从“主动脉力学仿真”到“夹层器官芯片”：壁面剪切应力与PIEZO1在主动脉夹层中的关键作用

研究背景

主动脉夹层是一类起病凶险、病死率极高、干预手段有限的危重心血管急症，素有 “血管内不定时炸弹” 之称。其发生发展受多重复杂生物力学因素驱动，其中血流介导的壁面剪切应力（WSS）发挥关键调控作用，但其潜在分子机制尚不明确。由于临床难以在体精准检测主动脉局部WSS，极大限制了对异常WSS与主动脉夹层发病内在关联的深入阐释。

研究进展

苏州大学唐明亮团队通过对33名主动脉夹层患者与25名健康对照者的主动脉CTA影像进行三维重建与流固耦合模拟仿真计算。研究人员发现主动脉夹层患者血管壁的峰值WSS较对照组显著升高，约为对照者的2倍（125.8 ± 42.2 Pa vs. 59.3 ± 9.8 Pa）；且峰值WSS与患者主动脉根部直径呈显著正相关（r = 0.387, P = 0.026），在合并高血压的患者中相关性进一步增强（r = 0.462）。

为阐明WSS诱导血管病理重塑的机制，本研究构建了可精准调控流体剪切负荷的器官芯片系统。通过梯度设置不同峰值WSS（1.7 Pa、3.6 Pa、7.6 Pa、11.6 Pa），发现模拟夹层病理的剪切力可显著诱发血管平滑肌细胞（SMC）由收缩型向合成/炎症型转换。验证了该器官芯片平台在模拟主动脉夹层病理微环境方面的可靠性与应用潜力。

基于患者主动脉组织转录组测序（RNASeq）的结果，本研究筛选出PIEZO1为核心调控枢纽，提示其可介导线粒体损伤、炎症应答与SMC表型重塑，共同推动病变进展。上述发现在临床主动脉夹层样本中得到了验证。结合夹层器官芯片，发现在3.6 Pa峰值WSS条件下，细胞中PIEZO1的表达上调，并伴随钙信号异常增强；当使用siRNA沉默PIEZO1或使用其拮抗剂Dooku1时，峰值WSS诱导的SMC表型转换、钙信号异常等病理变化均被显著逆转；相反，使用PIEZO1激动剂Yoda1可模拟高WSS引起的病理效应。这些结果表明，PIEZO1是连接“异常力学刺激”与“主动脉壁病理重构”之间的关键桥梁，是极具潜力的药物干预靶点。

未来展望

本研究创新性融合个体化主动脉力学仿真与器官芯片病理模拟，从血流动力学到细胞分子机制，多维度阐释WSS在主动脉夹层中的致病作用，并证实PIEZO1为核心调控分子。该研究为夹层早期风险评估提供了新型力学指标、为开发靶向PIEZO1的治疗奠定理论基础。同时，所构建的夹层器官芯片平台可用于机制解析、药物筛选与个体化评估，具备良好的临床转化价值。

原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/research.1212