內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）在血管穩(wěn)態(tài)中起關(guān)鍵作用，包括調(diào)節(jié)血管張力、炎癥和止血。正常循環(huán)中的內(nèi)皮細(xì)胞受到包括剪切應(yīng)力在內(nèi)的血流動力學(xué)作用，這是一種平行于血管壁作用的摩擦力。
這些血流動力學(xué)可能會改善未來內(nèi)皮細(xì)胞藥物的發(fā)現(xiàn)或毒性篩選，并提高臨床試驗的成功率。已經(jīng)開發(fā)了一系列方法來在體外對內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)物施加剪切應(yīng)力，包括平行平板流動室、錐板粘度計、軌道振蕩器和微流體，每種方法都各有利弊。許多研究的一個重要缺點(diǎn)是在擴(kuò)大高通量篩選方面面臨挑戰(zhàn)。Piezo-1，一種由剪切應(yīng)力激活的鈣離子通道，被確定為血管機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵參與者。在許多研究中，Piezo-1 的敲除或部分去除導(dǎo)致內(nèi)皮未能與流動方向?qū)R。Piezo-1 可以通過小分子 Yoda-1 在體外和體內(nèi)環(huán)境中被選擇性地激活。目前，尚未描述 Yoda-1 的脫靶相互作用。在體外實(shí)驗中，Yoda-1 的急性給藥模擬了剪切應(yīng)力的作用，激活了內(nèi)皮細(xì)胞中的一氧化氮合酶，并誘導(dǎo)了離體動脈的血管舒張。
英國劍橋大學(xué)藥理系的課題組在一項研究中調(diào)查了靜態(tài)培養(yǎng)中的 Yoda-1 處理是否可以模擬層流剪切應(yīng)力對內(nèi)皮細(xì)胞炎癥的影響，以及化療藥物阿霉素對內(nèi)皮細(xì)胞毒性的反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，Piezo-1 的藥理學(xué)激活可能是一種模擬靜態(tài)培養(yǎng)中恒定剪切應(yīng)力的有用方法，這可能會改善內(nèi)皮藥物的發(fā)現(xiàn)和毒性測試。
將 Yoda-1 對 HUVEC 靜態(tài)培養(yǎng) 24h 的影響與同時在層流條件下培養(yǎng) HUVEC 的影響進(jìn)行比較。
恒定剪切應(yīng)力（5 dyn/cm2）下的培養(yǎng)使 ICAM-1 的表面表達(dá)量平均增加 1.77 ± 0.19 倍，但 VCAM-1 沒有增加。Yoda-1 處理 24h 模擬了這種反應(yīng)，誘導(dǎo) 濃度依賴性的 ICAM-1 表面表達(dá)的增加。1 μM Yoda-1 將 ICAM-1 水平顯著提高至比對照組高 1.45?±?0.11 倍。VCAM-1 表面表達(dá)不受影響。通過總 ATP 水平測量，這段時間的 Yoda-1 處理對 HUVEC 活力沒有影響。然而，高于 10 μM 的濃度會在 4h 后導(dǎo)致很大比例的細(xì)胞死亡。通過共聚焦顯微鏡進(jìn)行的平行細(xì)胞活力測試證實(shí)，高達(dá) 2 μM 的 Yoda-1 是無細(xì)胞毒性的。HUVEC 與 Yoda-1（0.05–2 μM）的孵育在該濃度范圍內(nèi)對細(xì)胞增殖沒有影響。此外，還比較了 Yoda-1 和層流剪切應(yīng)力（5 dyn/cm2）對促炎細(xì)胞因子 TNF-α 反應(yīng)的影響。HUVEC 在層流下培養(yǎng) 20h，然后用 TNF-α（100 U/ml）再刺激 4h，也在層流下?；蛘?，HUVEC 用 Yoda-1 處理 20h，然后在 Yoda-1 持續(xù)存在下用 TNFα 刺激 4h。Yoda-1 處理再次模擬了剪切應(yīng)力的影響。實(shí)驗還證實(shí)，該濃度的 Yoda-1 還模擬了層流剪切應(yīng)力對內(nèi)皮一氧化氮合酶（eNOS）及其上游激酶 Akt 磷酸化的影響。層流剪切應(yīng)力（5 dyn/cm2）或靜態(tài)培養(yǎng)的 1 µM Yoda-1 處理的 HUVEC裂解物中 eNOS 和 Akt 的磷酸化水平?jīng)]有顯著差異。
最后，為了測試 Yoda-1 處理是否可以模擬層流剪切應(yīng)力對藥物毒性的影響，實(shí)驗研究了化療藥物阿霉素的作用。阿霉素以濃度依賴性方式降低在靜態(tài)條件下培養(yǎng)的HUVEC的活力。
HUVEC 在剪切應(yīng)力下培養(yǎng) 24h，然后用化療藥物（或?qū)φ账幬铮┰诔掷m(xù)剪切應(yīng)力下再處理 24h。作為比較，HUVEC 也在非常低剪切條件下（0.5 dyn/cm2，每2h培養(yǎng) 1min，以允許更換培養(yǎng)基）培養(yǎng)。有趣的是，與低流動條件下的剪切應(yīng)力相比，5 dyn/cm2 下阿霉素的細(xì)胞毒性增加了，僅剩下 16.0 ± 2.5% 的細(xì)胞核。HUVEC 用 Yoda-1 處理 24h，然后用化療藥物處理 24h（持續(xù)存在 Yoda-1）。同樣，與 DMSO 對照組相比，在 Yoda-1 存在下阿霉素的細(xì)胞毒性增加。因此，這些數(shù)據(jù)表明，Yoda-1 處理可以模擬恒定剪切應(yīng)力對阿霉素細(xì)胞毒性的影響。
總之，該研究已經(jīng)證明 Piezo-1 的小分子激活劑 Yoda-1 可用于模擬靜態(tài)培養(yǎng)中內(nèi)皮細(xì)胞中的剪切應(yīng)力。Yoda-1 模擬了靜脈剪切應(yīng)力對炎癥細(xì)胞粘附分子 ICAM-1 和 VCAM-1，以及對血管損傷性化療藥物阿霉素的細(xì)胞毒性，這為改善內(nèi)皮藥物篩選提供了一種快速簡單的方法。參考文獻(xiàn)：Davies JE, Lopresto D, Apta BHR, Lin Z, Ma W, Harper MT. Using Yoda-1 to mimic laminar flow in vitro: A tool to simplify drug testing. Biochem Pharmacol. 2019 Oct;168:473-480. doi: 10.1016/j.bcp.2019.08.013. Epub 2019 Aug 19. PMID: 31437459; PMCID: PMC6852096.
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