白細胞作為血液中存在的“軍團”，參與了機體中每一次的炎症防禦作戰。當病菌侵入人體體內時，血液中部分白細胞粘附於啟用的毛細血管內皮細胞，透過變形穿過內皮間隙及血管壁，進入組織間隙，並集中到病菌入侵部位，將病菌包圍﹑吞噬。白細胞游出血管（extravasation）是炎症反應最重要的特徵，構成了血管炎症反應的主要防禦環節。

儘管在白細胞游出過程中，白細胞及血管內皮細胞均暴露於血液剪下力之中，但人們對此過程中涉及的力學機制尚缺乏研究。此外，白細胞在跨血管轉移過程中會啟用內皮細胞，引起鈣內流，但過去近20年人們一直沒有找到相關的離子通道或分子機制

。

2022年7月27日，西安交通大學醫學部

王勝鵬

教授和德國馬普所（Max-Planck-Institute）

Stefan Offermanns

院士團隊 在

Blood

雜誌以封面文章的形式刊發了題為

Mechanosensation by endothelial PIEZO1 is required for leukocyte diapedesis

研究文章，報道了白細胞在跨越血管轉移過程中，受到血流剪下應力的干預，引起血管內皮細胞膜張力升高，該機械力被Piezo1離子通道感知，引起內鈣升高，從而啟用內皮細胞，導致內皮細胞收縮及屏障開放，最終誘導白細胞完成轉移。

在本專案中，為了探究血流剪下力對白細胞游出血管的作用及影響，團隊運用離體剪下力模擬結合siRNA篩選技術系統篩選了內皮細胞上可能影響白細胞轉移（trans-migration）的基因。研究團隊發現，低剪下力對於白細胞的轉移有明顯的促進作用，更重要的是缺失機械力敏感離子通道Piezo1的內皮細胞對白細胞的轉移能力明顯下降。同時，在白細胞轉移過程中及剪下力的共同作用下，內皮細胞會產生強烈的鈣訊號，但缺失Piezo1後，該鈣訊號及其啟用的下游通道幾乎完全被抑制，這些結果提示Piezo1是白細胞啟用內皮細胞，介導白細胞轉運的關鍵基因。

研究者進一步採用內皮細胞特異性Piezo1敲除小鼠，透過巴豆油，白細胞介素IL-1及腫瘤壞死因子TNF-α等在小鼠體內建立多種炎症模型，利用血管三維成像分析技術發現，野生型小鼠在炎症刺激後有大量的白細胞從血管內轉移至血管外組織中。而在內皮Piezo1敲除小鼠中，超過60%的白細胞仍然在炎症刺激後被限制在血管管腔內，不能完成正常的跨越血管轉移。進一步，研究者透過GFP熒游標記小鼠血管內皮，利用雙光子技術實現在體血管成像，在此基礎上對白細胞在微血管中的活動進行了實時觀察，結果發現在內皮Piezo1敲除血管裡，白細胞在血管內壁上附著，滑行及粘附等行為均未見異常，但是白細胞的跨血管轉移比正常小鼠減少了60%左右。基於上述現象，研究者提出Piezo1是血管內皮細胞介導白細胞轉移的關鍵機制。

Piezo1是諾獎獲得者Arderm Potapotian實驗室發現的一種新型的機械力敏感離子通道，在心肌細胞，血管平滑肌細胞，骨骼幹細胞及脂肪細胞等發揮力學感知作用。研究者團隊前期也證實Piezo1是血管內皮細胞感知血流剪下力的關鍵受體， 為了進一步從力學角度探究Piezo1介導白細胞轉移的分子機制，團隊運用新型細胞膜張力熒光探針FliptR及MSS biosensor 探針，並結合FLIM熒光壽命成像及FRET技術，記錄了白細胞在轉移過程中對內皮細胞膜產生的力學影響，透過力學成像研究者發現，在靜止狀態下白細胞與內皮細胞接觸僅造成內皮細胞膜張力的微弱升高，但如果在白細胞跨內皮細胞轉移時加入流體剪下力，會造成內皮細胞膜張力的顯著升高，從而啟用細胞膜上力學受體Piezo1，導致外鈣內流，進而啟用Src， PYK2，MLC等一系列細胞內訊號並導致VE-cadherin內吞，最終引起內皮細胞收縮及內皮屏障開放，從而介導白細胞跨越內皮轉移至血管外。

本項工作創新性地從生物力學角度揭示了血管炎症反應的關鍵力學機制

，被Blood選為封面文章， Blood雜誌同期還刊發了領域權威學者Peter L。 Hordijk的專欄述評。Hordijk教授認為本工作解決了領域近10年亟待解決的一個關鍵問題：發現了Piezo1是白細胞啟用內皮細胞，激發內皮細胞鈣訊號的關鍵離子通道，為白細胞的跨血管轉移揭示了全新的力學機制。

王勝鵬團隊長期致力於血管及代謝疾病的力學調控研究，透過與德國馬普心肺所Stefan Offermanns院士，西交大一附院袁祖貽等團隊多年合作，先後揭示了血管對血流剪下力的多個重要感知受體Gq/11， P2Y2及Piezo1等，闡明瞭血流剪下力調控血管穩態維持，血壓調節的力學調控機制 （JCI 2015， JCI 2016， JEM 2018， JCI 2019， Circ Res 2021， Circ Res 2022），並從力學視角揭示了肥胖等代謝疾病的發病機制 （Nat Commun 2020a， Nat Commun 2020b， J Hepatalogy 2021）。

原文連結：

https://doi.org/10.1182/blood.2021014614

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