血管生成中的内皮细胞力学和动力学

氧气和代谢物的有效分配对于胚胎发育和生长以及组织稳态至关重要。这是通过内皮细胞形成并维持封闭的管状血管循环网络来实现的。内皮细胞是高度可塑性的细胞，能够在血管发育的不同阶段产生不同的动态反应，以构建组织特异性模式和形态的血管网络。在这篇综述中，我们讨论了 体外 和 体内 获得的新概念进展 控制内皮细胞动力学的血管生成模型。我们强调了机械信号、肌动蛋白细胞骨架和内皮行为之间复杂的相互作用，以及静水压在补充肌动蛋白依赖性机制以调节内皮细胞力学和血管生成方面的新兴重要性。了解这些过程可以深入了解血管修复和再生机制。

这是一篇关于内皮细胞（ECs）动力学，特别是在血管生成过程中的作用，主要讨论了内皮尖端细胞的行为、机械力学在血管生成中的作用，以及相关的分子机制。

1. 内皮尖端细胞的角色 ：

• 内皮尖端细胞特征：具有膜突起，其中富含肌动蛋白的丝状伪足最为显著。

• 功能：通过产生牵引力推动血管生成，尽管形成许多丝状伪足，但其形成对极化内皮细胞迁移并非必需，但对血管生成是必需的。

图 1 . 内皮尖端细胞动力学 。 ( a ) 一种新的血管芽，由分别用膜标记的 EGFP 和 mCherry 标记的尖端（绿色）和茎（洋红色）细胞组成。尖端细胞产生广泛的膜突起，例如丝状伪足和片状伪足。比例尺，5 μm。 ( b ) 粘着斑蛋白纽蛋白（绿色）位于迁移尖端细胞前缘和皮层（箭头）处富含肌动蛋白的丝状伪足（箭头）的基部。分别使用 Tg(fli1ep:vinculin b -eGFP) uq2al 和 Tg(fli1:Lifeact-mCherry) [ 3 ] 斑马鱼系 对纽蛋白和肌动蛋白细胞骨架（洋红色）进行可视化。 比例尺，10 μm。 （ c ) 肌动蛋白聚合、肌球蛋白 II 驱动的收缩性和静水压的综合作用力驱动内皮尖端细胞膜突出和迁移。

• 迁移因素：包括肌动蛋白成核和延长因子（如Arp2/3复合蛋白、formins）、膜突起形成驱动因素（如N-WASP、CIP4、TOCA1）、粘着斑蛋白（如vinculin和talin）、Rho GTPase（如Cdc42）和非肌肉肌球蛋白II（NMII）。

• 依赖机制：肌动蛋白驱动的细胞骨架动力学和静水压之间的复杂相互作用，确保了内皮细胞迁移的高效和稳健性。

• 细胞外基质（ECM）的影响：ECM的物理特性（如交联、刚度和可塑性）通过YAP/TAZ等信号通路调节内皮细胞的迁移和侵袭性。

• 机械和化学反馈：ECM的变形性和内皮细胞介导的ECM重塑支持内皮细胞向彼此的迁移和稳定。

• 机械传导过程：导致膜突起的形成、尖端细胞的迁移和间段血管（ISV）的形成。

• YAP/TAZ的作用：作为关键的机械传感器，调节内皮细胞的增殖、迁移和血管形成。

图2 . 灌注血管中的机械传导 。 ( a ) 芽生血管生成是由质膜结合 BAR 蛋白 TOCA1 和 CIP4 促进的，它们将肌动蛋白聚合因子募集到迁移内皮细胞的前缘。血流和管腔压力的开始增加质膜张力并释放 TOCA1 和 CIP4，从而阻止肌动蛋白驱动的内皮细胞迁移。 ( b ) 管腔压力通过血管壁的周向拉伸在内皮细胞-细胞连接处诱导张力。在这些变化过程中，VE-钙粘蛋白介导的机械转导导致交界纽蛋白的募集，从而增强内皮屏障。

• 细胞连接：如Zonula-occludens-1 (ZO1)等机械转换器将机械信号传递给转录调节。

• 膜张力：影响尖端细胞的迁移和血管的稳定形成。

• 相互作用：细胞骨架、细胞核和膜蛋白的相互作用确保细胞重排、连接稳定性和管腔形成。

• 肌动蛋白细胞骨架的组织：在完全灌注的血管中，对抵抗结构变形至关重要。