DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2024.1432719
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39314624
تاريخ النشر: 2024-09-09
المؤلف: Li Chen وآخرون
الموضوع الرئيسي: علامات حيوية في آليات المرض
نظرة عامة
يتناول القسم تأثير إجهاد القص البطاني على تطور تصلب الشرايين، مع التأكيد على دور إجهاد القص المنخفض أو المتذبذب في زيادة نفاذية البطانة. إجهاد القص البطاني، وهو قوة موازية نتيجة تدفق الدم، ضروري للحفاظ على توازن الأوعية الدموية. ومع ذلك، في مناطق تفرعات الشرايين والانحناءات، تؤدي أنماط التدفق المعقدة إلى إجهاد قص منخفض، مما يعطل سلامة الغليكوكاليكس، الهيكل الخلوي، والروابط بين الخلايا (بما في ذلك الروابط اللاصقة، الضيقة، والفجوات). يسهل هذا الانقطاع تسلل البروتينات الدهنية والخلايا الالتهابية إلى الطبقة الداخلية، مما يشير إلى التغيرات المرضية المبكرة المرتبطة بتصلب الشرايين.
تسلط المراجعة الضوء على أن خلل البطانة، الذي يتميز بزيادة معدل الدوران، إصابة الغليكوكاليكس، والالتهاب، هو محور في تكوين تصلب الشرايين. تشير إلى أنه بينما يؤدي إجهاد القص المنخفض إلى تفاقم نفاذية البطانة ويعزز تصلب الشرايين، قد يكون لإجهاد القص العالي تأثيرات وقائية. يقترح المؤلفون أن الاستراتيجيات العلاجية التي تستهدف سلامة حاجز البطانة، مثل الستاتينات والعوامل المضادة للالتهابات مثل ديكساميثازون، قد تكون مفيدة في إدارة تصلب الشرايين المبكر. يدعون إلى مزيد من البحث لتوضيح الآليات الجزيئية التي تكمن وراء تأثيرات إجهاد القص على خلايا البطانة، والتي قد تؤدي إلى طرق تشخيصية وعلاجية جديدة لتصلب الشرايين.
مقدمة
تستعرض المقدمة الدور الحاسم للبطانة الوعائية في الحفاظ على التوازن بين الدم المتداول والأنسجة الوعائية، مع التأكيد على أن زيادة نفاذية البطانة يمكن أن تؤدي إلى تدفق غير منظم عبر البطانة. تساهم هذه الاضطرابات في ترسيب الدهون وتسلل الخلايا الالتهابية، مما يعزز تصلب الشرايين، وهو مساهم كبير في مرض الشريان التاجي، والسكتة الدماغية، ومرض الشرايين الطرفية، والتي تعتبر قضايا صحية عالمية رئيسية. يبرز البحث أهمية فهم الآليات وراء زيادة نفاذية البطانة في سياق تكوين تصلب الشرايين، مع التركيز بشكل خاص على تأثيرات القوى الديناميكية الدموية الناتجة عن تدفق الدم التي تتفاعل مع هندسة الأوعية المعقدة.
توضح المقدمة أيضًا كيف تؤثر أنماط تدفق الدم المختلفة—التي تكون لامينية في مقاطع الشرايين المستقيمة مقابل المنخفضة أو المتذبذبة في التفرعات والانحناءات—على وظيفة البطانة. يرتبط إجهاد القص المنخفض أو المتذبذب بخلل الأوعية الدموية وتكوين تصلب الشرايين، حيث إنه يحفز الاستجابات الالتهابية وموت خلايا البطانة. تهدف المراجعة إلى توضيح تأثير هذه الظروف من إجهاد القص على نفاذية البطانة، خاصة فيما يتعلق بسلامة الغليكوكاليكس، ترتيب الهيكل الخلوي، والروابط بين الخلايا، مما يوفر رؤى آلية حول المراحل المبكرة لتصلب الشرايين.
نقاش
يسلط قسم النقاش في ورقة البحث الضوء على العلاقة المعقدة بين إجهاد القص، سلامة الغليكوكاليكس، ترتيب الهيكل الخلوي، ونفاذية البطانة. الغليكوكاليكس، وهو مصفوفة خارج خلوية حيوية على سطح البطانة، حساس لتغيرات إجهاد القص. يؤدي إجهاد القص المنخفض (مثل 12 داين/سم²) إلى تدهور مكونات الغليكوكاليكس الرئيسية، مثل الهيباران سلفات وحمض الهيالورونيك، مما يؤدي إلى زيادة نفاذية البطانة. تشير الدراسات إلى أن إعادة توزيع مكونات الغليكوكاليكس تحت إجهاد القص المنخفض يضعف حاجز البطانة، مما يسهل تسلل الخلايا الالتهابية والبروتينات الدهنية، مما قد يساهم في تصلب الشرايين.
علاوة على ذلك، يتم تعطيل ترتيب الهيكل الخلوي تحت إجهاد القص المنخفض أو المتذبذب، مما يعيق سلامة البطانة. تلعب خيوط الأكتين دورًا محوريًا في الحفاظ على هذه السلامة، وترتبط عدم تنظيمها تحت إجهاد القص المنخفض بزيادة النفاذية. يتم تنشيط مسارات الإشارة الرئيسية، بما في ذلك RhoA وPAK، استجابةً لتغيرات إجهاد القص، مما يؤثر على ديناميات الهيكل الخلوي. تناقش الورقة أيضًا دور الروابط اللاصقة، وخاصة VE-cadherin، في تنظيم نفاذية البطانة. يؤثر إجهاد القص المنخفض سلبًا على هذه الروابط، مما يؤدي إلى زيادة النفاذية من خلال آليات تتضمن بروتينات إشارة مختلفة وعوامل نسخ. بشكل عام، تؤكد النتائج على الدور الحاسم لإجهاد القص في تعديل وظيفة البطانة وتبرز الأهداف العلاجية المحتملة لأمراض الأوعية الدموية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2024.1432719
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39314624
Publication Date: 2024-09-09
Author(s): Li Chen et al.
Primary Topic: Biomarkers in Disease Mechanisms
Overview
The section discusses the impact of endothelial shear stress on the development of atherosclerosis, emphasizing the role of low or oscillatory shear stress in increasing endothelial permeability. Endothelial shear stress, a tangential force from blood flow, is crucial for maintaining vascular homeostasis. However, in regions of arterial branches and bends, complex flow patterns lead to low shear stress, which disrupts the integrity of the glycocalyx, cytoskeleton, and cell-cell junctions (including adherens, tight, and gap junctions). This disruption facilitates the infiltration of lipoproteins and inflammatory cells into the intima, marking the early pathological changes associated with atherosclerosis.
The review highlights that endothelial dysfunction, characterized by enhanced turnover, glycocalyx injury, and inflammation, is pivotal in atherogenesis. It notes that while low shear stress exacerbates endothelial permeability and promotes atherosclerosis, high shear stress may have protective effects. The authors suggest that therapeutic strategies targeting endothelial barrier integrity, such as statins and anti-inflammatory agents like dexamethasone, could be beneficial in early atherosclerosis management. They call for further research to elucidate the molecular mechanisms underlying shear stress effects on endothelial cells, which could lead to novel diagnostic and therapeutic approaches for atherosclerosis.
Introduction
The introduction outlines the critical role of the vascular endothelium in maintaining homeostasis between circulating blood and vascular tissues, emphasizing that increased endothelial permeability can lead to dysregulated transendothelial flux. This dysregulation contributes to lipid deposition and inflammatory cell infiltration, promoting atherosclerosis, a significant contributor to coronary artery disease, stroke, and peripheral arterial disease, which are major global health concerns. The paper highlights the importance of understanding the mechanisms behind increased endothelial permeability in the context of atherogenesis, particularly focusing on the effects of hemodynamic forces generated by blood flow interacting with complex vessel geometries.
The introduction further details how different blood flow patterns—laminar in straight arterial segments versus low or oscillatory in branches and curvatures—affect endothelial function. Low or oscillatory shear stress is linked to vascular dysfunction and atherogenesis, as it induces inflammatory responses and endothelial cell death. The review aims to elucidate the impact of these shear stress conditions on endothelial permeability, particularly regarding the integrity of the glycocalyx, cytoskeletal arrangement, and cell-cell junctions, thereby providing mechanistic insights into the early stages of atherosclerosis.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the intricate relationship between shear stress, glycocalyx integrity, cytoskeleton arrangement, and endothelial permeability. The glycocalyx, a crucial extracellular matrix on the endothelial surface, is sensitive to shear stress variations. Low shear stress (e.g., 12 dyne/cm²) leads to the degradation of key glycocalyx components, such as heparan sulfate and hyaluronic acid, resulting in increased endothelial permeability. Studies indicate that the redistribution of glycocalyx components under low shear stress compromises the endothelial barrier, facilitating the infiltration of inflammatory cells and lipoproteins, which may contribute to atherosclerosis.
Furthermore, the cytoskeleton’s arrangement is disrupted under low or oscillatory shear stress, impairing endothelial integrity. Actin filaments play a pivotal role in maintaining this integrity, and their disorganization under low shear stress is linked to increased permeability. Key signaling pathways, including RhoA and PAK, are activated in response to shear stress changes, influencing cytoskeletal dynamics. The paper also discusses the role of adherens junctions, particularly VE-cadherin, in regulating endothelial permeability. Low shear stress adversely affects these junctions, leading to increased permeability through mechanisms involving various signaling proteins and transcription factors. Overall, the findings underscore the critical role of shear stress in modulating endothelial function and highlight potential therapeutic targets for vascular diseases.