动脉粥样硬化是缺血性心脏病和中风最常见的潜在原因。大量证据表明，动脉分支和弯曲处的扰动流（d-flow）模式更易导致动脉粥样硬化病变，而存在高剪切应力的稳定层流（s-flow）区域则可防止动脉粥样硬化。主动脉内皮细胞（ECs）是血管壁内层的主要成分，直接暴露在血流中，在各种化学和机械刺激下对血管功能发挥重要作用。
MER原癌基因酪氨酸激酶（MerTK）是TAM（Tyro3、Axl和MerTK）受体家族的成员，在多种恶性肿瘤中高度表达，其在有效清除凋亡细胞中起关键作用，这一过程称为胞葬作用（Efferocytosis）。晚期动脉粥样硬化中胞葬作用受损可导致继发性细胞坏死和坏死碎片积聚形成的坏死核心，从而引发斑块破裂和急性血栓性心血管事件。最近研究报道了原发性主动脉ECs具有很高的胞葬作用能力，且在血管衰老中起重要作用。
然而，以往的研究并未显示血流模式与EC胞葬作用之间的直接联系，以及血流模式与MerTK表达之间的相互作用。MerTK在d-flow介导的内皮功能障碍中的作用及其对动脉粥样硬化病理过程的影响也是未知的。因此，美国佐治亚州立大学生物学系的课题组在最近的研究中旨在解决这些未知问题，并证明了血流模式在调节MerTK介导的主动脉内皮细胞胞葬作用中发挥重要作用。研究成果发表在Theranostics期刊题为“DisturbedflowimpairsMerTK-mediatedefferocytosisinaorticendothelialcellsduringatherosclerosis”。
MerTK主要在巨噬细胞中表达，关于MerTK在ECs中表达的研究非常有限。因此，实验首先对健康个体及恶性白血病患者的不同类型造血细胞的表观遗传图谱进行了大数据分析，发现MerTK在CD14++CD16-单核细胞、巨噬细胞和效应B细胞以及内皮祖细胞和静脉ECs中高度表达（图1A）。进一步大数据分析（图1B）显示，MerTK在血管（如主动脉、冠状动脉和胫动脉）、心脏（如左心耳和左心室）和血液（如转化的淋巴细胞和全血）中表达。
为了阐明被吞噬的Jurkat细胞是否是HAECs中MerTK表达增加的原因，将非凋亡的Jurkat细胞和凋亡的Jurkat细胞与HAEC一起孵育（图1G）。一方面，发现MerTK在Jurkat细胞中高表达；另一方面，发现凋亡的Jurkat细胞显著激活HAECs中的MerTK表达。这表明凋亡的Jurkat细胞可部分解释ECMerTK表达的增加。
为了研究d-flow在HAECs中MerTK表达中的作用，应用了低振荡剪切应力（OSS，±5dynes/cm2，1Hz，1h）和d-flow（12±4dynes/cm2，1h）。与静态组相比，OSS显著抑制HAECs中的胞葬作用（图1H）。p70S6激酶（p70S6K）的激活是病理生理条件下血管重塑的重要过程；真核起始因子2α（EIF2α）参与内质网应激下血管内皮细胞的凋亡激活；真核起始因子3a（EIF3A）调节蛋白质合成，其水平在晚期动脉粥样硬化病变中升高。研究表明，与静态相比，OSS显著诱导p70S6K、EIF2α和EIF3A的表达（图1I-K）。此外，d-flow显著抑制MerTK表达，同时诱导内皮功能障碍，表明促炎信号表达增加，如NLRP3炎性小体、TNF-α和NF-κB（图1L）。一致地，OSS显著抑制MerTK表达并诱导内皮功能障碍，表现为eNOS、Gas6（MerTK配体）和TGF-β表达的降低（图1M）。
为了进一步研究d-flow在调节内皮功能中的作用，将暴露于d-flow或静态条件下的HAECs进行了RNA-seq，随后与凋亡的Jurkat细胞孵育。结果表明，d-flow上调促炎细胞因子、细胞死亡通路和衰老通路，这些都会导致内皮功能障碍。此外，在d-flow和动脉粥样硬化之间发现了几种新的激活途径，例如OMA1、SR1078和EIF2AK3。还有几种新的抑制途径，例如PPP1R15B、CX3CR1和CITED2。细胞因子和趋化因子分析显示，d-flow显著抑制CCL2、PF4和IL-10的表达，同时诱导IL-1β、CD40LG和IFN-γ的表达。Z-score分析表明，d-flow显著激活NF-κB复合物、TNF和TLR4通路。内皮功能分析发现，d-flow促进血管系统的发育、血管发生和血管生成，同时抑制心脏发育、EC运动和EC迁移。
为探讨体内是否存在内皮胞葬作用，对主动脉弓中MerTK和Caspase-3进行双重免疫染色，发现WT小鼠中MerTK主要在内皮中表达，并检测到内皮胞葬作用（图2F）。还研究了WT和MerTK-/-小鼠主动脉弓中内皮功能障碍标志物的表达，数据显示，与WT小鼠相比，MerTK-/-显著诱导NF-kB、TLR4、vWF、VACAM-1和p22phox的表达（图2G-J）。这些发现表明MerTK对体内d-flow敏感，可调节内皮胞葬作用和内皮功能障碍，提示MerTK在动脉粥样硬化发展过程中的内皮功能障碍中起关键作用。
最后，研究分析了PCL手术后MerTK-/-小鼠RCA和LCA的蛋白质组学，其中包括172种上调蛋白和87种下调蛋白，前10种蛋白变化包括CD34、Col4a1和Eln等。此外，发现丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）可能在PCL诱导的d-flow与血管功能之间的相互作用中发挥重要影响，MAPKs（如MAPK1、3和JNK）在接受急性d-flow的LCA中被激活。有趣的是，实验注意到有许多胶原蛋白信号参与来自激活和抑制因果网络中的LCA蛋白质变化。与RCA相比，LCA中诱导的胶原蛋白（如Col14a1、Pcolce、Col12a1、Col1a2/1、Plod2）显著更高。LCA与RCA的重叠网络分析显示了激活的通路（如胶原蛋白、AKT和CD34）和抑制通路（如MYC-、免疫球蛋白和其他胶原蛋白亚基）。
此外，还比较了PCL手术后WT和MerTK-/-小鼠LCA中蛋白质组学的变化，发现了52种上调蛋白和57种下调蛋白。实验发现，与WTLCA相比，MerTK-/-LCA中多种通路时被抑制时，如免疫细胞增殖、肌动蛋白细胞骨架信号和EIF2信号，ASXL1被特异性激活。ASXL1在动脉粥样硬化中的作用在很大程度上仍然未知，EIF2下调促进动脉粥样硬化，表明ASXL1和EIF2可能在血流动力学介导的EC胞葬作用中发挥新作用，这需要进一步验证。基于Log2倍变化的前10个激活信号和抑制信号包括Podip3、Klk1b22、lghg等。
总之，该研究为d-flow、MerTK和内皮胞葬作用之间的关系及其在动脉粥样硬化中的影响提供了证据。值得注意的是，主动脉内皮细胞具有很强的胞葬作用能力，在HAECs中凋亡的Jurkat细胞可在1小时内被高度吞噬。此外，由于HAECs的细胞体积较大，其胞葬作用可能比巨噬细胞更高，这为内皮胞葬作用可能是治疗动脉粥样硬化的有前途的治疗靶点提供了重要的转化线索。
参考文献：WuJ,LiuS,BanerjeeO,ShiH,XueB,DingZ.DisturbedflowimpairsMerTK-mediatedefferocytosisinaorticendothelialcellsduringatherosclerosis.Theranostics.2024Mar31;14(6):2427-2441.doi:10.7150/thno.93036.PMID:38646649;PMCID:PMC11024847.