机械应力通过p53/p21通路诱导心脏成纤维细胞早衰并破坏核膜完整性

本研究发现异常机械应力（降低拉伸幅度、增加频率）可独立诱导心脏成纤维细胞（CFs）发生早衰，表现为细胞周期停滞（Ki-67↓）、核膜蛋白lamin B表达下降、DNA损伤（γH2A.X↑）和p53/p21通路上调。该机制区别于氧化应激（H2O2）诱导的p16通路，并首次揭示核膜蛋白emerin的减少是机械性早衰的特异性标志。研究为心血管疾病（如心肌纤维化）提供了新的力学-生物学机制见解。

　　

机械应力触发心脏成纤维细胞早衰

心血管系统在持续循环机械拉伸下运作，机械和生化信号的紊乱会促进疾病进展。在心血管疾病中，心脏成纤维细胞（CFs）被激活并促进细胞衰老，但机械刺激是否能单独诱导这一表型尚不明确。本研究对原代小鼠CFs施加单轴拉伸，通过系统改变机械参数评估其在衰老诱导中的作用。

扰动机械刺激启动衰老样表型

研究设计了两种拉伸模式：拉伸对照（8.5%应变，1Hz）和模拟病理状态的拉伸损伤（24小时8.5%应变/1Hz后转为2.5%应变/2Hz）。拉伸损伤CFs显示Ki-67阳性细胞显著减少，表明增殖能力下降和细胞周期停滞。此外还观察到lamin B环厚度减少、核面积增加、γH2A.X焦点增多（指示DNA双链断裂）以及p53和p21基因表达上调，而p16表达下降。这些结果证实机械扰动可诱导CFs出现衰老样表型。

化学与机械诱导衰老存在独特通路

通过过氧化氢（H₂O₂）诱导氧化应激衰老模型发现，虽然ROS诱导的CFs同样显示Ki-67减少、lamin B表达下降和核面积增加，但其γH2A.X焦点未增加，且p53和p21表达下降，p16表达显著上调。这表明机械性与化学性衰老通过不同通路激活：机械刺激依赖p53/p21轴和DNA损伤反应，而氧化应激主要通过p16通路。

核结构完整性缺失不增强衰老启动

使用lamin A/C缺失小鼠模型发现，机械拉伸虽导致CFs增殖减少和DNA损伤增加，但未观察到核面积变化，lamin B环厚度反而增加（可能是代偿机制）。基因表达分析未显示p53/p21显著差异。表明核结构完整性破坏虽加剧DNA损伤，但并未放大机械性衰老表型，提示lamin A/C缺失可能通过不同机制影响细胞命运。

机械敏感蛋白emerin在拉伸损伤中减少

研究发现机械损伤CFs中核膜蛋白emerin环厚度显著减少，而化学诱导的衰老CFs中未见此变化。lamin A/C缺失的CFs中emerin表达也普遍减少。Emerin作为机械敏感蛋白，其减少可能与核膜结构完整性受损和机械信号转导异常直接相关，提示其作为机械性衰老特异性标志的潜力。

讨论与意义

研究证实异常机械刺激（特别是低幅度高频率拉伸）足以独立诱导CFs早衰，并揭示其通过p53/p21-DNA损伤反应通路机制，与氧化应激的p16通路形成鲜明对比。核膜蛋白emerin的减少被确定为机械性衰老的特异性特征。这些发现为理解心血管疾病中机械微环境改变如何驱动纤维化和功能退化提供了新视角，并为靶向机械生物学途径的治疗策略提供了理论基础。