Физические силы, такие как артериальное давление и напряжение сдвига текущей крови, являются важными параметрами для напряжения кровеносных сосудов. Ученые много лет искали измерительный датчик, который позволяет преобразовывать механические стимулы в молекулярный ответ, который затем регулирует напряжение в кровеносных сосудах. Ученые из Института исследований сердца и легких им. Макса Планка в Бад-Наухайме обнаружили именно такой датчик во внутреннем слое стенки кровеносного сосуда: рассматриваемая молекула, известная как PIEZO1, является катионным каналом и однажды может обеспечить отправная точка для лечения высокого кровяного давления.
В отличие от водопроводных труб, которые часто используются в качестве модели для объяснения функционирования кровеносных сосудов, последние совсем не жесткие и безжизненные. Вместо этого они состоят из эластичной стенки сосуда, состоящей из разных слоев высокочувствительной ткани. Эта ткань способна реагировать на меняющиеся потребности организма, увеличивая диаметр сосудов и, как следствие, усиливая кровоток.
Необходимую для этого информацию кровеносный сосуд получает от самого кровотока: "Один из наиболее важных механизмов контроля – это физические силы, которые кровь оказывает на внутреннюю часть кровеносных сосудов," говорит Стефан Офферманнс, директор Института исследований сердца и легких им. Макса Планка в Бад-Наухайме. "Внутренняя часть кровеносного сосуда выстлана эндотелиальными клетками. Они регистрируют интенсивность кровотока с помощью молекулярных антенн." В ответ на этот стимул эндотелиальные клетки, помимо прочего, выделяют оксид азота. Это приводит к расслаблению мускулатуры сосудов и расширению кровеносных сосудов.
PIEZO1 переводит физический стимул в молекулы
Помимо уровня артериального давления, механические силы сдвига являются основным фактором, влияющим на эндотелий через кровоток и имеющим решающее значение для регуляции кровотока. "Раньше мы очень мало знали о том, как эндотелиальные клетки регистрируют механические силы текущей крови на молекулярном уровне. С помощью PIEZO1 мы открыли катионный канал, который формирует интерфейс, превращающий физический стимул в молекулярную реакцию. Это, в свою очередь, контролирует натяжение стенки кровеносного сосуда," объясняет Шэнпэн Ван, первый автор исследования.
Исследователи Max Planck первоначально наблюдали в культивируемых эндотелиальных клетках, что PIEZO1 запускает сигнальный каскад, когда он подвергается сдвиговому напряжению: "PIEZO1 активируется механическим раздражителем. Он заставляет катионы кальция проходить через канал в эндотелиальные клетки и тем самым запускать цепную реакцию," говорит Ван. Этот сигнальный каскад завершается высвобождением оксида азота и расширением кровеносных сосудов.
Высокое артериальное давление без PIEZO1
Исследователи Max Planck смогли подтвердить то, что они наблюдали в лаборатории в живом организме, с использованием генетически модифицированных мышей. У мышей с неактивным геном PIEZO1 артериальное давление было выше, чем у контрольных животных. "Из-за отсутствия молекулярного сенсора PIEZO1 силы сдвига неправильно воспринимались эндотелиальными клетками, и весь сигнальный каскад практически не активировался," объясняет Ван. Затем клетки выделяли меньше оксида азота, и мускулатура кровеносных сосудов оставалась напряженной. Это, в свою очередь, вызывало необратимое повышение артериального давления у животных.
Если PIEZO1 окажется долгожданным датчиком, с помощью которого эндотелиальные клетки регистрируют механические силы текущего столба крови, чтобы регулировать натяжение кровеносных сосудов, он может иметь терапевтическое значение. "Мы сможем активировать PIEZO1 фармакологически, используя конкретный активный ингредиент. Клетки будут реагировать на это точно так же, как и на напряжение сдвига," говорит Офферманнс. "По этой причине активные ингредиенты, стимулирующие PIEZO1, могут стать многообещающим вариантом для лечения различных форм высокого кровяного давления." PIEZO1 также может служить отправной точкой для лечения заболеваний, при которых спазматическое сужение кровеносных сосудов играет роль.