胆固醇和H₂S介导血管舒张的影响

ABCA1抑制剂probucol处理显著增加小肠系膜动脉内皮细胞膜胆固醇含量，并降低HAoEC胆固醇外流能力。更重要的是，剪切力诱导的胆固醇外流增强效应被ABCA1抑制完全阻断。功能实验表明，ABCA1抑制显著减弱H₂S介导的浓度依赖性血管舒张作用。

讨论

本研究首次证实ABCA1在剪切力介导的内皮细胞膜胆固醇调节中的关键作用，揭示了该机制对H₂S信号通路和血管舒张功能的重要影响。

从机制层面看，H₂S介导的肠系膜动脉血管舒张涉及内皮细胞TRPV4通道和BK_Ca通道的激活。这两种通道均含有胆固醇识别/相互作用氨基酸共识序列（CRAC/CARC），膜胆固醇可通过直接蛋白-固醇相互作用负向调控其活性。研究证实，胆固醇耗竭可增强高胆固醇含量动脉的H₂S舒张反应，而胆固醇加载则消除低胆固醇含量动脉的H₂S舒张功能。值得注意的是，胆固醇对映体表胆固醇处理不影响H₂S血管舒张，表明该效应源于特异性蛋白-固醇相互作用而非膜物理性质改变。

剪切力作为内皮表型的关键决定因素，通过多种机制调控ABCA1表达。研究发现剪切力可增加CYP27A基因mRNA水平（负责氧化固醇生产），并上调LXRα（氧化固醇激活的ABCA1转录调节因子）表达。本研究发现剪切力在增加ABCA1蛋白表达的同时降低Abca1 mRNA水平，表明剪切力可能通过稳定ABCA1蛋白促进胆固醇外流，而膜胆固醇丢失通过负反馈调节下调Abca1转录。

展望

本研究证实剪切力通过上调内皮细胞ABCA1表达促进胆固醇外流，降低膜胆固醇含量，从而增强H₂S介导的血管舒张功能。这一发现揭示了血流动力学调控内皮信号转导的新机制，表明内皮膜胆固醇含量可作为改善微血管功能的潜在治疗靶点。该研究为理解机械力-生物化学信号转换在血管稳态维持中的作用提供了重要见解，为心血管疾病的防治提供了新思路。