综述：血管平滑肌细胞机械转导：通路、表型及新兴技术

《The Journal of Physiology》：Vascular smooth muscle cell mechanotransduction: Pathways, phenotypes and emerging technologies

　　

血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cell, VSMC）是中膜的主要细胞类型，是维持血管壁完整性的核心介质，调控血管张力、重构及动脉疾病的进展。尽管其地位关键，但机械生物学研究长期聚焦于内皮细胞，对VSMC固有机械感知的探索相对不足。值得注意的是，VSMC从收缩表型向合成表型、炎症表型、成骨表型及巨噬细胞样表型的转变不仅是转录事件，还伴随深刻的生物能量重编程，这一维度在机械生物学中很大程度上被忽视。VSMC通过整合素等机械敏感受体、机械敏感离子通道，感知并转导周期性牵张、剪切应力、基质刚度及静水压力等多样机械刺激，调控表型转换与血管重构。机械转导失调参与高血压、动脉粥样硬化、动脉瘤形成及动脉僵硬度升高等病理过程。本综述从四个维度对VSMC机械生物学进行了统一整合：①机械微环境；②表型可塑性；③机械感知通路；④新兴技术。同时，综述讨论了器官芯片等越来越多被用于研究这些过程的新兴技术。重要的是，综述提出了连接VSMC机械转导、代谢重编程与动脉粥样硬化发生发展的新型整合框架，将VSMC置于血管机械生物学的核心位置，并指出机械-代谢信号是心血管疾病治疗中尚未充分探索的驱动因素。

引言部分首先指出心血管疾病是全球首要死亡与致病原因，每年导致超过1800万人死亡，而血管平滑肌细胞在心血管疾病病理进程中发挥核心机制作用。VSMC是中膜的主要细胞类型，调控血管张力、血压及动脉壁完整性，超过80%的心血管疾病相关死亡归因于动脉粥样硬化，其中VSMC是斑块的主要成分，同时还参与动脉僵硬度升高、动脉瘤形成及高血压性重构。VSMC持续暴露于复杂的机械微环境，包括周期性周向牵张、组织间液剪切应力、静水压力及细胞外基质（extracellular matrix, ECM）刚度。生理性牵张维持收缩静息状态，而病理性机械刺激驱动表型转换——即VSMC失去收缩特性，获得增殖、迁移或炎症特征，向合成、炎症、成骨及巨噬细胞样状态转变，促进斑块形成与不稳定。谱系示踪与单细胞转录组学研究显示，VSMC在病变内转分化为多种不同状态，相当比例的泡沫细胞可能来源于VSMC。机械转导通过整合素、机械敏感离子通道或糖萼等机械传感器发挥作用，现已被认为是这些转换的主要上游驱动因素，其激活黏着斑激酶（focal adhesion kinase, FAK）、RhoA/ROCK、YAP/TAZ及核因子κB（nuclear factor κ-light-chain-enhancer of activated B cells, NF-κB）等下游通路，调控基因表达与ECM重构。重要的是，每种表型状态均伴随独特的生物能量重编程，从收缩表型向其他表型的转换涉及氧化磷酸化向脂肪酸氧化的转变，这一维度在机械生物学中长期未被充分重视。本综述通过整合通常孤立研究的病理生理相关维度，构建了VSMC机械生物学的统一框架：首先概述健康与疾病状态下VSMC所处的机械微环境，涵盖周期性牵张、流体剪切应力、静水压力与基质刚度；其次总结动脉粥样硬化病变内VSMC的表型图谱，纳入调控收缩、合成、炎症、成骨、巨噬细胞样及其他新兴状态转换的代谢与表观遗传决定因素；再次阐述主要机械感知通路，包括整合素及其受体互作，使VSMC能够检测并响应机械信号；最后介绍器官芯片平台、单细胞转录组学、DNA折纸纳米阵列等新兴实验技术，这些技术正以前所未有的空间与分子精度实现对VSMC功能的机制解析。通过整合这些相互关联的领域，本综述建立了连接VSMC机械转导、代谢重编程与动脉粥样硬化发生的统一概念框架，并探讨这些发现如何为心血管疾病治疗策略提供依据，开篇首先明确VSMC的机械环境，因为每种机械刺激的性质与强度从根本上决定了细胞的下游代谢与转录状态。

动脉疾病中VSMC的机械环境部分指出，大血管中膜VSMC的重要功能之一是合成并构建独特的高弹性ECM以应对施加的机械力，而血流使动脉壁承受静水压力、周期性牵张、基质刚度及压缩力等多种血流动力学力，每种力均可独立激活VSMC内的机械感知通路，通过表型调控驱动斑块起始、进展与失稳，进而改变动脉壁特性与传递至VSMC的血流应力大小。其中周期性牵张是VSMC表型的经典调控因素，生理水平（约10%）通过多条已鉴定的通路维持收缩标志物表达，影响VSMC行为，调控增殖、凋亡、表型转换、迁移、排列及最终血管重构；动脉疾病中该机械环境呈双相紊乱：短期急性高血压发作可使VSMC暴露于超生理壁牵张（≥15%），而慢性代偿性动脉僵硬度升高会逐渐降低周期性牵张，使负荷向内膜层受压转变，从根本上改变VSMC感知的机械刺激，打破收缩表型维持的平衡。实验研究表明牵张幅度强烈影响VSMC表型：生理牵张（≤10%）通常维持或促进分化收缩表型，特征为CNN1、ACTA2、TAGLN、MYH11等标志物表达；介导该调控的通路中，SIRT1/FOXO3a信号被证实可直接连接牵张诱导的信号与收缩基因表达。与之相对，超生理牵张诱导表型向合成状态转变，表现为收缩基因表达降低，KLF4、白细胞介素（interleukin, IL）-6、IL-8、血管细胞黏附分子1（vascular cell adhesion molecule 1, VCAM-1）、细胞间黏附分子1（intercellular adhesion molecule 1, ICAM-1）等合成与炎症标志物水平升高，同时伴随丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）、肿瘤坏死因子（tumour necrosis factor, TNF）-α相关炎症通路激活，连接机械应力与动脉粥样硬化等疾病；RhoA/ROCK、MAPK/细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase, ERK）、YAP/TAZ等通路同样参与其中，YAP/TAZ是连接壁应力与收缩-合成转换的关键转录介质，而Notch信号可调控牵张诱导的收缩特征丢失。较高幅度牵张还常增加凋亡，涉及p53上调调亡调控因子（p53 upregulated modulator of apoptosis, PUMA）、c-Jun N-末端激酶（c-Jun N-terminal kinase, JNK）及干扰素信号等通路，诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase, iNOS）等保护机制可调控牵张诱导的细胞死亡。目前该领域仍存在显著空白：谱系示踪与单细胞测序已揭示动脉粥样硬化中VSMC可转变为巨噬细胞样、泡沫细胞、间充质干细胞样及成软骨样表型，但周期性牵张特异性驱动这些转换起始的分子机制与过程仍不明确；且几乎所有体外牵张研究均采用单轴或等双轴二维模型，无法复现动脉壁复杂的三维机械环境，VSMC响应随牵张幅度、频率与方向性高度可变，因此构建生理真实的牵张模型并开展通路互作研究，对理解健康与疾病状态下周期性牵张如何调控VSMC命运至关重要。

流体剪切应力部分说明，直段动脉的生理层流剪切应力通常为10~20 dyn/cm2，约15 dyn/cm2被视为经典的抗动脉粥样硬化值；而在分叉、弯曲及分支开口处，血流紊乱且呈振荡性，产生低于5 dyn/cm2的双向剪切应力，时间平均幅度约为±4 dyn/cm2，此类条件与斑块起始密切相关。中膜VSMC在正常条件下不直接暴露于此类血流，这一差异导致剪切应力长期几乎仅在内皮生物学中被研究，但VSMC并非完全不受流体机械力影响。组织间液流动持续使中膜VSMC暴露于流体剪切应力，荧光成像实验已直接可视化完整主动脉壁层的异质性组织间液分布，证实液体可渗透至中膜；建模研究进一步估算，跨动脉壁的透壁压力梯度驱动的组织间液剪切应力范围为1~超过100 dyn/cm2，具体取决于与内弹性膜窗孔的接近程度，该幅度与内皮细胞在腔面的受力相当甚至更高。动脉粥样硬化中，内皮损伤与剥脱使表层VSMC直接暴露于管腔血流，同时内弹性膜破坏改变整个中膜的组织间液流动动力学，凸显VSMC直接感知流体剪切应力的作用。多项体外研究证实VSMC可对不同幅度的流体剪切应力产生功能响应：早期研究对VSMC施加1~25 dyn/cm2的剪切应力，发现其可诱导机械信号与表型调控；层流剪切应力与三维组织间液流均可通过硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（heparan sulfate proteoglycan, HSPG）介导的ERK1/2信号下调VSMC收缩标志物表达，其中组织间液流的作用模式更复杂——降低平滑肌肌球蛋白重链（smooth muscle myosin heavy chain, SM-MHC）、smoothelin与钙调结合蛋白表达，同时反常地上调α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin, α-SMA）与SM22表达。VSMC表面糖萼是该响应的核心机械传感器：破坏硫酸乙酰肝素蛋白聚糖可消除剪切应力对增殖与迁移的抑制作用，并减弱一氧化氮生成；完整的糖萼通过ROCK-肌球蛋白轻链磷酸酶通路转导剪切应力诱导的收缩反应。但目前针对生理与病理剪切应力幅度、以及组织间液剪切应力对VSMC的影响仍缺乏全面研究，例如舒张期与收缩期全动脉壁的应力分布、高血压对基础剪切应力的影响或窗孔射流效应等均未明确；剪切应力诱导的VSMC表型调控是否激活AMP激活蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）或哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）——这两个在内皮生物学中已明确的流敏感代谢激酶，仍是重要的开放性问题，也可能是连接组织间液剪切应力与后文所述的生物能量重编程的关键节点。

静水压力部分阐述，除壁剪切应力与周期性牵张外，血流对血管壁垂直方向施加静水压力。生理条件下VSMC暴露于平均约93 mmHg的动脉压（对应正常血压120/80 mmHg）；II级高血压时压力升至≥160/100 mmHg，高血压急症时可超过180/120 mmHg，在此病理范围内VSMC机械感知的紊乱最为显著。静水压力是血管平滑肌细胞及多种组织类型中细胞表型与行为的广泛调控因子，在脑、眼、血管、膀胱及软骨中，静水压力已被证实以幅度与情境依赖的方式调控分化、增殖、迁移及凋亡等关键细胞行为，异常压力水平与青光眼、高血压纤维化重构及Hippo通路等病理过程相关。近期三维细胞培养系统的进展开始解析静水压力与渗透应激如何独立于经典ECM锚定机械信号调控细胞增殖与分化，揭示压力是一种独特且未被充分探索的机械生物学输入。针对VSMC的单细胞转录组分析利用高压培养体系，鉴定出压力驱动的两种全新VSMC亚群：一种为炎症亚群，通过CXCL2/3与CCL2促进单核细胞迁移；另一种为内皮功能抑制亚群，分泌SERPINF1抑制血管生成，两者均为动脉粥样硬化进展的核心过程。持续性高血压压力促进慢性血管重构与功能障碍，高血压压力与顺应性基质的组合足以通过共滤素依赖性通路驱动完整的VSMC表型转换与基质降解性足体形成。最终压力刺激通过Piezo1介导的磷脂与花生四烯酸信号级联，驱动VSMC向泡沫细胞样表型转变，伴随脂滴快速积累及ATP结合盒转运蛋白A1（ATP-binding cassette transporter A1, ABCA1）、低密度脂蛋白受体（low-density lipoprotein receptor, LDLR）等脂质转运蛋白表达改变，表明高血压不仅是系统性危险因素，更是斑块形成性VSMC转换的直接机械驱动因素，且从机制层面将Piezo1激活与后文所述的脂质代谢失调相关联。但目前静水压力如何与同时存在的周期性牵张、剪切应力共同调控VSMC命运仍未得到探索。

基质刚度部分指出，ECM主要成分包括胶原、弹性蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白与蛋白聚糖，共同构建调控细胞黏附、迁移、增殖与分化的微环境，其相互作用赋予维持血管完整性所需的力学性能与生物学功能。健康动脉的内膜弹性模量约为5~30 kPa，中膜与外膜范围为10~70 kPa（局部可达>100 kPa）；而动脉粥样硬化进展过程中，各层的响应存在高度异质性：胶原性ECM被蛋白聚糖替代使内膜软化（约1~10 kPa），弹性蛋白流失则进一步使中膜僵化；粥样硬化斑块内，脂池是最软的成分（约2.7 kPa），纤维帽刚度升至约14 kPa，钙化区域可超过90 kPa。血管ECM组成具有情境特异性，既会随不同口径血管的生理需求调整，也会因疾病进展发生改变：健康动脉ECM以弹性纤维与胶原为主，含少量糖蛋白与蛋白聚糖，以维持血管稳定性与充盈压；IV型胶原、层粘连蛋白与存在于健康血管ECM中的基底膜聚糖支持收缩表型，抑制VSMC增殖，减少低密度脂蛋白摄取，从而限制病理性VSMC表型转换并促进内皮细胞黏附。动脉粥样硬化的病理性ECM重构表现为弹性蛋白碎片化，弹性纤维与胶原比例下降，而蛋白聚糖与糖蛋白比例显著升高；随着斑块形成进展，胶原比例升高，弹性纤维、蛋白聚糖与糖蛋白含量下降，这种ECM重构直接影响细胞行为与力学结构，参与病变发展与动脉粥样硬化严重程度演变。蛋白聚糖因其持水能力及相关粘弹性与信号特性，在动脉粥样硬化发展中发挥关键作用：健康动脉ECM合成的主要蛋白聚糖是硫酸软骨素蛋白聚糖versican，其与透明质酸相互作用形成稳定聚集体填充ECM空隙；动脉粥样硬化早期内膜增厚部位即可检测到versican，其与硫酸软骨素biglycan、硫酸乙酰肝素perlecan共同结合带正电的载脂蛋白，导致血浆来源脂蛋白滞留。Perlecan是亚内皮基质中最主要的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖，已被证实可调控VSMC的黏附、迁移与增殖，尽管其在动脉粥样硬化发展中的作用尚未完全明确，但研究发现动脉粥样硬化过程中perlecan表达下调。血管细胞可局部调控ECM组成，微调以适应不同口径血管的需求，如大动脉的弹性回缩、小动脉的血管阻力或毛细血管的营养运输，这些生理功能通过动态的细胞-ECM串扰监测，进而改变细胞响应。主动脉瘤中，基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase, MMP）介导的中膜弹性蛋白与胶原降解降低结构完整性与壁刚度，进而改变VSMC感知的机械信号；类似地，动脉粥样硬化早期胶原与弹性蛋白初始减少使内膜微环境软化，而晚期斑块中胶原积累使纤维帽僵化，弹性蛋白持续流失，这种差异调控斑块稳定性。这些相反的ECM重构模式意味着同一VSMC群体在疾病情境下暴露于截然不同的机械微环境，凸显ECM刚度变化而非单一基质成分，是VSMC表型转换的相关驱动因素。ECM刚度通过整合素受体、机械敏感离子通道感知，经Rho-ROCK通路与YAP/TAZ信号调控平滑肌细胞迁移与增殖、细胞骨架重构、足体形成、脂质滞留及整体斑块稳定性；血管僵化相关的机械信号促进VSMC胆固醇积累，增强巨噬细胞标志物CD68表达，提示基质刚度与动脉粥样硬化中VSMC表型转换/泡沫细胞形成存在关联。近期研究证实盘状结构域受体1（discoidin domain receptor 1, DDR1）-DNA甲基转移酶1（DNA methyltransferase 1, DNMT1）信号是一条机械转导通路：ECM刚度诱导DDR1磷酸化与内吞，随后抑制DNMT1表达，表明动脉壁机械环境可在VSMC上留下持久的表观遗传印记，动脉粥样硬化早期的血管僵化暂时升高，也可能永久性改变炎症基因表达与VSMC表型。ECM交联（与刚度）受转录因子Sox9下游VSMC调控，同时Sox9表达也在衰老（非年轻）VSMC中受ECM刚度调控，驱动衰老动脉向成骨/成软骨表型分化，因此针对动脉疾病（或衰老）早期的力学变化，可能是预防长期VSMC功能障碍的必要手段。

动脉粥样硬化中血管平滑肌细胞的表型调控部分首先阐述表型可塑性：上述机械刺激共同导致VSMC表现出显著的表型可塑性，即失去收缩特性并获得巨噬细胞样、泡沫细胞、成骨、肌成纤维细胞及间充质表型，这一点已通过谱系示踪与更新的单细胞转录组学研究证实。关于VSMC对泡沫细胞池的贡献比例存在争议：一项多组学研究显示，粥样硬化病变内约70%的泡沫细胞来源于VSMC，确定VSMC向巨噬细胞样转分化是动脉粥样硬化进展的主要细胞机制；但部分单细胞RNA测序研究认为稳定的VSMC向巨噬细胞转分化并不常见，例如利用小鼠与人类粥样硬化病变的单细胞转录组分析发现，调控后的VSMC主要转变为成纤维细胞样纤维肌细胞，而非获得巨噬细胞表型；另一项采用双报告系统谱系追踪的研究发现，虽然平滑肌细胞来源的巨噬细胞样细胞在病变早期出现，但仅约10%在晚期斑块中维持巨噬细胞标志物表达，多数或恢复为VSMC命运，或获得非巨噬细胞特性。这些研究存在重要的方法学局限：单细胞RNA测序的细胞聚类分配依赖引入文献偏倚的标记步骤，或仅针对动脉粥样硬化晚期阶段开展，可能遗漏早期过渡性表型状态。相反，大量证据支持VSMC向巨噬细胞样与泡沫细胞命运具有稳健的可塑性：VSMC命运图谱结合单细胞RNA测序鉴定出一种中间态干细胞/内皮/巨噬细胞（stem/endothelial/macrophage, SEM）细胞，该细胞具有多能性，可根据局部转化生长因子（transforming growth factor, TGF）-β1信号分化为巨噬细胞样细胞、纤维软骨细胞，或恢复为VSMC表型，证明表型转换并非二元不可逆的命运，而是动态、情境依赖的过程；VSMC特异性敲除细胞通讯网络因子2（cellular communication network factor 2, CCN2）显著增加巨噬细胞样转换与富脂质斑块负荷，从功能层面证实内源性机制主动抑制该转换；人类颈动脉粥样硬化的高维单细胞多模态分析在病变深层内膜中鉴定出VSMC来源的泡沫细胞，并分别验证CD200是VSMC即使发生表型转换后仍保留的表面谱系标志物，可用于识别常规标志物易被误分类为巨噬细胞的VSMC来源细胞；转录因子Bhlhe40也被鉴定为驱动该表型转换的关键调控因子。这具有重要意义，因为它为长期以来认为泡沫细胞主要来自单核细胞来源的观点增添了重要细节，提示VSMC可能是病变内未被充分重视且数量可观的泡沫细胞来源，同时也对CD68等标准标志物解读斑块组成的可靠性提出疑问，因为部分CD68阳性细胞可能来源于VSMC而非真正的巨噬细胞。除VSMC来源细胞被误分类为巨噬细胞的问题外，还存在反向解读问题：病变内并非所有间充质或平滑肌细胞标志物阳性细胞都一定来源于VSMC。内皮细胞保留内皮-间质转化（endothelial-to-mesenchymal transition, EndMT）的能力，该过程使其失去VE-钙黏蛋白、CD31等标志性连接蛋白，获得以α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）、N-钙黏蛋白、成纤维细胞特异性蛋白1上调及迁移与侵袭能力增强为特征的间充质表型，主要由TGF-β/Smad2/3信号驱动，并受炎症细胞因子与振荡剪切应力通过保护性成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor, FGF）受体1信号缺失的协同作用增强，而这些刺激正是动脉粥样硬化微环境的标志；体内内皮特异性谱系追踪直接证实，小鼠与人类粥样硬化病变内普遍存在EndMT来源的成纤维细胞样细胞，人斑块中可检测到共表达内皮与间充质标志物的转换细胞，且EndMT程度与斑块不稳定性相关。关键在于，EndMT来源细胞可表达α-SMA与SM22α，通过常规标志物方法无法与表型转换的VSMC区分，因此进一步强调了需使用CD200等VSMC特异性谱系标志物及多模态分析，以准确解构病变的细胞组成。

代谢变化部分说明，伴随VSMC的表型改变，其能量代谢也发生转变，VSMC表型转换与代谢重编程并非独立事件，而是复杂双向关联的，代谢改变既驱动也维持表型转换。除葡萄糖外，脂肪酸也是VSMC的能量来源，脂肪酸氧化（fatty acid oxidation, FAO）产生的ATP多于葡萄糖，且脂肪酸可调控血管平滑肌的葡萄糖/糖原代谢；表型转换过程中，合成型VSMC发生代谢重编程，特征为葡萄糖氧化降低、FAO增强，这种升高的FAO被认为可为增殖、迁移、ECM生成及分泌活性增加提供能量与生物合成支持；VSMC通过极长链脂肪酸延伸蛋白6（elongation of very long chain fatty acids protein 6, ELOVL6）、酰基辅酶A合成酶（acyl-CoA synthetase, ACS）、肉碱棕榈酰转移酶（carnitine palmitoyltransferase, CPT）与脂肪酸合酶（fatty acid synthase, FASN）介导脂肪酸摄取、活化与利用，促进β-氧化与脂肪生成；破坏ELOVL6介导的长链脂肪酸代谢，可通过增加活性氧（reactive oxygen species, ROS）并激活AMPK/Krüppel样因子4（Krüppel-like factor 4, KLF4）信号，促进VSMC表型转换，导致生长停滞与收缩标志物表达降低，证明细胞内脂肪酸组成失调本身足以驱动VSMC表型转换。线粒体功能与生物能量代谢和VSMC表型重构密切相关：VSMC去分化初期，复合物I的基础呼吸能力增强，氧化与磷酸化偶联减弱，导致线粒体跨膜质子漏增加与ROS升高，促进动脉粥样硬化发展；随着VSMC分化，其对脂质氧化磷酸化（oxidative phosphorylation, OXPHOS）的依赖增加，复合物II与IV表达上调以支持增殖、迁移及ECM合成与分泌；研究显示ATP结合盒亚家族G成员1（ATP-Binding Cassette Subfamily G member 1, ABCG1）表达随后通过过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ, PPARγ）/肝X受体α（liver X receptor α, LXRα）信号通路诱导VSMC脂质积累，ABCG1长期以来作为巨噬细胞胆固醇转运蛋白被研究，但其被炎症刺激抑制的机制，为血管炎症如何通过损伤外流而非过度摄取，独立于脂质负荷驱动VSMC泡沫细胞形成提供了直接机制解释。超生理牵张（15%）激活胞质磷脂酶A2（cytosolic phospholipase A2, cPLA2），下调肉碱棕榈酰转移酶1B（carnitine palmitoyltransferase 1B, CPT1B）并抑制脂肪酸β-氧化；由此导致的脂肪酸氧化降低反过来增加核张力并进一步激活cPLA2，形成驱动VSMC增殖与新生内膜增生的机械-代谢反馈环路。此外，15%牵张还可导致VSMC显著脂质积累，NADPH氧化酶1（NADPH oxidase 1, NOX1）与CD36蛋白表达显著升高，且证实Janus激酶/信号转导与转录激活因子（Janus kinase/signal transducer and activator of transcription, JAK/STAT）信号通路参与该过程，这将机械-代谢信号定位为一种未被充分重视但具有治疗重要性的动脉粥样硬化驱动因素，其作用位于传统疗法靶向的循环脂质负荷上游并与之并行。

VSMC机械感知机制部分首先阐述整合素为基础的机械感知：VSMC信号由整合素介导，整合素是异二聚体跨膜蛋白，介导细胞与ECM间的通讯；细胞内整合素信号由可启动信号级联的蛋白质介导，整合素识别并结合ECM的特定成分，包括纤连蛋白、层粘连蛋白与胶原；整合素-配体结合发生时，会启动信号重组细胞骨架网络（包括肌动蛋白、微管与中间丝），调控细胞增殖、迁移、分化与存活等病理生理特性；黏着斑（focal adhesion, FA）处的整合素聚集以力（细胞内与ECM刚度来源的被动力）依赖的方式，使适配蛋白组装形成复杂阵列。整合素介导的机械感知对维持VSMC稳态至关重要，在调控增殖、迁移、黏附与分化等过程中发挥核心作用，整合素为基础的机械感知通路已被证实参与动脉疾病进展的多个阶段：介导纤连蛋白原纤维生成的α5β1整合素参与动脉粥样硬化发展过程中的纤维帽形成，抑制α5β1整合素可减少粥样硬化斑块形成；αvβ3整合素在弥漫性内膜增厚或斑块形成期间与动脉内膜内的VSMC共定位，同时与内皮细胞和CD68阳性巨噬细胞共定位，参与斑块不稳定性调控；层粘连蛋白结合的α7β1整合素在表型调控过程中表达下调，导致收缩基因表达增强、VSMC增殖减少；胶原与纤连蛋白结合的α2β1整合素则在合成型VSMC表型中表达上调，增强平滑肌细胞增殖并促进胶原与纤连蛋白沉积。整合素与其他细胞表面受体信号通路存在广泛串扰，从生长因子受体到受体酪氨酸激酶，转导机械与生化信号以促进细胞黏附、铺展、增殖及ECM组装与重构，这种串扰的定义方式多样，可导致（非整合素）受体信号放大及整合素机械信号增强，例如通过共聚集或稳定早期整合素簇，但目前整合素-受体串扰的潜在影响仍未得到充分研究，未来需详细解析。其中受体酪氨酸激酶方面，多项研究证实整合素αvβ3与多种受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase, RTK），尤其是生长因子受体（growth factor receptor, GFR）存在协同关系：在VSMC中，整合素αvβ3可被证实与血小板衍生生长因子受体（platelet-derived growth factor receptor, PDGFR）共免疫沉淀，该相互作用在细胞培养于Tenascin-C（动脉病变中上调的ECM蛋白）上时增强，并导致Src与FAK信号增强；类似地，Tenascin-C可引起整合素αvβ3依赖的表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor, EGFR）聚集、酪氨酸磷酸化及表皮生长因子（epidermal growth factor, EGF）依赖的VSMC生长；在其他细胞类型中也证实了FGF与αvβ3整合素的相互作用，但VSMC中交叉通路的证据仍较少，主要局限于FGF刺激后整合素表面表达或定位改变的水平；此外，整合素αvβ3通过酪氨酸磷酸酶SHP-2介导胰岛素样生长因子受体1（insulin-like growth factor receptor 1, IGFR1）信号。G蛋白偶联受体（G-protein coupled receptor, GPCR）配体包括血管活性肽（如血管紧张素II（angiotensin II, AngII）、内皮素-1（endothelin-1, ET-1））与脂质介质（如前列腺素E2或溶血磷脂酸（lysophosphatidic acid, LPA）），在动脉稳态与疾病进展中发挥关键作用，血管收缩剂可调控血压，也可促进平滑肌细胞增殖与动脉重构；脂质介质同样可通过促进表型调控、增殖与新生内膜形成，成为血管疾病的强效促进因素，尽管GPCR已被证实参与VSMC机械感知（尤其是GPR146参与高血压压力感知），但GPCR串扰主要以间接方式被研究，未来仍需进一步解析：例如整合素参与AngII诱导的VSMC增殖，敲低或抑制整合素可降低AngII诱导的ERK激活；ET-1增加FAK、Src与磷酸肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase, PI3K）激活及VSMC运动能力，将ET-1受体-整合素串扰与新生内膜增生关联，而另一项研究中ET-1抑制整合素αv表达；LPA与受体LPAR1、LPAR3的相互作用诱导VSMC整合素激活，导致血管收缩；前列腺素E2受体促进内皮细胞中整合素αvβ3依赖的细胞黏附，但该串扰尚未在VSMC中研究。Wnt受体方面，Wnt/β-连环蛋白信号由细胞外Wnt配体与细胞膜受体结合引发，导致β-连环蛋白核转位；Wnt信号通路参与VSMC表型转换，包括收缩状态丢失、增殖与迁移改变及内膜增厚；Wnt/β-连环蛋白信号激活受细胞外机械信号（包括基质刚度）影响，进一步调控整合素激活与机械转导；敲低整合素β1可降低Wnt信号，而Wnt处理导致整合素β1快速内吞。肌营养不良蛋白糖蛋白复合体（dystrophin–glycoprotein complex, DGC）通常被认为主要与骨骼肌和心肌细胞相关，但也存在于VSMC中，mdx小鼠VSMC中肌营养不良蛋白缺失导致细胞内Ca²⁺与Na⁺浓度升高，通过TRPC1、-3、-6通道激活介导细胞损伤；其表达与VSMC的收缩状态密切相关，在合成型VSMC中表达缺失可能提示其疾病相关性，源于其作为分子减震器的作用；尽管其组成与机械感知作用近期已被详细综述，但此处主要强调其基于共享信号通路的串扰潜力，以及DGC结合层粘连蛋白因而可能与层粘连蛋白结合整合素共定位的可能性，值得注意的是层粘连蛋白结合的α7β1整合素在mdx模型中（至少在骨骼肌中）表达上调，并促进收缩型VSMC表型。

机械敏感离子通道部分指出，机械敏感离子通道深度参与VSMC的牵张、流动、压力或刚度感知，已有多种阳离子与阴离子通道被证实可被生物物理力门控，其中Piezo1与Piezo2是研究最深入且被广泛接受的机械敏感通道。由于关于Piezo通道的研究较多，且近期缺乏表明其他通道在VSMC中发挥直接机械感知作用的证据，本部分聚焦于Piezo1及Davis等人综述未涵盖的最新研究。Piezo1是一种大型三聚体Ca²⁺通透性阳离子通道，可被压力、牵张与剪切应力激活。近期工作表明其以多种方式参与VSMC表型转换：Piezo1在富含VSMC的新生内膜中显著上调，通过Ca²⁺、钙调蛋白激酶II与钙调神经磷酸酶信号激活转录因子YAP/TAZ；VSMC特异性敲除Piezo1可减少动物模型的新生内膜形成。人类胸主动脉瘤患者的中膜中Piezo1表达升高，抑制Piezo1会导致表型转换，包括人主动脉样本与大鼠VSMC中α-SMA、SM22α与骨桥蛋白表达水平改变。Piezo1功能亢进与动脉衰老相关，通过Ca²⁺内流下游的细胞骨架重构与收缩表型丢失介导该过程，利用siRNA降低Piezo1水平可恢复收缩能力。有趣的是，Piezo1的表达似乎以压力依赖的方式调控：在AngII诱导的高血压小鼠模型、离体动脉或培养的VSMC中，高血压压力处理导致GPR146依赖的cAMP-CREB信号激活，以及下游Piezo1表达的调控。但Piezo1也可在VSMC中感知压力：高血压压力下游，核膜定位的Piezo1引起核Ca²⁺内流，募集cPLA2至核膜并启动花生四烯酸信号，进一步导致脂滴积累与表观遗传重构，驱动转分化为泡沫细胞样表型。在肺动脉高压中，Piezo1激活被证实通过钙调神经磷酸酶/活化T细胞核因子（calcineurin/nuclear factor of activated T cells, NFAT）通路促进糖酵解，并上调糖酵解酶6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶3。Piezo1还参与血管钙化，CaMKII-NLRP3炎症小体驱动的焦亡介导其促钙化作用，小鼠与患者粥样硬化斑块中Piezo1表达均上调。此外，ECM刚度驱动的VSMC肥大与Piezo1下游的Ca²⁺-蛋白激酶C-水通道蛋白1信号级联相关，该通路可被选择性药物阻断，且不影响健康基质上的收缩能力。相比之下，Piezo2主要在感觉神经元中表达，在压力感受器末梢与Piezo1协同调控血压，新兴证据表明其在冠状动脉发育中发挥作用，但截至目前尚未确立其在VSMC