综述：血管平滑肌细胞机械转导：通路、表型及新兴技术

《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，是血管壁完整性的核心调节者，调控血管张力、重构及动脉疾病的进展。尽管既往机械生物学研究多聚焦于内皮细胞，但VSMC内在的机械感知机制仍相对未被充分探索。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换不仅是转录事件，还伴随深刻的生物能量重编程，这一维度在机械生物学中长期被忽视。VSMC通过机械敏感离子通道、整合素等细胞表面受体，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种机械刺激，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增加的发生发展。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新兴技术在相关研究中的应用。重要的是，综述提出了一种连接VSMC机械转导、代谢重编程与动脉粥样硬化发生的新型整合框架，将VSMC置于血管机械生物学的核心地位，并指出机械-代谢信号是心血管疾病中尚未被充分探索的治疗靶点。

引言

心血管疾病是全球首要的死亡与发病病因，每年导致超过1800万人死亡。在细胞层面，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构成斑块的主要成分，且进一步参与动脉僵硬度增加、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中，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VSMC发生表型转换，即失去收缩特性并获得增殖、迁移或炎症特征，向合成表型、炎症表型、成骨表型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。泡沫细胞是动脉粥样硬化斑块内蓄积的含脂细胞，既往主要认为来源于单核细胞来源的巨噬细胞，现已被证实包含大量VSMC来源组分。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的机械转导，目前被认为是这些转换的上游主要驱动因素，其通过激活黏着斑激酶（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增强转变，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被孤立看待的不同病理生理相关层面，对VSMC机械生物学进行了系统性整合。首先，综述概述了健康与疾病状态下VSMC所处的机械微环境，涵盖周期性牵张、流体剪切应力、静水压力及基质刚度。其次，综述总结了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。第三，综述描述了主要的机械感知通路，包括整合素及其相关的受体串扰，这些机制使VSMC能够检测并响应机械信号。最后，综述强调了器官芯片平台、单细胞转录组学及基于DNA折纸的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，并探讨了这些见解如何为心血管疾病的防治策略提供依据。由于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，综述首先阐述VSMC的机械环境。

动脉疾病中VSMC的机械环境：VSMC承受哪些力

动脉内的血管机械微环境涉及物理力与细胞表型的复杂动态相互作用。大血管中膜内VSMC的重要功能是合成并组装独特且高弹性的ECM以应对施加于其上的机械力。然而，血流使动脉壁承受多种血流动力学力，包括静水压力、周期性牵张、基质刚度及压缩力，每种力均可独立激活VSMC内的机械感知通路，调控斑块起始、表型调制、进展及失稳，进而改变动脉壁特性及血流源性应力作用于VSMC的幅度。

周期性牵张

血流的脉动特性使血管壁内的VSMC承受周向与纵向牵张。周期性牵张是调控VSMC表型的公认调节因子，生理水平（约10%）通过多条已确定的通路维持收缩标志物表达，影响VSMC行为，促进增殖、凋亡、表型转换、迁移、排列及最终的血管重构。在动脉疾病中，这种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%），但慢性病程中，代偿性动脉僵硬度增加逐渐降低周期性牵张，并将负荷转向内膜层受压，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，以钙调蛋白1（CNN1）、肌动蛋白α2（ACTA2）、转凝蛋白（TAGLN）及肌球蛋白重链11（MYH11）等标志物表达为特征。在介导牵张诱导的表型调控的通路中，沉默信息调节因子1（SIRT1）/叉头框蛋白O3a（FOXO3a）信号已被证实可直接连接牵张诱导的信号与收缩基因表达。与之相反，超生理牵张诱导表型向合成状态转换，表现为收缩基因表达降低，KLF4、白细胞介素（IL）-6、IL-8、血管细胞黏附分子1（VCAM-1）及细胞间黏附分子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（MAPK）及肿瘤坏死因子（TNF-α）相关炎症通路激活，将机械应力与动脉粥样硬化等血管疾病联系起来。RhoA/ROCK、MAPK/细胞外信号调节激酶（ERK）及YAP/TAZ等通路同样被证实参与其中，其中YAP/TAZ是连接壁应力与收缩向合成表型转换的关键转录中介，而Notch信号可调控牵张诱导的收缩特性丢失。较高幅度的牵张还常增加凋亡，涉及p53上调调亡调控因子（PUMA）、c-Jun N-末端激酶（JNK）及干扰素信号等通路，诱导型一氧化氮合酶（iNOS）等保护机制可调控牵张诱导的细胞死亡。然而，当前仍存在显著的研究空白。尽管谱系示踪与单细胞测序已揭示VSMC在动脉粥样硬化中可转化为巨噬细胞样、泡沫细胞、间充质干细胞样及成软骨样表型，但周期性牵张在这些转换起始阶段特异性驱动的分子机制与过程仍很大程度上不明确。关键的是，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，且VSMC反应随牵张幅度、频率及方向性存在高度异质性。填补这些空白需要建立生理真实的牵张模型并开展通路互作研究，这对于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

在腔面，直段动脉的生理性层流剪切应力通常为10至20 dyn/cm2，其中约15 dyn/cm2被视为经典的动脉粥样硬化保护值。在分叉处、弯曲部及分支开口，血流变为紊乱与振荡流，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，这类条件与斑块起始密切相关。中膜的VSMC在正常条件下并不直接暴露于此类血流，这一重要区别导致剪切应力长期以来几乎仅在内皮生物学中被研究。然而，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，这一现象已被Fukui等人的荧光成像实验直接可视化，其绘制了完整主动脉壁层的异质性组织间流分布，证实了流动可渗透至中膜。建模研究进一步估算，VSMC持续暴露于由跨壁压力梯度驱动的间质液剪切应力，根据与内弹性膜窗孔的接近程度，剪切应力范围为1至超过100 dyn/cm2，幅度与腔面内皮细胞承受的水平相当甚至更高。在动脉粥样硬化中，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流动力学，凸显了VSMC直接感知流体剪切应力的作用。多项体外研究已证实，VSMC在不同幅度的流体剪切应力范围内具有功能反应性。Civelek等人早期对VSMC施加1至25 dyn/cm2的剪切应力，幅度覆盖了报道的生理性组织间流及窗孔射流效应，作用于邻近窗孔孔的VSMC，证实剪切应力可诱导机械信号传导与表型调制。层流剪切应力与三维组织间流均可通过硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPG）介导的ERK1/2信号下调VSMC的收缩标志物表达，其中组织间流的影响更具差异性：降低平滑肌肌球蛋白重链（SM-MHC）、平滑肌肌球蛋白轻链磷酸酶（smoothelin）及钙调蛋白（calponin）的表达，同时反常地增强α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）及SM22的表达。VSMC表面糖萼是这一反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诱导的增殖与迁移抑制，并减弱一氧化氮（NO）生成；而完整的糖萼通过ROCK-肌球蛋白轻链磷酸酶通路转导剪切诱导的收缩反应。但总体而言，针对生理与病理性剪切应力幅度、以及组织间液剪切应力对VSMC影响的研究仍十分缺乏，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。剪切诱导的VSMC表型调制是否激活AMP活化蛋白激酶（AMPK）或哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）仍有待明确，这两个在 endothelial 生物学中已被充分表征的流敏感代谢激酶，很可能是连接组织间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

除壁剪切应力与周期性牵张外，血流还对血管壁施加垂直方向的静水压力。生理条件下，VSMC承受的平均动脉压约为93 mmHg（对应正常血压120/80 mmHg）。II级高血压患者血压升至≥160/100 mmHg，高血压急症时可超过180/120 mmHg，在这一病理范围内，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节因子。在脑、眼、血管、膀胱及软骨中，静水压力已被证实以幅度与背景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、高血压性纤维化重构及Hippo通路等多种病理过程相关。近年来，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。在VSMC中，利用高压培养系统进行单细胞转录组分析，鉴定出压力驱动的两种全新VSMC亚群：一种炎症亚群通过CXCL2/3及CCL2促进单核细胞迁移，另一种内皮功能抑制亚群分泌SERPINF1抑制血管生成，这两种过程均是动脉粥样硬化进展的核心环节。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蛋白依赖性通路驱动完全的VSMC表型转换及基质降解性足体形成。最终，压力刺激通过Piezo1介导的级联反应驱动VSMC向泡沫细胞样表型转化，该过程涉及磷脂与花生四烯酸信号，伴随脂质 droplet 快速蓄积及脂质转运蛋白（ATP结合盒转运蛋白A1（ABCA1）、低密度脂蛋白受体（LDLR））表达改变。这表明高血压不仅是全身性危险因素，更是斑块形成过程中VSMC转换的直接机械驱动因素，其机制上还将Piezo1激活与后文所述的脂质代谢失调联系起来。然而，静水压力如何与同时存在的周期性牵张及剪切应力共同调控VSMC命运，目前仍未被探索。

基质刚度

ECM的主要成分包括胶原蛋白、弹性蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白及蛋白聚糖，它们共同构建调控细胞黏附、迁移、增殖与分化的微环境。这些成分相互作用，提供维持血管完整性所需的力学特性与生物学功能。健康动脉的内膜弹性模量约为5–30 kPa，中膜与外膜层范围为10–70 kPa（局部可达>100 kPa）。随着动脉粥样硬化进展，不同层面的响应呈现高度异质性：胶原性ECM被蛋白聚糖替代使内膜层软化（约1至10 kPa），而弹性蛋白丢失进一步使中膜层僵硬度增加。在动脉粥样硬化斑块内，脂质池是最软的成分（约2.7 kPa），纤维帽组织僵硬度升至约14 kPa，钙化区域可超过90 kPa。血管ECM组成具有背景特异性，既会随生理需求变化，也会因疾病进展而改变。健康动脉ECM主要由弹性纤维与胶原蛋白构成，含少量糖蛋白与蛋白聚糖，以维持血管稳定性与充盈压。IV型胶原蛋白、层粘连蛋白及存在于健康血管ECM中的基膜聚糖可支持收缩表型，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。动脉粥样硬化中的病理性ECM重构导致弹性蛋白碎片化，弹性纤维与胶原蛋白比例下降。与此同时，蛋白聚糖与糖蛋白比例显著增加。随着斑块形成进展，胶原蛋白比例上升，而弹性纤维、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进展。

蛋白聚糖因其持水能力及相关粘弹性及信号特性，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中的空隙。在动脉粥样硬化中，Versican存在于早期内膜增厚部位，并与硫酸软骨素Biglycan及硫酸乙酰肝素Perlecan一起，通过与带正电的载脂蛋白相互作用，导致血浆来源的脂蛋白滞留。Perlecan是皮下基质中最显著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Perlecan在动脉粥样硬化发生发展中的作用尚未完全明确，但研究发现其在动脉粥样硬化过程中表达下调。

血管细胞可在局部调控ECM组成，微调以适应不同口径血管的生理需求，例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转运。这些生理功能通过动态的细胞-ECM串扰监测，以改变细胞反应。在主动脉瘤中，基质金属蛋白酶（MMP）介导的中膜层弹性蛋白与胶原蛋白降解降低结构完整性与壁刚度，再次改变VSMC感知的机械信号。类似地，在早期动脉粥样硬化中，胶原蛋白与弹性蛋白初始阶段均减少，使内膜微环境软化；而在晚期斑块中，胶原蛋白蓄积使纤维帽僵硬度增加，而弹性蛋白持续减少，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群体根据疾病背景暴露于差异显著的机械微环境，这凸显了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或机械敏感离子通道感知，并通过Rho-ROCK通路及YAP/TAZ信号传导，影响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等关键过程。血管僵硬度增加导致的机械信号传导促进VSMC胆固醇蓄积，并增强巨噬细胞标志物CD68的表达，提示基质刚度与动脉粥样硬化中VSMC表型转换及泡沫细胞形成存在关联。近期一项研究证实，盘状结构域受体1（DDR1）-DNA甲基转移酶1（DNMT1）信号是一种机械转导通路：ECM刚度诱导DDR1磷酸化与内吞，随后抑制DNMT1表达。这表明动脉壁的机械环境可对VSMC留下持久的表观遗传印记。即使在动脉粥样硬化早期出现的暂时性血管僵硬度增加，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VSMC下游转录因子SOX9调控，同时SOX9的表达在衰老（而非年轻）VSMC中也受ECM刚度调控，驱动衰老动脉中向成骨/成软骨表型的分化。因此，在动脉疾病（或衰老）早期靶向机械变化可能是预防长期VSMC功能障碍的必要措施。

动脉粥样硬化中血管平滑肌细胞的表型调制：机械感知的后果是什么

表型可塑性

上述机械刺激汇聚于一个共同的下游结果：VSMC表现出显著的表型可塑性，涉及收缩特性的丢失，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，这一点已被谱系示踪与较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程度仍存在争议。一项近期多组学研究显示，动脉粥样硬化病变内约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。部分scRNA-seq研究认为稳定的VSMC向巨噬细胞转分化并不常见。其中，Wirka等人利用小鼠与人类动脉粥样硬化病变的单细胞转录组分析发现，调制后的VSMC主要转换为成纤维细胞样纤维肌细胞，而非获得巨噬细胞表型。类似地，一项采用双报告系统进行的谱系示踪研究发现，虽然平滑肌细胞（SMC）来源的巨噬细胞样细胞在病变早期出现，但在晚期斑块中仅约10%维持巨噬细胞标志物表达，多数要么恢复为VSMC命运，要么获得非巨噬细胞身份。但这些研究存在重要的技术局限性：scRNA-seq细胞簇分配依赖于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，可能遗漏早期过渡态表型。相反，大量证据支持VSMC向巨噬细胞样及泡沫细胞命运具有较强的可塑性。VSMC命运图谱结合scRNA-seq鉴定出一种中间态干细胞/内皮/巨噬细胞（SEM）细胞状态，该状态具有多能性，可根据局部转化生长因子（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固定命运，而是动态、背景依赖的过程。Xu等人证实，特异性敲除细胞通讯网络因子2（CCN2）可显著增加巨噬细胞样转换及富脂斑块负荷，从功能层面证明内源性机制主动抑制这一转换。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内鉴定出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，可识别否则会被常规标志物误分类为巨噬细胞的VSMC来源细胞。研究还显示转录因子Bhlhe40是驱动这一表型转换的关键调控因子。这具有重要意义，因为它为“泡沫细胞主要来源于单核细胞”的长期观点增添了重要细节，表明VSMC可能是病变内被低估且数量可观的泡沫细胞来源。这也对CD68等标准标志物解读斑块组成的可靠性提出了疑问，因为部分CD68阳性细胞可能来源于VSMC而非真正的巨噬细胞。除了VSMC来源细胞是否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SMC标志物阳性细胞都一定来源于VSMC。内皮细胞仍保留发生内皮-间充质转化（EndMT）的能力，该过程使其丢失VE-钙粘蛋白与CD31等标志性连接蛋白，并获得以α-SMA、N-钙粘蛋白及成纤维细胞特异性蛋白1上调为标志的间充质表型，同时获得迁移与侵袭特性。这一过程主要由TGF-β/Smad2/3信号驱动，并由炎症细胞因子与振荡剪切应力通过丢失保护性成纤维细胞生长因子（FGF）受体1信号增强，这些刺激均是动脉粥样硬化微环境的典型特征。直接的体内证据表明，利用内皮特异性谱系追踪发现，EndMT来源的成纤维细胞样细胞在小鼠与人类动脉粥样硬化病变中普遍存在，过渡态细胞共表达内皮与间充质标志物，在人类斑块中可检测到，且EndMT程度与斑块不稳定性相关。关键的是，由于EndMT来源细胞可表达α-SMA与SM22α，通过常规标志物方法无法与发生表型转换的VSMC区分，这进一步强调了需要使用CD200等VSMC特异性谱系标志物及多模态分析，以准确解析病变的细胞组成。

代谢变化

伴随VSMC的表型变化，其能量代谢也发生改变。VSMC表型转换与代谢重编程并非独立事件，而是复杂且双向关联的过程，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（FAO）产生的ATP多于葡萄糖，且脂肪酸调控血管平滑肌内的葡萄糖/糖原代谢。在表型转换期间，合成型VSMC发生代谢重编程，特征为葡萄糖氧化减少与FAO增强。这种FAO升高被认为为增殖、迁移、ECM产生及分泌活动的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（ELOVL6）、酰基辅酶A合成酶（ACS）、肉碱棕榈酰转移酶（CPT）及脂肪酸合酶（FASN）增加脂肪酸摄取、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通过增加活性氧（ROS）并激活AMPK/ Krüppel样因子4（KLF4）信号，促进VSMC表型转换，导致生长停滞及收缩型VSMC标志物表达降低，证明细胞内脂肪酸组成失调本身就足以驱动VSMC表型转换。

线粒体功能与生物能量代谢和VSMC的表型重构密切相关。在VSMC去分化初期，复合物I的基础呼吸能力增强，氧化与磷酸化的偶联减弱，导致线粒体跨膜质子漏增加与ROS生成，促进动脉粥样硬化发展。随着VSMC分化，其对脂质氧化磷酸化（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的合成与分泌。研究显示，ATP结合盒亚家族G成员1（ABCG1）表达随后通过过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）/肝X受体α（LXRα）信号通路诱导VSMC脂质蓄积。ABCG1长期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可解释血管炎症如何独立于脂质负荷、通过损害流出而非过度摄取驱动VSMC泡沫细胞形成。超生理牵张（15%）激活胞质磷脂酶A2（cPLA2），下调肉碱棕榈酰转移酶1B（CPT1B）并抑制脂肪酸β-氧化。由此导致的脂肪酸氧化减少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。此外，Zhang等人证实15%牵张导致VSMC显著脂质蓄积，同时NADPH氧化酶1（NOX1）与CD36蛋白表达显著增加，且Janus激酶/信号转导与转录激活因子（JAK/STAT）信号被证实参与其中。这将机械-代谢信号定位为一种未被充分认知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平行。

VSMC的机械感知机制：VSMC如何检测这些力

VSMC含有多种机械受体，如整合素或机械敏感离子通道（如Piezo1、TRPV2）。这些机械受体传递机械信号后，会激活VSMC内的下游信号通路，参与不同的病理生理效应。鉴于VSMC在动脉粥样硬化斑块发生发展中的作用，理解机械转导在VSMC行为中的作用，可为动脉粥样硬化的治疗或预防提供更深入的见解。

基于整合素的机械感知

VSMC信号传导由整合素介导，整合素是异二聚体跨膜蛋白，可实现细胞与ECM之间的通讯。细胞内整合素信号由能够启动信号级联的蛋白介导，整合素识别并结合ECM的特定成分，包括纤连蛋白、层粘连蛋白及胶原蛋白。当发生整合素-配体结合时，会启动信号传导，重组细胞骨架网络（包括肌动蛋白、微管及中间丝），调控细胞增殖、迁移、分化及存活等病理生理特性。黏着斑（FA）处的整合素聚集以力（细胞内力及ECM刚度衍生的被动力）依赖的方式，使适配蛋白复合物组装为黏着斑。

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、黏附及分化等过程中发挥关键作用。基于整合素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中纤维帽的形成，抑制α5β1整合素可减少动脉粥样硬化斑块形成。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，同时也与内皮细胞及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整合素在表型调制过程中表达下调，导致收缩基因表达增强及VSMC增殖减少。胶原蛋白与纤连蛋白结合的α2β1整合素在合成型VSMC表型中表达上调，促进平滑肌细胞增殖及胶原蛋白与纤连蛋白沉积。

虽然详细的机械信号通路已在其他综述中讨论，此处将重点关注整合素与其他细胞表面受体信号通路的交叉，这一主题对动脉疾病具有重要启示。重要的是，整合素与其他受体（从生长因子受体到受体酪氨酸激酶）广泛串扰，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。不同整合素之间或整合素与其他受体之间的串扰有多种定义方式，可导致（非整合素）受体信号放大，也可增强整合素机械信号，例如通过共聚集或稳定早期整合素簇。但这一术语常被用作涵盖从整合素激活到下游效应的任意阶段信号通路调控的总称。尽管整合素-受体串扰的潜在影响仍未得到充分研究，未来需要更多研究详细解析，下文将综述现有文献进展。

受体酪氨酸激酶

多项研究证实整合素αvβ3与多种受体酪氨酸激酶（RTK），尤其是生长因子受体（GFR）之间存在协同关系。研究显示整合素αvβ3可与VSMC中的血小板衍生生长因子受体（PDGFR）共免疫沉淀，当细胞在Tenascin-C（一种在动脉病变中上调的ECM蛋白）上培养时，这种相互作用增强，并导致Src与FAK信号增强。类似地，Tenascin-C导致整合素αvβ3依赖的表皮生长因子受体（EGFR）聚集、酪氨酸磷酸化及表皮生长因子（EGF）依赖的VSMC生长。在其他细胞类型中也证实了FGF与αvβ3整合素的直接相互作用，但VSMC中存在交叉通路的证据仍然稀缺，且大多局限于FGF刺激后整合素表面表达或定位的改变。更间接的证据显示，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（IGFR1）信号传导。

G蛋白偶联受体

G蛋白偶联受体（GPCR）配体，包括血管活性肽（如血管紧张素II（AngII）或内皮素-1（ET-1））及脂质介质（如前列腺素E2或溶血磷脂酸（LPA）），在动脉稳态与疾病进展中发挥关键作用。血管收缩剂调控血压，但也可促进平滑肌细胞增殖与动脉重构。同样，脂质介质可通过促进表型调制、增殖及新生内膜（损伤或疾病后形成的增殖性VSMC与基质病理性层）形成，成为血管疾病的强效促进因子。尽管GPCR已被证实参与VSMC机械感知（尤其是参与高血压压力感知的GPR146），但GPCR串扰主要以间接方式被研究，未来工作需要进一步详细解析。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及磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）激活以及VSMC运动性，将ET-1受体-整合素串扰与内膜增生联系起来；而另一项研究中ET-1抑制整合素αv表达。LPA与受体LPAR1及LPAR3的相互作用诱导VSMC内整合素激活，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中得到研究。

Wnt受体

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，诱导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影响，包括基质刚度，后者进一步影响整合素激活与机械转导。敲低整合素β1导致Wnt信号降低，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物

肌营养不良蛋白-糖蛋白复合物（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及-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中丢失可能提示其疾病相关性，这可能与其作为分子减震器的作用有关。虽然其组成与机械感知中的作用近期已有详细综述，此处主要强调其串扰潜力，基于共享的信号通路以及DGC与层粘连蛋白结合从而可能与层粘连蛋白结合整合素共定位的特性。值得注意的是，层粘连蛋白结合的α7β1整合素在mdx模型（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

机械敏感离子通道深度参与VSMC对牵张、流动、压力或刚度的感知。已有多种阳离子与阴离子通道被认为可被生物物理力门控，其中Piezo1与Piezo2是研究最充分、被广泛认可的机械敏感通道。由于涉及Piezo通道的研究数量众多（且近期缺乏表明VSMC中其他通道直接机械感知的研究），本文将聚焦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⁺通透阳离子通道，可被压力、牵张及剪切应力激活。近期研究从不同角度证实其参与VSMC表型转换。Piezo1在富含VSMC的新生内膜中显著上调，其通过Ca²⁺、钙调蛋白激酶II及钙调神经磷酸酶信号激活转录因子YAP/TAZ，VSMC特异性敲除Piezo1可减少动物模型中的新生内膜形成。Piezo1在胸主动脉瘤患者的中膜中表达升高，抑制Piezo1可导致表型转换，包括人主动脉样本与大鼠VSMC中α-SMA、SM22α及骨桥蛋白表达水平改变。Piezo1过度活跃与动脉衰老相关，通过Ca²⁺内流下游导致细胞骨架重构与收缩表型丢失，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表达调控。但Piezo1也在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，进一步导致脂质droplet蓄积与表观遗传重构，驱动向泡沫细胞样表型转分化。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（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效应，Piezo1在小鼠与患者动脉粥样硬化斑块中表达上调。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而不损害健康基质上的收缩功能。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；新出现的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机械感知中的直接作用。

糖萼

此外，糖萼是一种通常存在于内皮细胞与流动血液界面的ECM，由蛋白聚糖、糖胺聚糖及糖蛋白构成，在维持血管健康中发挥关键作用。VSMC糖萼通过硫酸乙酰肝素（HS）与硫酸软骨素（CS）蛋白聚糖成分，将剪切应力转化为收缩反应，同时抑制增殖与迁移。用肝素酶酶解去除HS链可消除剪切诱导的VSMC增殖与迁移抑制，并减弱一氧化氮生成，证明HSPG是将流体机械信号转导为功能性细胞反应所必需的。HSPG激活下游已鉴定出两条机制不同的信号臂。收缩臂通过ROCK介导的肌球蛋白轻链磷酸酶抑制发挥作用，导致肌球蛋白轻链2磷酸化增加及剪切诱导的VSMC收缩，该通路已通过选择性HS降解与药物性ROCK抑制得到证实。迁移与重构臂通过FAK在Tyr925位点的磷酸化及下游ERK1/2激活发挥作用，二者共同驱动MMP-13上调及SMC对组织间流的运动反应；沉默NDST1（编码N