《Advanced Science》：VE-Cadherin–Actin Regulation Promotes Mechanotransduction and Monolayer Maturation Involving a Tension-Sensitive Intermediate State
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这篇综述深入阐释了内皮单层细胞如何通过VE-钙黏蛋白-肌动蛋白的相互作用，在细胞成熟和流体剪切力（Fluid Shear Stress）诱导的重塑过程中实现状态转换。研究首次发现并描述了一个快速可逆的“张力敏感型中间态”（Tension-Sensitive Intermediate State），其以VE-钙黏蛋白线性化（聚集）、肌球蛋白轻链（MLC）去磷酸化导致的肌动球蛋白张力松弛为特征。这一状态能稳定细胞连接、增强屏障功能并启动重塑，为理解内皮屏障稳定、血管适应性及动脉表型重塑提供了新机制框架。
引言
人体内外表面（如皮肤、肠道黏膜、心血管及淋巴系统）由特殊的上皮或内皮细胞层覆衬，以维持稳态。这些细胞层具有独特的形态和功能特征，其适应性对生理刺激和损伤修复至关重要。然而，细胞在静息态（静止态）与激活态之间转换的分子协调机制仍未完全阐明。本研究利用人脐静脉内皮细胞（HUVECs）模型，探讨了单层细胞成熟和机械转导诱导重塑的分子调控过程，特别关注VE-钙黏蛋白（VE-cadherin）与肌动蛋白（actin）的相互作用。研究首次揭示了一个在机械转导激活过程中出现的、以前未被认识的、快速可逆的中间态。这一发现为理解内皮细胞如何平衡稳定性与可塑性提供了新的视角。
结果
2.1 连接处VE-钙黏蛋白在HUVEC单层细胞成熟过程中塑造肌动蛋白动力学并引导整合素定位
研究发现，HUVECs在120小时的培养过程中，随着细胞密度增加，细胞迁移速度先增后减，最终形成具有典型铺路石形态的成熟单层。成熟过程伴随着细胞周长的减小和连接处VE-钙黏蛋白浓度的增加。高分辨率结构照明显微镜（SIM）分析显示，在成熟过程中，细胞内的应力纤维减少，而连接处肌动蛋白（junctional actin）逐渐形成并增强。同时，整合素β1被招募到细胞连接区域。G-肌动蛋白（G-actin）水平随细胞密度增加而下降，而总肌动蛋白表达量保持不变，表明肌动蛋白发生了重组而非新合成。这些结果表明，细胞密度驱动的迁移行为转变，是由肌动蛋白细胞骨架的重组以及其与整合素、VE-钙黏蛋白粘附复合物的协同作用驱动的。
2.2 VE-钙黏蛋白过表达即使在亚汇合细胞中也能强制诱导成熟单层表型
细胞密度增加导致连接处VE-钙黏蛋白浓度升高。为验证高浓度VE-钙黏蛋白促进连接稳定的假说，研究者在亚汇合细胞中过表达了VE-钙黏蛋白-EGFP。结果显示，过表达导致了连接处肌动蛋白的显著募集和整合素β1的增加，同时完全消除了细胞质应力纤维和黏着斑。而单独过表达EGFP则无此效应。这表明，连接处VE-钙黏蛋白的增加足以募集肌动蛋白并重组细胞骨架，产生类似于成熟静脉和动脉内皮的静息表型，突出了VE-钙黏蛋白通过调控肌动蛋白动力学和整合素分布来调节内皮成熟和静息状态的关键作用。
2.3 剪切应力诱导向动脉表型的转变通过一个中间细胞状态发生
接下来，研究探究了静息态内皮细胞在单向流体剪切力（U-FSS）作用下向动脉表型转换的动态和机制。使用锥板式生物流变系统对成熟内皮单层施加剪切力。研究发现，在剪切力开始作用后20分钟内，细胞呈现出一个短暂的中间态：细胞边界对比度增强，形成铺路石样圆形细胞图案；VE-钙黏蛋白重排为均质、线性模式；同时连接处肌动蛋白显著形成，应力纤维完全消失。这个状态是可逆的，延长剪切力作用会导致该表型消失。
2.4 活细胞荧光显微镜揭示内皮细胞连接适应剪切力的时间蓝图
利用表达LifeAct-mCherry和VE-cadherin-EGFP的HUVECs进行活细胞成像，进一步解析了在剪切力下蛋白质重塑的时间动态。剪切力施加8-10分钟后，应力纤维开始解离；20分钟内形成显著的连接处肌动蛋白环。VE-cadherin-EGFP的动态模式在20分钟内从宽泛、异质性转变为稳定的线性排列（聚集）。定量分析表明，在这个中间态期间，VE-cadherin的动态位移减少了约20%。持续剪切力会重新激活细胞连接动态，导致连接处肌动蛋白解离和应力纤维重新形成，同时VE-cadherin位移增加并超过对照水平，促进了JAIL形成以及细胞伸长和排列。
2.5 剪切应力通过降低张力和平衡亚连接节段的Rho/Rac1活性诱导中间态
为阐明剪切力诱导的内皮重塑过程中短暂中间态的机制，研究首先检测了肌动球蛋白动态的作用。肌球蛋白轻链（MLC）磷酸化是收缩和放松的关键调节因子。研究发现，中间态与MLC去磷酸化、连接处肌动蛋白聚集、应力纤维减少以及VE-cadherin在线性化同时发生。激光切割实验进一步证实，剪切力作用20分钟后，连接处肌动蛋白束的位移显著减少，弹性松弛时间（τ）增加，表明张力降低。此外，使用ROCK抑制剂Y27632处理细胞以降低张力，引发了类似但不均匀的响应：部分亚连接节段形成了线性VE-钙黏蛋白簇和显著的连接肌动蛋白/整合素募集，而其他节段则表现出动态特征。这表明内皮细胞连接由张力敏感和张力不敏感的节段组成。功能评估（跨内皮电阻TER测量）显示，ROCK抑制剂单独使用会快速降低TER，但与剪切力同时应用时，剪切力完全抵消了ROCK抑制剂引起的TER下降，甚至使TER比静态对照增加约30%。这表明除了MLC去磷酸化介导的张力降低外，剪切应力诱导的其他信号机制也对适应性内皮反应有贡献。研究还通过调节Rac1和Rho的活性证实，Rho/Rac1信号平衡调控了JAIL和收缩束的动态，是中间态和后续重塑转换的关键。
2.6 已适应的内皮细胞也经历中间态转变
研究进一步探究了中间态是仅存在于静息细胞对剪切力起始的响应，还是对生理性剪切力变化的普遍反应。将HUVECs先适应于6 dyn/cm2的剪切力6小时，然后突然增加至36 dyn/cm2。结果发现，在适应6 dyn/cm2>后，细胞表现出延长的中间态特征（线性VE-钙黏蛋白、连接肌动蛋白、整合素β1募集）。而当剪切力突然增加至高水平时，该中间态迅速被破坏（20分钟内），但约2-3小时后，中间态会再次出现，之后细胞才加速适应并最终形成伸长、排列的表型。这证明，由VE-钙黏蛋白线性化、连接肌动蛋白和整合素β1募集定义的中间态，是内皮适应生理剪切力变化的普遍且可重复出现的特征，而非仅限静息细胞的反应。
讨论
3.1 细胞周长、连接处VE-钙黏蛋白浓度和肌动蛋白动力学在内皮成熟过程中的机制性相互作用
研究证实，内皮细胞从活跃的多形态表型向静息的铺路石样单层转变的过程中，细胞尺寸和动态性发生显著变化。成熟单层的建立涉及VE-钙黏蛋白、肌动蛋白和整合素的协同重塑。线性组织的VE-钙黏蛋白聚集与显著的线性连接肌动蛋白丝和整合素的出现相吻合，这些都是连接成熟的标志。细胞周长的减小增加了连接处VE-钙黏蛋白的局部浓度，进而抑制了VE-钙黏蛋白介导的动态（尤其是JAIL），促进了连接稳定性。
3.2 从静息到活化内皮的转变涉及一个保护性的、张力敏感型中间态
本研究首次描述并系统表征了在剪切力诱导的内皮表型转换过程中出现的一个快速、可逆的中间态。该状态的特征是VE-钙黏蛋白聚集（线性化）、连接处肌动蛋白和整合素/纽蛋白（vinculin）的短暂募集、屏障功能增强以及细胞连接动态性降低。其起始伴随着MLC的去磷酸化和连接处张力降低。该状态作为一种机械性“重置”，使内皮细胞免受突然剪切力损伤，同时为后续受控的重塑做好准备。值得注意的是，在已经适应剪切力的细胞中，当剪切力水平突然增加时，中间态会再次出现，表明这是内皮细胞应对剪切力变化的普遍反应机制，而非仅对剪切力起始的响应。
3.3 VE-钙黏蛋白作为内皮状态转换的核心调节因子
VE-钙黏蛋白是内皮重塑过程中的关键决定因素。在成熟阶段，VE-钙黏蛋白在细胞连接处积累，稳定连接，减少连接肌动蛋白动态，并招募肌动蛋白和整合素，促进具有高屏障功能的静息表型。相反，从静息态向活化态的转变则需要VE-钙黏蛋白的稀释（通过细胞形状改变导致的细胞周长增加来实现）。VE-钙黏蛋白过表达会抑制细胞连接动态，从而阻断剪切力诱导的长期适应。研究提出，连接处肌动蛋白为VE-钙黏蛋白/连环蛋白（catenin）复合物和整合素介导的细胞-基质粘附提供了物理连接。VE-钙黏蛋白水平、肌动球蛋白介导的张力控制、肌动蛋白动力学以及整合素/纽蛋白共同协调，调节内皮细胞的状态转换。其中，JAIL驱动的连接动态为重塑提供了机械力，并在此过程中通过调节其动态来精确控制屏障功能。
总结与展望
本研究阐明了内皮单层成熟和机械转导诱导重塑中，VE-钙黏蛋白-肌动蛋白调控的核心作用。关键的发现是识别了一个新型的“张力敏感型中间态”，该状态在内皮细胞响应剪切力激活时出现，其特征是VE-钙黏蛋白线性化、肌动球蛋白张力松弛、连接处肌动蛋白和整合素募集，从而暂时增强屏障功能并保护细胞。随后，MLC再磷酸化启动向动脉表型的转变。这一机制框架强调了细胞连接和细胞-基质粘附的协调，以及张力平衡在细胞稳定性和可塑性转换中的核心作用。这一发现不仅深化了对血管功能和组织维持的理解，也为研究细胞生物学中的过渡态提供了一个模型系统。未来的组学分析可能有助于识别与此中间阶段特异性相关的调控靶点。
