生理性流体剪切力协同增强丹参提取物对内皮细胞的保护作用：动态微环境重塑天然药物疗效新视角

《Scientific Reports》：Physiological fluid shear stress synergistically enhances the protective effects of Salvia miltiorrhiza extract on endothelial cells

本研究针对静态细胞模型难以模拟体内动态力学微环境、导致天然药物评价失真的瓶颈问题，以丹参提取物（SME）为模型药物，通过平行板流动腔模拟生理剪切力（15 dyn/cm2），系统探究流体剪切力对SME保护内皮细胞（ECs）抗氧化损伤效能的调控机制。结果表明，剪切力通过增强活性成分摄取（如丹酚酸A、隐丹参酮从无到有）和协同激活细胞抗氧化通路，使SME对ECs的保护率提升近2倍（68.00% vs. 34.14%），并显著改善细胞形态、骨架排列及氧化指标（ROS↓、SOD↑、MDA↓）。该研究为天然药物筛选提供了更贴近生理的“力学药理学”评价新策略。

　　

在心血管疾病治疗领域，丹参（Salvia miltiorrhiza）作为传统中药的代表，其提取物（SME）已被证实具有显著的血管保护作用。然而，当前天然药物的活性筛选大多依赖于静态细胞模型，这种模型无法模拟人体内血管内皮细胞所处的动态力学环境——血液流动产生的流体剪切力（Fluid Shear Stress）。这种“静态”与“动态”的脱节，可能导致药物在细胞实验中的有效成分和机制，在真实的生理环境中大打折扣，甚至误导后续的药物开发。

为了解决这一关键问题，来自重庆医药高等专科学校等单位的研究团队在《Scientific Reports》上发表了创新性研究。他们巧妙地将工程学与细胞生物学相结合，利用平行板流动腔（Parallel Plate Flow Chamber）系统，让内皮细胞“住进”一个能模拟血液流动的“微缩血管”中，首次系统揭示了生理性层流剪切力如何像一位“增效剂”，显著提升丹参提取物保护内皮细胞、抵抗氧化损伤的能力。

关键技术方法概述

研究采用人脐静脉内皮细胞系（EA.hy926），通过平行板流动腔系统施加15 dyn/cm²的生理性层流剪切力。通过MTT法和活/死细胞染色评估细胞活力；采用鬼笔环肽/DAPI染色观察细胞骨架和核形态；检测活性氧（ROS）、超氧化物歧化酶（SOD）和丙二醛（MDA）水平以评估氧化应激；利用高效液相色谱法（HPLC）分析细胞对SME中9种主要活性成分（如丹酚酸B、丹参素等）的摄取情况。

研究结果

1. 剪切力与SME协同提升内皮细胞活力

在静态条件下，SME能将过氧化氢（H₂O₂）损伤的细胞代谢活力恢复至72.38%。然而，在剪切力作用下，同样的SME处理竟将细胞活力提升至86.83%，保护率从34.14%跃升至68.00%，几乎翻了一番。活/死细胞染色直观显示，动态条件下的细胞不仅死亡更少，形态也更舒展健康。

2. 细胞形态与骨架的显著改善

H₂O₂损伤导致细胞变圆、间隙增大。静态下的SME处理仅能部分改善此现象，而动态下的SME则使大部分细胞恢复至正常的铺展多边形，细胞形状指数（CSI）从损伤组的0.85降至0.63，接近正常水平。细胞骨架染色进一步揭示，剪切力协同SME不仅能更好地维持肌动蛋白（F-actin）含量，还促进了更长、更成熟应力纤维的形成，细胞铺展面积也显著增加。

3. 氧化应激水平的高效缓解

在氧化应激指标上，协同效应尤为突出。动态条件下，SME将H₂O₂引发的ROS水平从47.16大幅降至13.73，提升SOD活性至41.24 U/mg，降低MDA含量至0.74 nmol/mg，其抗氧化效果全面优于静态条件。

4. 活性成分摄取的突破性发现

HPLC分析带来了最直接的机制证据：在静态下，细胞仅能摄取6种SME活性成分；而在剪切力作用下，细胞额外摄取了丹酚酸A（Salvianolic Acid A）和隐丹参酮（Cryptotanshinone），且所有可检测成分的绝对摄取量均显著提升。这表明剪切力通过消除细胞表面的扩散边界层，极大地改善了药物的对流输送效率。

结论与意义

该研究确立了力学微环境是决定天然药物体外功效的关键因素。生理性剪切力通过三重协同机制放大SME的疗效：机械预处理提升内皮细胞内在韧性；增强药物对流输送与成分摄取；诱发生物协同，潜在放大了SME的药理作用（如可能协同激活Nrf2、PI3K/Akt等通路）。这项研究将天然药物评价纳入“力学药理学”新范式，证明在更贴近生理的动态模型中筛选天然药物，不仅能更准确地反映其真实疗效，还可能发现其在静态模型中无法展现的新活性成分和作用机制，为创新中药研发和心血管药物筛选提供了革命性的思路和方法论支撑。