CBS2019 | 心血管疾病+力学生物学,交叉整合为学科发展提供新思路

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力学生物学研究主要是研究生命活动中的力学规律,以及力对细胞生命活动的调节。血流动力学是冠状动脉粥样硬化和支架内血栓的重要影响因素,是力学生物学在心血管疾病中作用的典型代表。

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会场照片

2019年11月28日~12月1日,第十一届左主干暨冠状动脉分叉病变峰会(CBS2019)在南京召开。大会就“心血管疾病中的力学生物学”专题组织学术交流,分享心血管领域力学生物学最新进展,为心血管疾病治疗技术的研发提供了新思路。

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上半场主持专家:汪南平、程翔、黄聿、伍贵富

北京大学工学院 熊春阳:当细胞遇见力学

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力学环境广泛参与到生物体、组织甚至细胞的各类活动中。细胞可因外界的力学刺激而产生响应,亦会因不同的生理或病理原因引起自身力学性质的变化。牵引力显微镜(TFM)是细胞力学研究的重要工具,具有可定量分析、敏感性高、可兼容、多细胞分析等优点。熊春阳教授所在的研究所不断对TFM进行改良,为实时处理功能的TFM分析系统提供了有力支持,已经广泛应用于上皮细胞-间充质转化(EMT)、肿瘤干细胞研究、细胞表型研究以及药物抵抗等多方面。

北京航空航天大学 齐颖新:应力调控非编码RNA的细胞间交流诱导血管重建

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血管力学生物学在血管重建中发挥着重要的作用,参与诱导血管细胞合成、分泌多种血管活性分子,与其相邻的细胞间进行信息交流,进而调控血管组织整体结构和功能变化。齐颖新教授特别揭示了心血管疾病和非编码RNA之间的关系:高血压、内膜损伤时,异常增高的力学刺激和暴露的细胞外基质成分诱导血管壁ECs和VSMCs以及血液循环中的血小板释放微囊泡并传递多种蛋白质和miRNA至靶细胞,参与了应力调控的ECs与VSMCs间、ECs与血小板间以及VSMCs与血小板间信息交流,从而诱导血管重建。

山东大学齐鲁医院 张梅:生物力对DKK1的作用及血管重构的关系

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DKK1在心血管疾病的发生发展过程中扮演着重要的角色,在介导高脂和异常血流动力学促进动脉粥样硬化的发生发展中发挥重要作用。DKK1是病理剪切力致斑块发生的关键分子,其介导的机械张力致平滑肌细胞功能紊乱。此外,内皮细胞分泌的DKK1存在细胞间的相互通讯,在平滑肌细胞的增殖中发挥重要作用。张梅教授表示,DKK1作为肿瘤药物开发靶点,干预DKK1可以同时防治血管损害,具有潜在的“一石二鸟”的作用,值得进一步研究。

香港中文大学 黄聿:剪切力、血管炎症与动脉粥样硬化形成

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血管内皮细胞是形成血管内壁表面的细胞层,不断受到血液流动机械力的冲刷,不同的剪切力会引发不同的细胞应答,低剪切力会引起血管炎症,导致动脉粥样硬化等疾病。Hippo 信号通路是高度保守的信号通路,Hippo信号抑制会促进细胞增殖,激活会导致细胞死亡,在动脉粥样硬化相关的发病机制中的作用尚不清楚。YAP/TAZ 是细胞内重要的转录调控因子,处于Hippo信号通路下游,YAP/TAZ的活性受到不同血流动力模式的调控。层流带来的剪切应力能够抑制 YAP/TAZ 的活性,减弱 JNK 信号传导和相关炎症基因的表达,可减少单核细胞对内皮细胞的粘附,从而延缓动脉粥样硬化的形成。反之,湍流则会增加 YAP/TAZ 的活性,从而造成炎症的发生。

中山大学附属第八医院 伍贵富:体外反搏(EECP)的血管生物力学机制和血流重分布研究

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EECP主要依靠力的产及其器官组织效应,气囊内动态压力、肢体表面接触压力、流动阻力和容量变化、器官血压和血流量变化,最终引起组织细胞张力和剪切力变化。EECP可以减少左室功能不全患者的中心动脉压力指数和心肌需氧量;EECP可增强慢性血管闭塞症患者的脑血流量和组织氧合;EECP可以改善外周血管功能。但是EECP的器官特异性效应和分子机制还有待进一步的研究证实。


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下半场主持专家:齐颖新、霍云龙、艾玎、周菁

北京大学医学部 周菁:讨论DNA甲基转移酶1(DNMT1)介导的DNA甲基化在动脉粥样硬化的力学调控中的作用

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血管稳态和功能的调控受到各种生物物理和生物化学因素交互影响,生物物理因素重视较少。血管内皮细胞、血管平滑肌细胞都会受到血流应切力复杂力学因素的影响。细胞如何感知机械力仍是非常受关注的热点。

周菁教授表示,在不同的细胞及细胞结构中,DNMT1的作用多方面的。她们发现在巨噬细胞和内皮细胞中DNMT1有促进炎症反应的发生等有害作用。平滑肌细胞细胞核中,DNMT1可以维持平滑肌细胞的收缩表型,阻滞细胞的破坏;DNMT1到达胞浆后会抑制线粒体基因的表达,抑制ATP生成,从而抑制平滑肌细胞的收缩功能。

天津医科大学 艾玎:动脉粥样硬化中内皮细胞hippo通路的调控机制

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动脉粥样硬化的发生与血流动力学有直接的关系,层流和湍流在内皮细胞炎症中的作用是不同的。Intergin家族在胞外基质、内皮细胞激活等过程中起到重要的作用,其中TAP/TAZ-JNK级联反应发挥重要作用。湍流可以通过激活内皮细胞膜上的Intergin α5β1,激活络氨酸激酶,引起Tyr357磷酸化,增加YAP1的表达,最终导致动脉粥样硬化的发生。

上海交通大学 霍云龙:基于造影的冠脉生理学研究进展

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心肌缺血的诊断必须依靠形态学和功能学诊断两方面的证据,FFR和iFR是最流行的功能学指标。此外,还包括IMR、无创CT-FFR等。霍云龙教授团队在全世界内率先提出基于造影的精确计算FFR-caFFR技术,基于主动脉波形测量评估最大充血态下的IMR值,基于造影即可获取病变功能学指标。“对于各种检查方法都有各自的优势和不足,根据临床需要选择合适的方式,更合理的指导PCI手术,最终提升手术效果,降低手术费用。”霍云龙教授表示。

南京市第一医院 阚静:低剪切力与支架内血栓、CFD定量分析的结果

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随着药物洗脱支架的普及,支架内血栓发病率尽管不高,但死亡率仍很高,是PCI面临的主要难题。支架内血栓的评估是非常重要的。支架内血栓的形成非常复杂,其中血液流动其关键作用。采用CFD软件建立简化的冠状动脉血管模型,在造影构建冠脉模型构成冠脉树的基础上,并数值模拟了冠脉血流动力学状态。研究选取多支病变患者,对比发生支架内血栓和未发生支架内血栓病变的血流动力学差异,证实低剪切力和CFD定量分析对支架内血栓有很好的预测价值。

冠状动脉的分叉病变是一个非常好的力学生物学疾病模型,血管分叉处是动脉粥样硬化高发部位,也是手术难度最大的部位,而局部血流动力学尤其是血管剪切力在斑块的形成和发展中发挥着重要的作用,是主要原因。通过本次论坛,大家对心血管疾病中的力学生物学有了更加系统和直观的理解,更进一步了解了心血管疾病的发病机制,为药物治疗提供了新靶点,为疾病的治疗、并发症的预防提供了新的思路。

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