剪切力与细胞因子的相互作用是SARS-CoV-2在人体血管芯片中引发的内皮细胞病理变化和血栓形成的关键因素

《Journal of Thrombosis and Haemostasis》：Shear–cytokine crosstalk is a determinant of SARS-CoV-2 induced endothelial pathophysiology and thrombosis in human vessel-chips

　　

Sreelakshmy Suresh | Rebecca John | John P. Cooke | John H. Connor | Abhishek Jain

美国德克萨斯A&M大学工程学院生物医学工程系，College Station，TX 77843

摘要

背景

SARS-CoV-2感染与全身性血管病变和血栓炎症有关。然而，由于传统体外模型和动物模型的局限性，剪切依赖性内皮功能、炎症信号传导以及病毒暴露期间的血栓形成之间的相互作用尚未得到充分阐明。

目的

研究在SARS-CoV-2刺突蛋白或完整病毒暴露下，流动如何调节内皮结构、屏障完整性、炎症激活和血栓形成反应，无论是否伴有白细胞介素-6（IL-6）的作用。

方法

使用人类内皮化血管芯片平台独立控制流动（10 dyne/cm2）和IL-6（100 pg/mL）的水平。将人类内皮细胞（主动脉、静脉和淋巴管细胞）在静态或流动条件下暴露于VVS-ΔG-Spike及完整SARS-CoV-2，同时观察是否加入IL-6。检测指标包括细胞形态、细胞连接结构、通透性、病毒复制、ICAM-1表达及血栓形成相关标志物。

结果

在静态条件下，刺突蛋白暴露会导致内皮形态改变、细胞间连接紊乱以及通透性增加。流动可以减轻这些变化，保持细胞连接结构的稳定性并降低病毒暴露期间的屏障损伤。IL-6会引发细胞骨架重塑和屏障功能障碍，这与炎症反应一致。当同时存在剪切应力、IL-6和刺突蛋白时，流动仍能维持细胞连接结构，减少形态损伤，但IL-6引起的细胞骨架改变仍持续存在。与静态或炎症状态相比，流动可降低病毒复制、通透性和血栓形成标志物的水平（降低幅度为40–60%），而IL-6则会增加这些指标的值。VVS-ΔG-Spike和真实SARS-CoV-2在细胞连接指标、ICAM-1表达及病毒复制方面表现出一致的结果。

结论

流动在病毒和炎症刺激下部分恢复了内皮的稳态，减轻了结构损伤、病毒复制及血栓炎症反应。这些发现表明血管芯片是一种用于研究剪切依赖性血管病理变化的理想平台。