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为阐明 3D 微血管中内皮细胞（ECs）病理机制，研究人员借助微流控装置培养人脐静脉 ECs 构建 3D 微血管模型，探究 NFκB 在血管炎症中的作用。发现 TNFα 通过 NFκB 通路引发炎症，该研究为血管疾病炎症机制研究提供新平台。
论文解读
血管内皮炎症是心血管并发症发生的重要基础。传统二维（2D）细胞培养模型缺乏生理特征如三维（3D）结构、细胞间及细胞与细胞外基质（ECM）的相互作用以及管腔流暴露等，难以真实模拟体内血管微环境，导致其在揭示内皮细胞（ECs）病理机制方面存在局限性。而新兴的 3D 体外模型，尤其是器官芯片（OOC）技术，虽能更好地重现人体微血管功能，但其中 ECs 的病理机制仍有待阐明。在此背景下，来自泰国玛希敦大学（Mahidol University）的研究人员开展了相关研究，旨在探究核因子 κB（NFκB）在 3D 微血管血管炎症中的作用，其成果发表在《Heliyon》。
研究人员主要采用以下关键技术方法：利用 OrganoPlate 微流控装置构建 3D 微血管模型，将人脐静脉内皮细胞（HUVECs）在有管腔流的条件下培养；运用免疫荧光染色技术检测细胞标志物如 CD31、VE - 钙黏蛋白（VE-cadherin）、F - 肌动蛋白（F-actin）、血管细胞黏附分子 - 1（VCAM-1）以及 NFκB p65 的表达和定位；通过通透性实验测定荧光素异硫氰酸酯（FITC）标记的葡聚糖渗漏情况以评估血管屏障功能；采用单核细胞黏附实验观察 U937 单核细胞与内皮细胞的黏附情况；利用酶联免疫吸附测定（ELISA）检测白细胞介素 6（IL-6）的分泌水平；借助 ImageJ 和 CellProfiler 软件进行图像分析和数据处理。
3.1 三维微血管芯片的构建与表征
通过在 OrganoPlate 中加载 Ⅰ 型胶原并接种 HUVECs，成功构建了稳定的 3D 微血管模型。该模型在培养 5 天时形成了具有完整管腔结构的微血管，内皮细胞表达 CD31，F-actin 和细胞核的免疫荧光染色显示出清晰的管状结构。活 / 死细胞染色表明，培养至 14 天时细胞仍保持较高活性，但存在部分细胞侵入胶原的现象。此模型为后续研究提供了可靠的实验平台。
3.2 TNFα 暴露后三维微血管屏障完整性受损
TNFα 刺激 22 小时后，3D 微血管对 70kDa 和 10kDa 的 FITC - 葡聚糖的通透性显著增加，表明血管屏障功能受损。免疫荧光染色显示，TNFα 处理导致 VE-cadherin 和 F-actin 的细胞结构破坏，进一步证实了血管内皮屏障的破坏与细胞间连接的紊乱相关。此外，TNFα 还能诱导 IL-6 的产生，且在 2D 和 3D 培养条件下均呈现浓度依赖性。
3.3 TNFα 处理增加单核细胞对三维微血管的黏附
TNFα 处理 6 小时后，单核细胞与 3D 微血管内皮细胞的黏附显著增加，且黏附数量与 VCAM-1 的表达呈正相关。高分辨率共聚焦显微镜显示，单核细胞仅黏附于管腔表面的 ECs，且与 VCAM-1 阳性染色区域共定位，说明 TNFα 通过上调 VCAM-1 促进单核细胞黏附，这是血管炎症的关键起始步骤。
3.4 BAY 11–7082 减少 TNFα 诱导的单核细胞黏附及 VCAM-1 表达
NFκB 抑制剂 BAY 11–7082 预处理 3D 微血管后，能浓度依赖性地抑制 TNFα 诱导的单核细胞黏附及 VCAM-1 表达，表明 TNFα 诱导的单核细胞黏附和 VCAM-1 表达依赖于 NFκB 信号通路。这为干预血管炎症提供了潜在的靶点。
3.5 BAY 11–7082 减少 TNFα 介导的 IL-6 产生
TNFα 刺激可显著增加 IL-6 的产生，而 5μM 的 BAY 11–7082 预处理能显著降低 IL-6 的合成，提示 NFκB 参与了 TNFα 诱导的 IL-6 产生过程，但可能存在其他通路协同作用。
3.6 BAY 11–7082 抑制 TNFα 诱导的 NFκB p65 核转位
免疫荧光染色显示，TNFα 处理可诱导 NFκB p65 亚基向细胞核转位，而 BAY 11–7082 预处理能部分抑制这一过程。值得注意的是，在 3D 微血管中 BAY 11–7082 对 p65 核转位的抑制作用（约 20%）弱于 2D 培养的 HUVECs（62.7%），这可能与 3D 微环境中细胞间相互作用及 ECM 的影响有关。
结论与讨论
本研究证实，在 3D 微血管中，TNFα 通过激活 NFκB 信号通路诱导血管通透性增加、单核细胞黏附、VCAM-1 表达及 IL-6 产生等炎症反应。3D 微血管模型能更真实地模拟体内生理环境，揭示了传统 2D 培养模型可能忽略的信号通路差异，如 NFκB 激活的动力学及负反馈机制的不同。该研究不仅阐明了 NFκB 在血管炎症中的核心作用，还为利用 OOC 技术研究微血管疾病的炎症相关发病机制提供了可行性证据，有助于开发更具针对性的心血管疾病治疗策略，特别是针对血管炎症通路的靶向治疗，为减少全身炎症抑制带来的副作用提供了新方向。
