剪切力通过ROS/Ca2+/eNOS通路修复振荡葡萄糖诱导的内皮细胞损伤的机制研究

【编辑推荐】糖尿病患者的血糖波动（OG）易导致内皮细胞损伤（ECD），而血流剪切力（SS）对ECD的修复机制尚不明确。大连理工大学团队开发了集成剪切-葡萄糖系统（ISGS），首次在体外模拟OG与SS的动态互作，发现生理性SS可通过调控ROS/Ca2+/eNOS信号通路缓解OG诱导的内皮功能障碍，为糖尿病血管病变治疗提供了新靶点和研究工具。

　　

糖尿病已成为全球公共卫生的重大挑战，患者常因餐后血糖剧烈波动（振荡葡萄糖，OG）引发血管内皮细胞损伤，进而加速动脉粥样硬化进程。尽管已知血流剪切力（Shear Stress, SS）对维持内皮功能至关重要，但传统实验模型无法模拟OG与SS的动态互作，导致其修复机制研究长期受限。这一空白亟待填补——毕竟，理解内皮细胞如何响应"血糖潮汐"与"血流冲刷"的共舞，或许能揭开糖尿病血管并发症的防护密码。

大连理工大学的研究团队为此开发了革命性的集成剪切-葡萄糖系统（ISGS）。这套微流控装置巧妙融合磁力阀、流量传感器和压电泵，首次实现OG（5.5-30 mM葡萄糖交替）与生理性SS（15 dyn/cm²）的精准耦合。通过罗丹明B示踪实验证实，系统可在5分钟内完成培养基切换，稳定模拟糖尿病患者每日经历的血糖波动。更令人振奋的是，当研究者用ISGS培养人脐静脉内皮细胞（HUVECs）时，发现OG会显著提升细胞内活性氧（ROS）和钙离子（Ca²⁺）水平，同时抑制一氧化氮合酶（eNOS）表达——这些正是内皮功能障碍的典型标志。但施加生理性SS后，氧化应激被明显抑制，Ca²⁺浓度重归平衡，eNOS表达部分恢复，宛如为"受伤"的内皮细胞注入一剂天然保护剂。

系统设计验证
通过微流控芯片内荧光强度检测证实，ISGS可精准控制葡萄糖浓度在5.5 mM（正常）与30 mM（高糖）间周期性切换，且流量传感器确保SS波动小于5%。这种稳定性使长达72小时的持续观测成为可能，远超传统平行板流动腔的局限。

OG与SS的博弈
免疫荧光显示，OG组ROS水平较持续高糖组再增15%，Ca²⁺荧光强度飙升至2.1倍，而eNOS表达下降40%。但当施加15 dyn/cm² SS后，这三项指标分别回调22%、35%和18%，提示SS通过双重调控氧化还原稳态与钙信号通路发挥作用。

分子机制探索
Western blot分析揭示，SS能激活Akt（蛋白激酶B）磷酸化，进而促进eNOS Ser1177位点磷酸化。这种翻译后修饰可抵抗OG诱导的eNOS降解，为SS的保护作用提供了分子层面的解释。

这项发表于《Microchemical Journal》的研究具有双重突破：技术上，ISGS为血管力学-化学微环境研究树立了新标杆；临床上，阐明SS通过ROS/Ca²⁺/eNOS轴修复内皮功能的机制，为运动疗法防治糖尿病血管病变提供了理论依据。正如通讯作者Kai-Rong Qin强调的，未来可借助ISGS筛选靶向力学传感通路的药物，让"血流的力量"真正转化为治疗的力量。