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为探究 Rho 蛋白信号受剪切应力调控机制，法国南特大学研究人员开展 ARHGEF18 相关研究，发现其可维持细胞连接和控制血管通透性。该研究为理解血管生理和疾病机制提供新视角，值得科研读者一读。
在人体这个奇妙的 “小宇宙” 里，血管内皮细胞（ECs）就像一群勤劳的 “小卫士”，时刻守护着血管的健康。它们每天都要应对血液流动带来的机械应力，就像在湍急河流中坚守岗位的勇士。血液流动产生的剪切应力（SS），对内皮细胞的生物学特性和形态有着重要影响，关乎着心血管系统的正常运转。
内皮细胞能够感知血液流动的各种变化，比如方向、大小和规律等，然后做出相应的调整，来维持心血管系统的稳定。这一过程对于血管的正常发育和功能维持至关重要。一旦内皮细胞无法适应血液流动的变化，或者长期暴露在异常的血流环境中，就可能引发一系列血管疾病，像高血压、动脉粥样硬化、颅内动脉瘤等，严重威胁人们的健康。
在这个过程中，Rho 蛋白介导的细胞骨架重塑是内皮细胞对血流响应的关键早期步骤。Rho 蛋白就像是细胞内的 “小指挥官”，它能让细胞骨架重新排列组合。而 Rho 鸟嘌呤核苷酸交换因子（RhoGEF）则是激活 Rho 蛋白的 “启动钥匙”，不同的 RhoGEF 在细胞中发挥着独特的作用。然而，目前关于 Rho 蛋白信号是如何被剪切应力调控的，仍然是个未解之谜，这就像在黑暗中寻找一盏明灯，科学家们一直在努力探索。
为了揭开这个神秘的面纱，法国南特大学的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Cell Reports》期刊上，论文题目是 “ARHGEF18 is a flow-responsive exchange factor controlling endothelial tight junctions and vascular leakage”。通过一系列实验，他们发现了一个名为 ARHGEF18 的 “神秘因子”，它是一种对血流敏感的 RhoGEF，在维持细胞间连接和控制血管通透性方面发挥着关键作用。这一发现为我们理解血管生理和相关疾病的发生机制提供了新的视角，就像在黑暗中找到了一丝曙光。
研究人员在这项研究中运用了多种先进的技术方法。他们采用 RNA 测序技术，全面分析不同剪切应力条件下内皮细胞中基因表达的变化，从而筛选出受剪切应力调控的 RhoGEF 基因；通过免疫共沉淀实验，探索 ARHGEF18 与其他蛋白之间的相互作用关系；利用基因编辑技术构建动物模型，在体内研究 ARHGEF18 的功能。这些技术就像研究人员手中的 “魔法工具”，帮助他们一步步揭开 ARHGEF18 的神秘面纱。
下面我们来详细看看研究人员都有哪些重要发现。
剪切应力对 ARHGEF18 表达和活性的影响
研究人员就像一群细心的 “园丁”，精心培育着内皮细胞，并给予它们不同的 “待遇”—— 不同水平的剪切应力，包括无流动（静态，
）、病理低剪切应力（LSS，
）、生理剪切应力（PSS，
）和病理高剪切应力（HSS，
）。通过 RNA 测序和 qRT-PCR 分析，他们发现 ARHGEF18 的 mRNA 表达与剪切应力水平呈负相关，而蛋白水平在病理剪切应力条件下却比生理条件下更高，这表明剪切应力可能通过转录后调控影响 ARHGEF18 的蛋白水平。
接着，研究人员又进行了一项有趣的实验 —— 拉下实验。他们用一种特殊的 “诱饵”（核苷酸 - 无 RhoA
和 Rac1
突变体）来 “捕捉” 活跃的 RhoGEF。结果发现，在静态条件下，ARHGEF18 就有一定的活性；而在生理剪切应力条件下，它的活性达到最高，在病理剪切应力条件下活性又会降低。而且，ARHGEF18 只对 RhoA 有特异性作用，与 Rac1 没有明显的相互作用。这一系列实验结果表明，ARHGEF18 是一种对血流敏感的 RhoA 特异性 RhoGEF，它的表达和活性会随着血流的变化而精准调整。
ARHGEF18 的表达位置及与其他蛋白的相互作用
ARHGEF18 在之前的研究中被发现与上皮细胞紧密连接的形成有关。那么在血管内皮细胞中，它又扮演着怎样的角色呢？研究人员通过免疫共沉淀实验发现，ARHGEF18 不与 VE - cadherin 相互作用，却与 ZO - 1 和 claudin 5 存在于同一个蛋白复合物中。这就像 ARHGEF18 在细胞里找到了自己的 “小团队”，它们一起协同工作。
为了进一步了解 ARHGEF18 在体内的分布情况，研究人员对小鼠视网膜进行了免疫荧光染色。他们发现，ARHGEF18 在小鼠视网膜的动脉和部分毛细血管区域有表达，但在静脉中却检测不到。而且，随着动脉逐渐分支变成毛细血管，ARHGEF18 的染色强度也逐渐减弱。这一系列实验结果表明，ARHGEF18 存在于动脉内皮细胞中，并与紧密连接蛋白 ZO - 1 和 claudin 5 相互作用，共同构建紧密连接。
ARHGEF18 对 ECs 黏附和迁移的作用
研究人员想知道，ARHGEF18 在 ECs 的日常 “工作” 中到底有什么具体作用呢？他们采用了一种 “干扰战术”—— 利用短发夹 RNA（shRNA）和小干扰 RNA（siRNA）来降低 ARHGEF18 的表达。结果发现，ARHGEF18 表达降低后，RhoA 和 RAC1 的活性也随之下降，这表明 ARHGEF18 对维持这两种蛋白的活性非常重要。
接着，研究人员又进行了一系列有趣的实验。他们通过实时阻抗测量发现，ARHGEF18 缺失会影响 ECs 的早期黏附和铺展；在微图案实验中，敲低 ARHGEF18 会导致长焦点黏附数量减少，说明焦点黏附成熟出现了缺陷；在体外伤口愈合实验中，ARHGEF18 敲低后伤口闭合速度明显减慢。这些实验结果都表明，ARHGEF18 在促进 ECs 的黏附、焦点黏附位点形成和迁移方面发挥着重要作用，就像为 ECs 的这些活动提供了 “动力引擎”。
ARHGEF18 在 ECs 对血流响应中的作用
在生理剪切应力条件下，ARHGEF18 的高活性是否有助于 ECs 对血流做出正常响应呢？研究人员对此进行了深入探究。他们观察发现，正常的 ECs（shNT）在血流作用下会整齐地排列并伸长，形成连续的 VE - cadherin 连接和相关的片状伪足，ZO - 1 染色也很连续，还有皮质肌动蛋白束。但当 ARHGEF18 被敲低后，ECs 就像失去了方向的小船，无法正常地伸长和排列，而且紧密连接相关蛋白（如 ZO - 1 和 claudin 5）的定位和表达都受到了影响，细胞间的间隙也明显增加。
不仅如此，研究人员还发现，ARHGEF18 缺失的 ECs 在血流中的迁移速度和方向性都大打折扣。这些结果表明，ARHGEF18 在促进 ECs 对生理血流的响应中起着关键作用，它能帮助 ECs 形成稳定的紧密连接，招募肌动蛋白到细胞 - 细胞连接处，还能协助 ECs 随着血流迁移，是 ECs 应对血流变化的重要 “帮手”。
ARHGEF18 激活 p38 的机制及对 ECs 的影响
研究人员还想弄清楚，ARHGEF18 发挥作用的背后有哪些 “神秘机制” 呢？他们发现，AKT 和 ERK1/2 信号通路的磷酸化水平在 ARHGEF18 缺失的 ECs 中并没有明显变化，但 PSS 诱导的 p38 磷酸化却显著降低。这表明 ARHGEF18 参与了 p38 的激活过程，p38 可能在 ARHGEF18 对紧密连接和焦点黏附的影响中发挥着重要作用。
进一步研究发现，YES 蛋白是 ARHGEF18 磷酸化的上游激酶。当研究人员抑制 p38 的活性时，ECs 出现了与 ARHGEF18 缺失类似的表型，如细胞排列和伸长异常、ZO - 1 和肌动蛋白纤维从连接处脱离、焦点黏附组织紊乱等。这一系列实验结果表明，ARHGEF18 通过 YES 介导的 Tyr606 磷酸化被生理血流激活，激活后的 ARHGEF18 对于 p38 磷酸化、紧密连接组织和 ECs 在生理血流条件下的排列至关重要，就像一把 “钥匙”，开启了一系列维持血管正常功能的 “大门”。
ARHGEF18 缺失对体内血管发育和功能的影响
为了更全面地了解 ARHGEF18 的功能，研究人员构建了 tamoxifen 诱导的内皮细胞特异性 ARHGEF18 基因敲除小鼠模型（Arhgef18 - iEC - KO）。通过对这些小鼠的研究，他们发现，ARHGEF18 缺失的小鼠在出生后第 6 天，视网膜血管的径向扩张和血管密度明显降低，虽然这种表型在 4 周龄时消失，但在这个阶段，小鼠视网膜和大脑出现了出血现象，肾脏和肠系膜动脉也出现了血管渗漏。
研究人员还发现，ARHGEF18 缺失会导致小鼠主动脉中 ZO - 1 和 claudin 5 的表达减少，ECs 的形态和连接也出现异常。这些结果表明，ARHGEF18 在体内对于维持血管的正常发育、紧密连接的稳定性以及控制血管通透性起着不可或缺的作用，就像血管健康的 “守护者”，一旦缺失，血管就会出现各种问题。
在讨论部分，研究人员对整个研究进行了深入总结。他们发现的 ARHGEF18 是一种全新的对剪切应力敏感的 RhoGEF，为我们理解内皮细胞的机械感受机制提供了新的方向。ARHGEF18 通过多种复杂的机制，如调节 RhoA 和 RAC1 的活性、激活 p38 信号通路、与紧密连接蛋白相互作用等，在维持内皮细胞的正常功能方面发挥着核心作用。
而且，研究人员还发现，ARHGEF18 在体内的功能异常与多种疾病相关。在小鼠模型中，ARHGEF18 缺失导致的血管问题与人类的一些疾病表现相似。在人类中，ARHGEF18 基因的变异与系统性毛细血管渗漏综合征以及遗传性视网膜营养不良有关。这表明，ARHGEF18 可能是治疗这些疾病的潜在靶点，为未来的药物研发和疾病治疗提供了重要的理论依据。
尽管这项研究取得了重要进展，但研究人员也坦诚地指出了研究存在的一些局限性。比如，由于技术限制，他们无法直接观察内源性 ARHGEF18 在体外 ECs 中的动态变化；YES 对 ARHGEF18 的直接激酶活性以及生理剪切应力对 YES 激酶活性的调控机制还需要进一步确认；ARHGEF18 对其他 Rho 蛋白的作用以及它调节细胞 - 细胞和细胞 - 基质相互作用的具体机制也有待深入研究。
总的来说，这项研究发现了 ARHGEF18 这个在血管内皮细胞功能中起着关键作用的因子，为我们理解血管生理和相关疾病的发生发展提供了重要线索。未来，研究人员可以基于这些发现，进一步探索 ARHGEF18 在血管疾病中的具体作用机制，为开发治疗血管疾病的新方法和新药物奠定坚实的基础，让我们对血管健康的认识又向前迈进了一大步。
