骨關節炎（OA）不再被視為關節軟骨磨損的簡單問題。相反，骨關節炎是一種涉及軟骨和非軟骨組織（如軟骨下骨和滑膜）的全關節疾病。其中，軟骨下骨隨著力學環境的變化而不斷重塑。目前對OA軟骨下骨紊亂的理解jinxian于其與韌帶或半月板損傷導致的局部機械負荷改變的聯系。最近，高血壓，最常見的血管疾病，已成為OA的一個獨立危險因素。這可能表明全身血流動力學機械應力在軟骨下骨重塑和OA發病機制中具有合理的作用。然而，他們的關系仍未完全了解。

組織生長和重塑主要由細胞介導，機械信號在此過程中起著關鍵作用。在血管壁中，血管平滑肌細胞（VSMCs）是血管重塑的重要調節因子，因為它們能夠表達不同的表型，即分化表型（收縮表型）和去分化表型（合成表型）。VSMCs在穩態下表現出靜止的收縮表型，但能夠在血流動力學條件發生變化時切換到合成表型以誘導生長和重塑。VSMCs經歷的循環應變會影響其表型，與靜態對照相比，循環應變時收縮表型標志物的上調和下調都有報道。然而，應變介導的VSMC表型變化的潛在機制尚未wanquan解開。

VSMCs的表型可塑性受幾種信號通路的調節，例如轉化生長因子β、Hippo/yes相關蛋白和Notch，它們越來越被認為是機械敏感的。此外，已知Notch信號參與血管系統的發育、重塑和穩態。在血管壁中，內皮細胞表達的Jagged1配體與鄰近VSMCs的Notch受體結合，并以前饋方式激活Notch信號。這種相互作用使Notch信號通過稱為側向誘導的過程在VSMC層中傳播，并促進VSMCs的分化。然而，在血管重塑的背景下，應變和Notch信號轉導之間的相互作用如何以及在多大程度上影響VSMC表型尚未得到研究。

鑒于Notch在調節血管發育和適應方面的重要作用，荷蘭埃因霍芬理工大學生物醫學工程系課題組曾假設Notch信號可以直接調控VSMC表型以響應機械應力，該團隊通過獲取VSMCs的合成和收縮表型，并將其循環拉伸48小時，以確定由應變引起的表型標記物的變化。結果表明，應變對收縮表型VSMCs的應用導致了其向合成表型的轉化，而Notch信號在此過程中發揮重要作用。研究成果發表在Frontiers in Cell and Developmental Biology期刊題為“Notch signaling regulates strain-mediated phenotypic switching of vascular smooth muscle cells”。

首先，為了闡明Notch對VSMC表型的影響，通過抑制劑DAPT抑制Notch信號，同時將VSMCs接種在固定的Jagged1配體上來激活Notch信號。實驗觀察到，與對照組相比，在DAPT后，收縮型VSMCs中αSMA的纖維組織丟失（圖1 A），ACTA2表達普遍較低，但DAPT處理幾乎不影響合成細胞中ACTA2和KI67的表達以及αSMA和KI67染色（圖1 A-D）。相比之下，與DAPT處理組相比，Notch信號的激活增加了合成和收縮型VSMCs的收縮特征（圖1 A、C），且Notch活化顯著降低了合成VSMCs的增殖特征（圖1 B、D）。這些觀察結果表明，Jagged1介導的Notch激活增加了VSMCs的收縮特性。DAPT介導的Notch信號抑制降低了收縮型VSMCs中收縮蛋白的表達，盡管不顯著，這與Notch在維持VSMCs的收縮特性中的作用一致。

然后，實驗評估了合成和收縮型VSMCs中Notch通路基因的表達，發現與合成VSMCs相比，收縮VSMCs顯示JAG1的表達增加，NOTCH1和NOTCH2的表達降低。Notch信號的抑制通常降低了NOTCH3和JAG1的表達，Notch信號的激活顯著增加了NOTCH3在合成和收縮VSMCs中的表達，以及JAG1在合成細胞中的表達，但NOTCH1和NOTCH2的表達不受Notch信號抑制和激活的影響。

此外，評估Notch信號對ECM產生的影響，發現與合成VSMCs相比，收縮型VSMCs顯示更多的膠原I染色，COL1A1和COL3A1水平升高。與對照組相比，DAPT介導的Notch抑制通常導致所有研究的ECM組分的表達水平較低，相比之下，Jagged1介導的Notch激活增加了合成和收縮型VSMCs中所有研究的ECM組分的表達。

圖1 合成和收縮VSMCs的表征，以及Notch信號抑制和激活對VSMCs表型的影響。

接下來，為了確定應變對VSMC表型的影響，對合成和收縮型的VSMCs進行不同應變水平的機械拉伸（1 Hz，4%），發現收縮型VSMCs在αSMA染色水平和ACTA2表達水平降低，向合成表型轉變，而合成型VSMCs的收縮特征不受應變的顯著影響（圖2）。施加應變時收縮型VSMCs中ACTA2表達的降低與施加的應變水平相關，而在合成型VSMCs中的表達水平未檢測到與應變的顯著相關性（圖2 C）。

然后評估了應變對Notch通路關鍵信號分子的影響，發現NOTCH1和NOTCH2表達僅在收縮型VSMCs中對應變有反應，在施加應變時水平升高；NOTCH3和JAG1表達在兩種VSMCs表型中都受到應變的影響，隨著應變水平的增加而降低，這種降低在收縮型VSMCs中更明顯。

此外，評估應變對合成和收縮型VSMCs的ECM生成的影響，發現只有合成VSMCs在ECM表達方面表現出對應變的反應。具體而言，合成型VSMCs中COL1A1、COL3A1、COL4A1和FN的表達水平隨應變而降低，而收縮型VSMCs的表達水平與應變無顯著相關性。

圖2應變對VSMCs表型的影響。

為了闡明Notch信號在應變介導的VSMC表型變化中的作用，通過DAPT抑制Notch信號，并通過Jagged1配體激活Notch信號。實驗觀察到，合成型VSMCs的收縮特征在應變期間幾乎沒有受到Notch信號抑制的影響。此外，當Notch信號受到抑制時，收縮型VSMCs在αSMA含量和組織方面轉向合成表型（圖3 A）。在兩種表型中，對照和DAPT處理的樣本中檢測到相似的ACTA2表達（圖3 B、C）。另一方面，激活Notch增加了收縮標志物的表達，并在施加應變時部分挽救了收縮型VSMCs的收縮特征（圖3 A）。此外，即使施加應變，在Notch激活的合成和收縮VSMCs中，ACTA2的表達普遍高于相應的對照和DAPT處理組（圖3 C）。這表明Notch信號在應變介導的表型變化中的重要作用。

為了研究Notch信號在應變介導的Notch通路基因變化中的作用，評估了合成和收縮型VSMCs中的NOTCH1、NOTCH2、NOTCH3和JAG1水平。在兩種表型中，NOTCH1和NOTCH2的表達僅受DAPT介導的Notch抑制和Jagged1介導的Notch激活的輕微影響。另一方面，拉伸過程中的Notch激活上調了NOTCH3和JAG1在合成和收縮型VSMCs中的表達。此外，在兩種表型中，NOTCH3表達在對照組中受應變下調，在Notch激活后不隨應變而降低，這與觀察到Notch激活的收縮型VSMCs在拉伸過程中收縮特征的部分恢復一致。有趣的是，在Notch激活的合成和收縮型VSMCs中，JAG1表達仍隨應變而降低，這與Notch激活的收縮VSMCs中ACTA2水平隨應變而降低相關。

然后，評估了Notch信號在應變介導的ECM生成變化中的作用，發現與對照水平相比，拉伸過程中DAPT介導的Notch抑制幾乎不影響合成和收縮型VSMCs的ECM表達。另一方面，Notch激活提高了兩種表型中所有研究的ECM蛋白的表達水平。此外，在Notch激活的合成型VSMCs中，觀察不到ECM表達的應變依賴性，特別是COL1A1、COL3A1和FN水平。

圖3 Notch信號抑制和激活對應變介導的VSMC表型變化的影響。

圖4 圖形概要。（A）由內皮細胞（ECs）啟動的Jagged1介導的Notch信號通過血管壁傳播并決定血管平滑肌細胞（VSMCs）向收縮表型的分化。高Jagged1-Notch3活性導致VSMCs的收縮表型，低Jagged1-Notch活性與VSMCs的合成表型相關。（B）在這項研究中，發現Jagged1的誘導上調了NOTCH3和JAG1的表達，并增加了VSMCs的收縮特征。這表明Notch信號直接影響VSMC表型。（C）應變對收縮型VSMCs的施加下調了NOTCH3和JAG1的表達，并將收縮型VSMCs轉向合成表型。（D）在應用應變過程中Jagged1的誘導部分挽救了VSMCs的收縮表型。因此，Notch信號在應變介導的VSMCs表型轉化中起著重要作用。

綜上所述，該研究結果證明了Notch信號在調節應變介導的VSMCs表型轉化中的重要性。研究表明，通過利用Notch信號和應變之間的相互作用，可以（部分）控制VSMCs的命運，并強調了Notch信號是血管治療和再生醫學中的潛在靶點。然而，未來應進一步研究Notch信號在控制VSMC命運方面的劑量反應性以及不同受體在調節VSMC表型和血管重塑中的不同作用，以充分了解通過機械敏感Notch通路調節VSMC表型的機會和局限性。

參考文獻：Karakaya C, van Turnhout MC, Visser VL, Ristori T, Bouten CVC, Sahlgren CM, Loerakker S. Notch signaling regulates strain-mediated phenotypic switching of vascular smooth muscle cells. Front Cell Dev Biol. 2022 Aug 12;10:910503. doi: 10.3389/fcell.2022.910503. PMID: 36036000; PMCID: PMC9412035.

原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36036000/

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