背景：巨噬细胞具有显著的可塑性，是维持组织稳态和驱动疾病进展的核心细胞。近期的单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析将分泌型磷酸化蛋白1阳性（SPP1⁺）巨噬细胞鉴定为一个高度保守的致病性亚群。该亚群主要定位于血管病变的坏死核心和钙化区域，参与脂质代谢失调和病理性细胞外基质（ECM）重塑。虽然传统病理学强调生化信号，但局部的物理微环境，包括异常的血流动力学和增加的基质硬度，是直接介导巨噬细胞向致病性表型进行转录重编程的关键机械刺激。目的：本综述系统地综合了近期关于局部物理微环境在调控SPP1⁺巨噬细胞表型转换中作用的研究进展，旨在阐明血管病变中免疫细胞激活的物理机制。亮点：巨噬细胞通过由整合素、Piezo型机械敏感离子通道组分1（PIEZO1）和初级纤毛构成的感知网络捕获外部物理刺激。异常的机械力诱导细胞内细胞骨架张力增加，驱动Yes相关蛋白（YAP）和含PDZ结合基序的转录共激活因子（TAZ）的核转位。这些机械敏感转录因子的激活直接上调了SPP1的表达。细胞外分泌的SPP1随后介导病理性ECM交联和微钙化，进一步加剧了局部基质硬化。基于当前文献，研究人员提出该级联反应可能建立了一个有害的正反馈机械回路，持续维持巨噬细胞的致病性激活并加速血管疾病进展。结论：物理微环境是巨噬细胞可塑性的关键决定因素。开发针对这些机械传导通路的靶向干预措施，为管理巨噬细胞介导的动脉疾病和组织纤维化提供了可行的治疗策略。
**1 引言**
巨噬细胞是固有免疫系统的核心细胞。由于其高度可塑性，它们在维持组织稳态和驱动多种生物学背景下的疾病进展中扮演着关键角色。传统上，巨噬细胞极化和功能变化被认为仅由炎症因子或脂质介质等生化信号驱动。几十年来，对血管重塑中免疫应答的病理学理解严重受限于这些循环的可溶性级联反应。然而，简单的生化级联无法完全解释病变的空间特异性。在心血管病理学中，动脉粥样硬化通常发生在血管分叉或弯曲处，很少影响直的血管段。循环的全身性风险因素与局部病变形成之间的显著对比表明，空间信号与经典生化通路协同作用，驱动特定血管段内的巨噬细胞激活。
随着scRNA-seq的广泛应用，巨噬细胞的复杂异质性图谱已被重绘。这一技术进步使研究人员能够超越简化的体外模型，揭示体内高度特化和动态的细胞状态。在这些多样化的状态中，出现了独特响应于血管微环境的亚群。特别是SPP1⁺巨噬细胞已被确定为一个高度保守的致病性亚群。大量的SPP1⁺巨噬细胞定位于血管的坏死核心和钙化区域。Xiong等人揭示了SPP1⁺在动脉粥样硬化斑块缺氧核心中的泡沫巨噬细胞中优先定位，突出了局部微环境的作用。此外，正如Zhao等人最近全面综述的那样，这些巨噬细胞并非仅仅适应这种缺氧生态位，而是积极驱动结构降解和血管钙化。这种空间受限、高度致病性亚群的发现进一步强调了仅依赖全身性生化信号来解释血管病变形成和进展的精确局灶性质的不足性。
局部物理微环境是血管生物学中一个关键但常被忽视的维度。在动脉病变中，该环境由动态机械力定义，包括细胞外基质硬度、周期性牵张和剪切应力。从新兴的力学生物免疫学领域获得的越来越多的证据强调，物理刺激作为调节免疫细胞行为的关键机械线索发挥作用。具体而言，生物力学力如扰动流剪切应力和基质硬度介导了巨噬细胞的转录重编程。在复杂的组织微环境中，巨噬细胞并非被动的接受者。它们主动感知机械变化。通过各种表面或细胞内机械感受器，如整合素、机械敏感离子通道（如PIEZO1）和初级纤毛，巨噬细胞将外部物理刺激迅速转化为细胞内生化级联反应。这些精心编排的信号最终汇聚于机械敏感的核转录因子，主要是YAP/TAZ。这一动态的机械传导过程显著上调SPP1及其他促纤维化或促炎基因的表达，将物理力转化为持久的基因组反应。
物理力在血管生物学中占据核心地位。机械传导通路在固有的血管壁细胞（包括内皮细胞和平滑肌细胞）中已被广泛绘制。新兴研究明确将局部的血流动力学和基质硬度与巨噬细胞极化联系起来。硬化的细胞外基质通过机械敏感的整合素和离子通道触发细胞内SPP1上调。改变的剪切应力加速了血管重塑过程中该致病亚群的募集。物理微环境调控这种特定的SPP1⁺巨噬细胞表型的精确机制缺乏系统性解释。在理解这一复杂的调控网络方面仍然存在一个关键的知识空白。
本文系统综述了巨噬细胞力学生物学的最新进展，重点关注驱动SPP1⁺表型转变的特定机械感受器及其依赖的YAP/TAZ下游信号通路。研究人员进一步分析了微环境与免疫细胞之间假设的病理机械正反馈回路，提出了一个概念框架，阐述异常血流动力学诱导的早期细胞外基质硬化如何使巨噬细胞维持在病理激活状态。此外，本综述总结了目前用于验证这些力学生物-免疫机制的体外仿生平台和体内基因工程模型，并探讨了旨在拦截机械传导通路的靶向干预和智能纳米递送系统的临床转化前景。通过系统描绘这个复杂的机械反应网络，研究人员希望为巨噬细胞驱动的动脉疾病和组织纤维化提供新的机制见解和治疗视角。
**2 血管微环境的机械刺激与巨噬细胞的物理感知**
**2.1 血流动力学紊乱与基质硬化**
心血管系统始终处于一个动态的力学网络中。血流主要将垂直的静水压和平行的流体剪切应力（FSS）传递至血管壁。在直的血管段中，血流以规则、层流的方式流动，产生单向且相对较高的生理剪切应力（>15 dyn/cm²）。这种力学微环境是维持内皮稳态和正常血管壁功能的基础。然而，在特定的解剖区域，如动脉分叉、弯曲或狭窄处（例如颈动脉窦和主动脉弓），局部血流动力学发生显著变化，形成扰动流（d-flow）。这种流动模式的典型特征是低剪切应力（通常<4 dyn/cm²），并伴有方向振荡和湍流。这种异常的机械刺激引发内皮细胞的促炎激活和屏障损伤。
除了对内皮的深远影响外，扰动流还协调着定植在内膜下的巨噬细胞的行为，尽管这种相互作用的性质在很大程度上取决于内皮屏障的完整性。在完整的内皮层下方，管腔内的血流主要通过内皮细胞旁分泌信号、增加的屏障通透性和早期的ECM重塑间接影响巨噬细胞。然而，在晚期病变导致内皮剥脱的情况下，巨噬细胞也可能通过改变的局部间质流直接感知机械力。通过这些直接和间接机制，扰动流作为一个关键的物理线索，可能有助于启动巨噬细胞向SPP1⁺表型转变所需的微环境重塑。
除了动态的流体力学，巨噬细胞表型还受其固体微环境（即ECM的力学特性）的调节。生理上，健康的动脉壁富含弹性蛋白，表现出良好的顺应性和低基质硬度，其内膜硬度通常约为2-5 kPa。在衰老、高血压或慢性炎症等长期危险因素作用下，血管壁发生病理性重塑，伴随ECM成分的显著变化。异常的基质金属蛋白酶（MMP）活性导致弹性纤维广泛降解。同时，平滑肌细胞和成纤维细胞过度分泌预先硬化的I型和III型胶原蛋白。此外，由赖氨酰氧化酶（LOX）介导的胶原蛋白交联加剧了基质致密化。这些生化重塑事件在物理上表现为局部基质硬度的显著增加。在晚期的动脉粥样硬化或纤维化病变中，局部组织硬度可增加至数十甚至超过50 kPa。这种高度硬化的固体微环境为SPP1⁺巨噬细胞的长期驻留和病理性激活提供了关键的力学支持，尤其是在坏死核心边缘伴有微钙化的区域。
在传统免疫学中，血管硬化和扰动流通常被视为炎症反应的终末产物。然而，随着力学生物免疫学的发展，这种单向的因果理解正在改变。现有证据表明，物理微环境的变化也作为驱动疾病进展的启动因子。在一项使用培养在水凝胶上的牛主动脉内皮细胞的研究中发现，在更具顺应性的基质上生长的内皮细胞表现出伸长增加、内皮细胞连接更紧密、激活降低，但一氧化氮产生增强。相反，这些发现表明血管壁进行性的硬化内在地触发了内皮功能障碍，从而主动启动了级联炎症反应。
作为时空上交汇的病理性力学线索，扰动流和异常增加的基质硬度可以直接介导巨噬细胞内的信号传导。在特定的解剖区域（如动脉分叉处的内膜下），这两种机械刺激的叠加可能为SPP1⁺巨噬细胞严格的空间限制性提供了一种机制解释。在这个局部的病变微环境中，物理应力被提议超越其作为单纯结构支架的角色，而作为一个关键的非生化信号源发挥作用。这种力学相互作用被假设促进观察到的这些致病性巨噬细胞的适应性转录重编程。
**2.2 跨膜整合素与细胞骨架重塑**
巨噬细胞主要通过特定的表面整合素异二聚体感知由胶原蛋白交联和病理性重塑驱动的局部基质硬化。在这个复杂的微环境中，不同的整合素亚型决定了细胞-ECM相互作用的特异性。在发病的早期阶段，巨噬细胞富集的整合素αMβ2（Mac-1/CD11b）介导初始的力学探测，而α5β1优先结合富含纤连蛋白的临时基质。随着疾病进展，高表达的αvβ3整合素通过特异性识别并结合存在于SPP1蛋白和其他钙化基质成分中的RGD基序而占据主导地位。在生理状态的软基质中，这些整合素-配体相互作用通常是瞬时的且亲和力低。然而，在基质硬化时，放大的外部机械阻力驱动这些整合素发生变构激活和随后的聚集。这种高亲和力状态协调地招募各种衔接蛋白，包括黏着斑激酶（FAK）、桩蛋白和Src家族激酶至细胞内结构域。为了有效地将膜表面的这种物理锚定与细胞内的肌动球蛋白细胞骨架偶联起来，诸如踝蛋白和纽蛋白之类的结构连接蛋白是不可或缺的桥梁。它们物理性地将整合素的胞质尾域直接连接到F-肌动蛋白丝，从而将外部机械阻力深入传导至细胞内部。这种物理传导触发肌动蛋白聚合和非肌肉肌球蛋白II依赖的收缩。由此产生的内外力之间的对抗不仅改变细胞形态，还产生强大的细胞内张力，为后续的机械敏感转录调控建立了基本的物理前提。
**2.3 机械敏感离子通道与初级纤毛**
与主要探测固体基质力学的整合素不同，PIEZO1等机械敏感离子通道介导巨噬细胞对动态物理刺激（如流动剪切应力和基质牵张）的反应。在动脉分叉处的扰动流微环境中，异常的剪切应力增加了巨噬细胞局部的膜张力。这种物理变形触发PIEZO1通道的构象变化和开放，介导大量钙离子（Ca²⁺）内流。这种短暂的钙信号迅速激活下游效应分子，特别是钙/钙调素依赖性蛋白激酶II（CaMKII）和钙调神经磷酸酶。随后，钙调神经磷酸酶诱导活化T细胞核因子（NFAT）的核转位。同时，这种钙驱动的级联反应与RhoA/ROCK通路强烈交叉，以增强细胞内细胞骨架张力。最终，钙调神经磷酸酶/NFAT信号轴和RhoA/ROCK介导的细胞骨架收缩性协同整合，很可能促进YAP/TAZ的核激活。研究人员假设这一协调的级联反应为连接PIEZO1激活与SPP1及相关促纤维化基因转录上调提供了至关重要的机械传导桥梁，尽管在巨噬细胞中的确切直接因果关系有待进一步实验证实。
除了跨膜受体，初级纤毛在血管力学生物学中的传感作用正逐渐受到关注。虽然其在内皮细胞中的机械传感功能已被充分表征，但初级纤毛在巨噬细胞中是一个新兴且尚未完全确立的装置。当巨噬细胞暴露于动脉粥样硬化易发区域的扰动流时，异常的剪切应力可导致初级纤毛的物理弯曲。为了理解这种变形可能触发的下游级联反应，研究人员经常借鉴已建立的模型。例如，在肾集合管上皮的初级纤毛中，物理变形触发多囊蛋白复合物的激活，特别是多囊蛋白2离子通道亚单位。研究人员假设类似的机制（依赖微管网络重塑将物理信号传递至核周区域）理论上可能在血管巨噬细胞中运作。此外，这些假设的纤毛介导的信号通路与已建立的整合素受体网络之间很可能存在广泛的串扰。然而，由于下游的纤毛信号在不同细胞类型间差异巨大，这些源自肾小管上皮细胞的经典机制在没有适当证据的情况下不能直接外推至免疫细胞。目前，连接初级纤毛弯曲与巨噬细胞转录重编程的精确分子级联反应在很大程度上尚未明确。因此，初级纤毛对SPP1⁺巨噬细胞激活的直接贡献仍然是高度推测性的，有待严格的实验确定。
至关重要的是，这些不同的机械感受器并非独立运作，而是进行广泛的细胞内串扰以放大物理信号。例如，整合素依赖的黏附将细胞牢固锚定在细胞外基质上，这直接调节局部质膜张力，从而降低PIEZO1通道的激活阈值。相反，由PIEZO1驱动的细胞内钙内流深刻增强了肌动球蛋白的收缩性，这反过来又强化了整合素聚集和黏着斑成熟。这种动态的双向相互作用确保了多种力学线索协同地驱动巨噬细胞的病理性转录重编程。
**3 SPP1⁺巨噬细胞的细胞内机械信号转录与转录重编程**
**3.1 YAP/TAZ的核转位与靶基因激活**
在通过上述表面受体感知外部物理线索后，巨噬细胞必须将这些机械信号向内传播至细胞核。Hippo通路效应子YAP和TAZ是这一过程中的终极分子开关。在生理条件下，如软基质或正常层流，细胞内的YAP和TAZ主要被上游激酶（包括大肿瘤抑制因子1（LATS1）和大肿瘤抑制因子2（LATS2））磷酸化。这些磷酸化的蛋白质随后被隔离在细胞质中进行泛素介导的降解，从而阻止其核转位。当细胞遇到病理性的力学微环境时，物理张力会破坏这些典型的生化抑制途径。
例如，局部基质硬度超过50 kPa或异常扰动流的存在，通过整合素和PIEZO1通道有效激活Ras同源基因家族成员A（RhoA）和Rho相关卷曲螺旋蛋白激酶（ROCK）信号通路。RhoA激活促进纤维状肌动蛋白（F-actin）聚合和非肌肉肌球蛋白II（NMII）收缩。这在细胞内组装了一个收缩性肌动球蛋白网络。由此产生的细胞骨架张力介导细胞核的扁平化或拉伸，并通过物理牵引改变核孔复合物（NPCs）的构象，增加核孔通透性。细胞骨架张力的变化导致细胞质中YAP和TAZ的去磷酸化，随后发生显著的核转位。这为这两个转录共激活因子参与基因组调控提供了空间基础。
YAP和TAZ蛋白缺乏直接的DNA结合域。这些基因的转录激活高度依赖于特定核转录因子的协同招募。核转位后，YAP/TAZ主要通过其核心结合基序与TEAD（TEA结构域）家族转录因子结合，形成异二聚体复合物（即YAP/TAZ-TEAD复合物）。近期的染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）数据显示，在暴露于病理性基质硬度或异常剪切应力的巨噬细胞中，该复合物结合于经典促增殖和抗凋亡基因的启动子区域。更重要的是，它显著富集于一系列促纤维化和代谢重塑相关致病基因的调控序列中。这个转录因子复合物的组装构成了巨噬细胞基因组对外部机械刺激响应的关键调控节点，实现了从宏观物理力到微观基因转录指令的精确转换。
**3.2 机械张力与缺氧代谢通路的串扰**
至关重要的是，在晚期动脉病变的复杂微环境中，机械应力并非孤立运作，而是与严重的局部缺氧存在深刻的串扰。升高的基质硬度和增强的细胞骨架张力可以直接刺激磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）信号级联反应，随后即使在常氧或轻度缺氧条件下也能稳定缺氧诱导因子1-α（HIF-1α）。相反，积累的HIF-1α与YAP/TAZ发生物理相互作用，阻碍其降解并增强其核滞留。这种复杂的力学-代谢耦合协同地放大了SPP1的转录。此外，主要来源于肿瘤相关巨噬细胞和纤维化组织模型的证据表明，细胞外SPP1可以与其表面受体CD44结合，触发第二波持续的PI3K/AKT激活。虽然在动脉粥样硬化斑块中进行的体内直接验证仍在进行中，但这一外推的信号轴理论上巩固了SPP1⁺巨噬细胞的存活和病理性重编程。
为了协调这种复杂的力学-代谢耦合，Hippo通路效应子YAP/TAZ在血管病变中充当一个高度特异性的机械敏感枢纽。响应于改变的基质硬度，YAP/TAZ的核滞留直接支配着动脉重塑所需的纤维化重编程。通过与TEAD结合并密切协作稳定的HIF-1α，YAP/TAZ明确驱动SPP1的强力转录，从而将细胞外物理力与局部的免疫介导的血管恶化无缝连接。
**3.3 SPP1⁺巨噬细胞的转录特征与空间定植**
由YAP/TAZ协调的宏观力学-代谢耦合最终表现为微观水平的深刻转录重编程。随着高分辨率单细胞转录组学的出现，血管内巨噬细胞的异质性已被重构，揭示了这种机械敏感适应的精确转录组特征。跨物种证据表明，SPP1⁺巨噬细胞在疾病进展中发挥关键作用，这在小鼠模型和临床人类颈动脉斑块中均有体现。这一高度保守的SPP1⁺巨噬细胞亚群表现出独特的转录谱系，在不同物种中特异性富集于髓系细胞表达的触发受体2（TREM2）、簇分化抗原9（CD9）以及多种组织蛋白酶（包括组织蛋白酶D（CTSD））。
与动脉粥样硬化早期观察到的短暂促炎单核细胞来源的巨噬细胞不同，SPP1⁺巨噬细胞显著下调典型的抗原呈递基因，如主要组织相容性复合体II类（MHC-II）。它们不执行经典的免疫防御功能，而是将这种特定的转录重编程将细胞机制转向广泛的脂质处理、增强的溶酶体活性和与细胞外基质的深入相互作用。因此，它们转变为核心效应细胞，协调局部组织的深层结构重塑。
识别细胞在病变中的空间定位对于揭示其病理功能至关重要。空间转录组学和多重免疫荧光成像显示，SPP1⁺巨噬细胞并非随机散在分布于整个血管壁。它们表现出高度的空间异质性和区域聚集性。这种高度特化的病理生态位的特征是严重缺氧、大量脂质过载、坏死核心相关应激、进行性的局部基质硬化、微钙化、扰动流诱导的内皮激活以及陡峭的炎性趋化因子梯度。在这种极端微环境的驱动下，SPP1⁺巨噬细胞不仅仅是疾病进展的被动标志，而是决定斑块易损性的主动决定因素。此外，它们经常定植于特定的血流动力学易感部位，如动脉分叉处。这种严格的空间限制强烈表明，局部的特定微环境线索（如局部的机械应力和缺氧）发挥着不可替代的决定性作用，与经典的可溶性趋化因子一起诱导SPP1⁺巨噬细胞的定向募集和长期驻留。
**4 病理性机械正反馈回路与转化医学干预**
**4.1 脂质代谢崩溃与局部基质重塑**
定植于斑块核心区域的SPP1⁺巨噬细胞在动脉壁的病理演变过程中表现出高度情境依赖性的作用。在脂质代谢水平上，各种脂质清道夫受体的高表达最初反映了一种适应性、泡沫细胞样的保护状态。这使它们能够有效地吞噬氧化低密度脂蛋白（oxLDL）并通过胞葬作用清除凋亡细胞碎片。然而，随着疾病进展到晚期，极端的微环境压力和持续的脂质流入严重超载了SPP1⁺巨噬细胞的溶酶体降解系统。仅在这个晚期阶段，这种适应状态才转变为高度致病性表型，导致胞葬作用显著受损。这种局部脂质代谢的最终崩溃引发继发性坏死。随着大量细胞内促炎物质的释放，病变的坏死核心不断扩张，导致不可逆的组织恶化。
除了破坏脂质稳态，SPP1⁺巨噬细胞还强烈影响ECM的病理性重塑。在功能上，SPP1蛋白充当关键的基质细胞介质，驱动血管壁内的促纤维化级联反应并加速血管钙化。此外，该巨噬细胞亚群分泌特定的基质金属蛋白酶家族成员，尤其是MMP-9和MMP-12。重要的是，基质降解是一个高度协作的过程；SPP1⁺巨噬细胞并非单独行动，而是与来自周围血管平滑肌细胞（VSMCs）、内皮细胞和中性粒细胞的MMPs协同工作，降解维持血管张力的正常弹性纤维网络。此外，它们通过旁分泌途径广泛激活VSMCs和成纤维细胞，诱导大量预先硬化的I型胶原合成与交联。这种脂质稳态崩溃与ECM合成/降解失衡之间的协同相互作用显著损害了血管壁的顺应性，从而极大地提高了动脉粥样硬化斑块破裂的临床风险。
**4.2 微环境与细胞之间的病理性力学闭环**
虽然研究人员提出了一个整合的病理性力学闭环，但区分已确立的调控步骤和外推概念对于科学准确性至关重要。直接的实验证据有力地支持了该级联反应的几个不同环节。具体而言，响应于基质硬度的YAP/TAZ激活、由此产生的SPP1转录上调，以及随后的SPP1在驱动ECM微钙化中的作用已有充分记载。相反，一个直接连接初始PIEZO1或纤毛激活与动脉粥样硬化中完整SPP1⁺致病表型的、未经间断的体内机械传导轴缺乏确凿的体内证据。目前，这一连续序列的大部分是从体外巨噬细胞培养和成纤维细胞中鉴定的平行信号通路推断出来的。因此，以下描述的自我放大的正反馈回路应被视为一个综合假设。研究人员通过桥接多学科发现构建了这一概念模型，旨在为未来通过体内谱系追踪和靶向机械感受器敲除研究进行严格验证奠定理论基础。
在传统病理学中，血流动力学（流体剪切应力）和基质硬度（固体生物力学）对细胞的影响通常被孤立讨论。然而，血管系统的物理微环境是高度整合和动态交互的。新兴的力学生物学证据表明，在动脉粥样硬化和组织纤维化的进展过程中，扰动流和基质硬化并非独立的病理事件。相反，通过巨噬细胞作为关键节点，它们形成了一个相互促进、自我放大的正反馈回路。这种闭环机制加速了局部血管损伤的病理过程，推动病变走向持续恶化。
这个病理循环的起点通常源于动脉分叉或弯曲处的血流动力学紊乱。长期暴露于低水平、振荡性剪切应力（d-flow）环境诱导内皮通透性增加和促炎黏附分子表达上调，并进一步启动内膜下ECM的早期力学重塑。在这个阶段，被扰动流募集并驻留的早期巨噬细胞通过初级纤毛和PIEZO1通道感知血流信号。这一过程导致初始的细胞骨架重排，并促使巨噬细胞分泌MMP和转化生长因子-β（TGF-β）。这些因子协同作用降解内膜下原本规则的弹性蛋白网络，刺激邻近的平滑肌细胞和成纤维细胞合成预先硬化的胶原蛋白，诱导局部基质硬度的初始增加。
随着胶原蛋白持续沉积和交联，局部基质硬度逐渐偏离生理范围。在这个阶段，固体组织力学特性的变化在驱动病理进展中发挥重要作用。在高度硬化的微环境中，巨噬细胞表面的整合素发生高亲和力聚集，诱导细胞骨架张力显著增加。这种物理应力通过改变核孔复合物的物理构象，促进YAP/TAZ向细胞核的迁移和积累。YAP/TAZ的持续核定位介导巨噬细胞向SPP1⁺表型的转录重编程，并增强该亚群的抗凋亡能力。这些代谢和转录变化使SPP1⁺巨噬细胞能够适应坏死核心边缘的极端微环境，并维持病理性激活。
SPP1在维持血管病理性力学稳态中发挥核心作用。释放到ECM后，SPP1利用其RGD（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）基序序列介导胶原纤维的病理性交联，增强组织的固体生物力学强度。此外，SPP1介导的微钙化显著增加基质硬度，破坏血管壁的生理性顺应性。这一机制体现了一个清晰的力学交互逻辑：由异常血流触发的初始基质重塑通过整合素和YAP/TAZ通路锁定致病性巨噬细胞表型。随后产生的SPP1效应分子加剧了基质硬化，为这个正反馈回路提供了持续动力。这个由物理应力启动、被生化产物放大的循环，导致局部病变摆脱生理调节，成为驱动动脉粥样硬化向复杂斑块或严重纤维化转化的核心物理-生物学机制。
**4.3 生物仿生平台与基因工程模型的实验验证**
阐明这些理论机制需要通过精密的仿生模型进行系统验证。严格验证对于确立这种机械敏感反馈循环的实际病理相关性至关重要。
体外，使用标准化的单核细胞系（如Tohoku Hospital Pediatrics-1（THP-1）细胞）结合可调节的物理微环境平台，是剖析巨噬细胞机械感知机制的基石策略。通过将分化的THP-1来源巨噬细胞接种在具有梯度杨氏模量的聚丙烯酰胺（PAA）或特制水凝胶基质上，研究人员可以精确模拟生理（2-5 kPa）和病理性硬化（>50 kPa）状态下的基质力学特性。此外，整合平行板流动室系统能够施加特定模式的流体剪切应力。免疫荧光和活细胞成像的协同作用促进了对动态力学生物事件的实时可视化，包括PIEZO1介导的钙内流、细胞骨架结构重排和YAP/TAZ核转位。然而，需要注意的是，THP-1细胞是一种永生化的单核细胞白血病来源细胞系，可能无法完全模拟原代或斑块驻留巨噬细胞的行为。因此，研究人员建议此类细胞系获得的研究结果应在原代巨噬细胞系统（如小鼠骨髓来源巨噬细胞或人单核细胞来源巨噬细胞）中进一步验证。
虽然体外系统提供了高分辨率的分子视角，但验证力学协同正反馈回路仍然需要复杂的体内生理环境。经受扰动流手术或高脂诱导的野生型C57BL/6J小鼠可以很好地模拟动脉粥样硬化和腹主动脉瘤（AAAs）等病变中的血管力学重塑特征。为了进一步验证SPP1在该力学调控通路中的作用，全身性敲除（Spp1
-/-）模型被广泛用于评估血管微钙化和纤维化的缓解情况。考虑到微环境中的细胞（如平滑肌细胞）也能分泌骨桥蛋白，构建巨噬细胞特异性条件性敲除模型对于阐明细胞特异性功能非常重要。通过将Spp1
flox/flox小鼠与表达髓系特异性Lyz2-Cre的小鼠杂交，研究人员可以建立Spp1
flox/floxLyz2-Cre条件性敲除模型。然而，Lyz2-Cre驱动子靶向广泛的髓系群体（包括中性粒细胞和单核细胞），而非严格巨噬细胞特异性。在未来的研究中，采用更具选择性的Cre驱动子（如Cx3cr1-CreER或Ms4a3-Cre）将为阐明巨噬细胞特异性功能提供更高的细胞类型特异性。利用此类遗传工具，结合超声多普勒血流动力学分析和原子力显微镜（AFM）测定基质硬度，研究人员可以有效地分析巨噬细胞来源的SPP1对剪切应力变化和基质硬化反应的贡献。这些发现进一步阐明了其对AAA恶化和斑块易损性增加的调控作用。
**4.4 针对机械传导通路的局部靶向治疗**
局部物理微环境与巨噬细胞机械传导之间的相互作用是血管病理学的关键驱动因素。将治疗策略从传统的全身调节（如降脂或抗炎疗法）转向局部的力学生物免疫调节，为治疗动脉疾病提供了一种有前景的方法。通过拦截巨噬细胞感知和响应异常机械刺激的通路，可以减轻SPP1的病理性诱导及随后的不良基质重塑。这种方法靶向疾病的潜在生物力学触发因素，有可能缓解对常规治疗无效的病变进展。
干预机械传导的一个直接策略是抑制巨噬细胞感知异常硬度和血流的能力。机械敏感离子通道PIEZO1正在成为一个重要的药理学靶点。临床前研究表明，使用特异性肽类抑制剂（如GsMTx4）阻断PIEZO1可以显著减少巨噬细胞中的钙信号，从而抑制其向促纤维化表型转化。此外，干预细胞与硬化基质之间的物理黏附具有治疗潜力。整合素阻断剂（如αvβ3或αvβ5抑制剂）可以干预这一过程。使用小分子药物抑制FAK（整合素的关键下游激酶）可以极大减少细胞骨架收缩张力，从而破坏巨噬细胞与ECM之间的力学传导，延迟病变区域的微钙化。
直接抑制YAP/TAZ可以阻断力学力传递至基因组的核心环节。由于各种上游物理刺激最终都汇聚于这个核靶点，抑制YAP/TAZ具有广泛的抗病理性重塑作用。Verteporfin（一种作为YAP-TEAD相互作用破坏剂的小分子药物）在体外显示出显著的干预效果。在暴露于高基质硬度并接受Verteporfin处理的巨噬细胞中，SPP1表达和基质交联能力受到显著抑制。然而，YAP/TAZ在维持内皮屏障功能和组织稳态方面也发挥着生理作用。因此，在抑制病理性转录的同时保留其生理性修复功能是该策略面临的主要挑战。
尽管临床前观察结果很有希望，但对转化可行性的一个关键评估揭示了显著的临床局限性。像GsMTx4和Verteporfin这类系统性药理学制剂的现实临床潜力受到药代动力学差、递送效率低和严重剂量限制性毒性的严重限制。推动力学生物医学的临床转化需要克服潜在的脱靶效应。由于物理张力广泛存在于整个器官系统，PIEZO1或YAP抑制剂的全身给药可能引起不良反应。具体而言，生理性机械传导对于健康内皮细胞、血管平滑肌细胞及其他多种组织的稳态是根本必需的。不加区分地全身抑制这些核心机械感受器可能灾难性地干扰正常的血管张力调节。除了广泛的全身毒性，对普遍机械感受器的非选择性抑制对局部组织稳态构成严重风险。在健康的血管段中，基础的机械传导是驻留巨噬细胞执行常规胞葬作用（有效清除凋亡细胞并防止继发性坏死）所必需的。此外，在斑块稳定的关键阶段，非选择性靶向YAP/TAZ或PIEZO1可能无意中损害对合成保护性纤维帽不可或缺的有益巨噬细胞亚群和平滑肌细胞的生理功能。因此，全身性力学抑制可能通过破坏这些微妙的结构修复机制而矛盾地增加斑块易损性。
为了克服这些关键的转化障碍并减轻全身毒性，必须采用先进的病变靶向纳米递送策略。因此，高度定制的纳米靶向递送系统正在逐步开发。修饰有针对特定巨噬细胞表面受体（如CD36或甘露糖受体）配体的脂质纳米颗粒（LNPs）可以实现药物在局部病变巨噬细胞中的精确富集。此外，响应于特定扰动剪切应力或高MMP环境的智能纳米载体将力学响应材料与力学生物免疫抑制剂相结合。这种双重靶向策略可以提高局部药物浓度。这种方法为减少全身毒性和实现精确的血管力学生物免疫调节提供了一个可行的工程解决方案。通过特异性地在病理性微环境中蓄积，这些靶向纳米载体可以在安全保留全身力学生物学稳态的同时，最大化局部治疗效果。
