这篇文章的核心内容是探讨内皮细胞（ECs）如何响应基质和流动衍生的机械应力，这些应力在血管生理和病理中起着重要作用。文章详细讨论了内皮细胞对基质衍生的生物物理线索（如地形、曲率和刚度）以及流动衍生的应力（如剪切应力、压力和张力）的反应，并探讨了这些机械线索如何在体内同时作用于内皮细胞，以及内皮细胞如何整合和解释这些多种机械刺激。

背景知识

内皮细胞覆盖在所有血管内，受到大的机械应力的调节，这些应力对其结构和功能在健康和疾病中都有重要影响。血管系统中，内皮细胞位于血液和血管壁的交界处，不断受到复杂且动态的机械应力。这些机械环境可以分为两类：接触应力（来自基质的物理特征）和流体衍生应力（由于血流产生）。

图 1：脉管系统内存在的生物物理力的总结。

研究方法

文章通过回顾实验平台和模型系统，分析了内皮细胞如何响应不同的机械刺激。这些平台包括体外实验，如微流控芯片、拉伸装置等，用于模拟体内环境中的机械应力。研究者们还使用了原子力显微镜（AFM）等技术来测量内皮细胞基底膜的弹性模量。

实验结果

1. 基质衍生的生物物理线索 ：

• 地形
  ：内皮细胞对基质的纳米和微观地形有响应，表现出在沟槽方向上的迁移、排列和伸长。细胞内肌动蛋白丝、微管和粘着斑的排列也与之对应。
• 曲率
  ：内皮细胞对基质的曲率有响应，表现出在曲率方向上的排列和伸长，但在高曲率下迁移速度降低。
• 刚度
  ：内皮细胞在较硬的基质上更圆、更少铺展，与之相关的细胞内粘着斑和肌动蛋白应力纤维也更少。在较硬的基质上，内皮细胞更收缩，表现出更大的牵引力。
  

  图 2：内皮细胞和相关实验模型系统经历的底物衍生线索。

• 剪切应力
  ：内皮细胞对剪切应力的响应表现为细胞形态和细胞骨架的重组，包括细胞的伸长和排列。稳态流动导致细胞在流动方向上的排列，而扰动流动导致细胞形状更圆、排列更随机。
  

  图 3：内皮细胞 (EC) 所经历的流动诱导剪切应力的特征。

• 压力
  ：血压对内皮细胞施加正压力，影响细胞形态、细胞骨架组织和血管功能。生理压力下，内皮细胞增殖增加，而病理压力下，内皮细胞退化和凋亡。
• 张力
  ：血管中的张力可以是轴向的，也可以是由于跨壁压力差导致的周向张力。内皮细胞对张力的响应表现为细胞的伸长和排列，与张力方向垂直。
  

  图4：内皮细胞所经历的拉应力的特征。

关键结论