研究背景：

高血压被公认为全球范围内引发心血管事件的首要危险因素，其病理特征是血管壁长期承受异常的机械牵张，进而诱导血管平滑肌细胞（VSMCs）从收缩表型向合成表型发生转换，最终导致血管结构病理性重塑。然而，传统二维细胞培养模型由于缺乏三维空间结构及动态力学刺激，难以真实再现体内复杂的病理生理微环境。因此，构建能够精准模拟血管力学稳态及其失衡过程的体外模型，对于深入揭示血管重塑的分子机制具有重要意义。

文章概述：

复旦大学乔亮教授与林灵副研究员团队创新性构建了仿生微流控血管芯片（Vessel-on-a-chip）系统。该芯片采用双层功能化设计：上层为细胞培养层，下层为气动层，中间通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）弹性薄膜实现物理隔离。培养室内设计了两列对称的梯形微柱阵列，有效隔离中央细胞培养通道与两侧培养介质通道。研究者将VSMCs与胶原蛋白基质混合并接种于中央通道，实现了细胞在仿生基质中的三维生长与良好形态分布。

图文导读

为了重现血管在体内承受的周期性应变，气动层与压力泵系统（Push-pull pump system）相连，将机械负荷频率设置为1 Hz。实验通过理论计算设定30 mbar与110 mbar的梯度压力，分别精确模拟了生理稳态及高血压病理状态下的血管牵张。在力学循环中，PDMS膜受压产生弹性形变，进而对其包裹的VSMCs产生压缩与牵拉刺激；当压力撤除后，膜与胶原蛋白基质同步复位。为了定量评估力学形变程度，研究者将聚苯乙烯微球掺入胶原蛋白中，通过追踪微珠的动态位移精确计算出细胞所受的应变模量。

图1.仿生微流控血管芯片示意图

在成功构建力学模型的基础上，团队采用定量蛋白质组学技术，系统解析了病理性牵拉诱导血管重塑的分子特征。结果表明，生理性牵拉显著上调了VSMCs收缩表型相关蛋白的表达，维持了细胞的收缩稳态；病理性牵拉则触发了复杂的重塑信号网络，包括PKC/ERK级联反应、钙离子稳态失衡、整合素机械信号转导、内质网应激，以及显著的鞘脂与神经酰胺合成代谢重构。

研究团队最后将芯片平台获得的组学数据与高血压小鼠模型进行跨尺度协同对比，证实了该仿生芯片系统能够有效复制体内真实的病理演进过程。本研究不仅为解析高血压驱动的血管病理性重塑机制提供了新见解，也为药物研发与靶点发现提供了具备高临床相关性的体外模型。

图2 蛋白质组学揭示病理性牵张触发VSMC力学信号转导与病理性重塑

论文信息：

Vessel-On-A-Chip Coupled Proteomics Reveal Pressure-Overload-Induced Vascular Remodeling

Yanjun Liu, Jianxujie Zheng, Lingyan Zhong, Zengyu Wang, Dan Zhao, Hong Lin, Xiaoxue Zhang, Ke Meng, Xiaoxia Yang, Dongxue Zhang,, Ling Lin*, Liang Qiao*

Advanced Science

DOI:10.1002/advs.202415024

原文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202415024

期刊介绍：

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