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1 绪论：从生物力学到力学生物学&姜宗来1

1.1 生物力学的发展与冯元桢先生的贡献1

1.1.1肺循环片流理论3

1.1.2血管残余应力理论3

1.1.3应力－生长理论4

1.1.4组织工程理论与基因水平的研究5

1.2力学生物学的概念与发展6

1.3生物力学在我国的发展概况7

1.4血管力学生物学研究进展8

1.5结语11

参考文献12

2 血管生物学基础&姜宗来15

2.1 心血管系统的组成与血液循环的概念15

2.1.1心血管系统的组成15

2.1.2血液循环的概念17

2.2血管的发生与发育18

2.2.1原始心血管系统的发生18

2.2.2原始血管与胚体内外循环的建立19

2.2.3原始血管的演变19

2.3血管的组织结构21

2.3.1动脉21

2.3.2毛细血管23

2.3.3静脉24

2.3.4微循环的概念25

2.4血管的生理基础26

2.4.1各类血管的功能特点26

2.4.2动脉血压的形成及其影响因素26

2.4.3血管活动的调节29

2.5血管的病理基础33

2.5.1 高血压33

2.5.2动脉粥样硬化35

2.5.3血管再狭窄39

2.5.4动脉瘤41

参考文献42

3 血管内皮细胞与平滑肌细胞&冀凯宏 熊俊45

3.1血管内皮细胞46

3.1.1血管内皮细胞的起源46

3.1.2血管内皮细胞的形态和分类47

3.1.3血管内皮细胞的超微结构48

3.1.4血管内皮细胞的生理功能55

3.1.5血管内皮功能障碍59

3.1.6血管内皮祖细胞与血管形成59

3.2血管平滑肌细胞62

3.2.1血管平滑肌细胞的起源和生长发育62

3.2.2血管平滑肌细胞的结构63

3.2.3血管平滑肌细胞的功能72

3.2.4血管平滑肌细胞收缩和舒张的调节76

3.3血管内皮细胞与平滑肌细胞的相互作用80

3.3.1血管内皮细胞对血管平滑肌细胞生长的影响81

3.3.2 内皮细胞和血管平滑肌细胞在动脉粥样硬化形成中的作用82

参考文献82

4 血管力学基础&刘肖 龚晓波 孙安强 邓小燕85

4.1力学基本概念86

4.1.1 固体力学基本概念86

4.1.2流体力学基本概念94

4.1.3本构方程99

4.2血液的流变学特性100

4.2.1 血液的牛顿与非牛顿特性100

4.2.2血液的非牛顿特性对大中动脉血流动力学的影响102

4.2.3影响血液黏性的因素102

4.2.4血液黏度的几种测试方法105

4.3血管力学分析107

4.3.1血管的本构关系107

4.3.2血管的黏弹性110

4.3.3血管力学实验简介113

4.3.4圆管受力分析115

4.3.5薄壁圆管的受力分析117

4.4血流动力学介绍117

4.4.1体循环力学简介118

4.4.2平直血管内血液的流动120

4.4.3血流动力学测量技术简介122

4.5血管力学与血管疾病126

4.5.1动脉粥样硬化126

4.5.2动脉瘤127

4.6血管疾病诊疗技术的力学基础128

4.6.1动脉粥样硬化治疗128

4.6.2动脉瘤诊疗130

参考文献132

5 血管力学生物学研究常用实验技术与方法&沈宝荣 张萍 姜宗来137

5.1 在体血管应力变化的实验动物模型137

5.1.1 高血压动物模型137

5.1.2低血流（低切应力）动物模型139

5.1.3静脉移植动物模型140

5.2体外培养细胞力学加载技术142

5.2.1 细胞切应力加载模型142

5.2.2细胞周期性张应变加载模型148

5.2.3微管吸吮技术152

5.2.4原子力显微技术152

5.2.5磁扭转细胞测量术152

5.3在体动物模型血管重建检测的相关实验技术153

5.3.1血压测定153

5.3.2血流测定154

5.3.3血黏度测定与平均切应力计算154

5.3.4血管几何形态学检测155

5.3.5血管张开角检测156

5.3.6血管容积（V）与压力（P）比值（P-V关系）测定157

5.3.7血管细胞外基质检测157

5.4体外细胞培养及常用细胞分子生物学实验技术158

5.4.1 大鼠胸主动脉内皮细胞原代培养159

5.4.2大鼠胸主动脉平滑肌细胞原代培养159

5.4.3人血管内皮祖细胞原代培养160

5.4.4人脐静脉内皮细胞原代培养161

5.4.5 siRNA干扰技术162

5.4.6过表达技术162

5.4.7细胞功能检测技术163

5.5显微成像实验技术169

5.5.1激光共聚焦显微镜170

5.5.2单细胞成像技术170

5.6高通量生物实验技术173

5.6.1微阵列芯片技术173

5.6.2蛋白质组学技术176

5.6.3生物信息学分析179

参考文献180

6 应力与血管重建&杨向群 严志强 姜宗来183

6.1高血压动脉重建184

6.1.1高血压肾内小动脉重建及其生物力学特性184

6.1.2 高血压主动脉重建及其生物力学特性186

6.1.3 高血压动脉重建的力学生物学机制187

6.2低血压或低压力条件下的动脉重建190

6.3切应力与血管重建191

6.3.1低切应力对动脉重建的影响192

6.3.2切应力调节动脉内弹性膜窗影响动脉壁大分子物质聚集193

6.3.3低切应力对动脉粥样硬化形成的影响194

6.4糖尿病血管重建197

6.4.1糖尿病大鼠的动脉重建197

6.4.2伴有高血压的糖尿病大鼠的动脉重建197

6.5高血压和低切应力协同作用与动脉血管重建198

6.6 microRNA-21与血管重建200

6.6.1 microRNA概述200

6.6.2 内皮细胞miR-21敲除对血管形态结构重建的影响203

6.6.3内皮细胞miR-21敲除对血管功能重建的影响203

6.6.4内皮细胞miR-21敲除引起血管重建的相关机制206

6.7结语209

参考文献210

7 血管细胞糖萼的力学感受功能&康红艳 邓小燕 刘肖213

7.1糖萼概述214

7.1.1糖萼的发现历程214

7.1.2糖萼的观测方法215

7.1.3糖萼的化学成分218

7.1.4糖萼的生理作用220

7.1.5糖萼与病理222

7.2糖萼对流动切应力的转导224

7.2.1糖萼感知流动切应力介导一氧化氮释放224

7.2.2糖萼感知流动切应力介导细胞排列225

7.2.3糖萼感知流动切应力介导细胞增殖和迁移226

7.2.4糖萼感知流动切应力介导血管平滑肌表型转换228

7.2.5糖萼感知流动切应力调控血管壁通透性228

7.2.6糖萼力学信号转导理论模型229

7.2.7糖萼力学信号转导机制232

7.3糖萼对重力变化的转导233

7.3.1 重力变化对内皮细胞的影响233

7.3.2重力变化对血管平滑肌细胞表型的调控233

7.3.3糖萼对重力变化的转导234

7.4血流动力学环境与糖萼重构236

7.5结语239

7.5.1 酶处理方式研究糖萼力学信号转导的局限性239

7.5.2利用体外培养的细胞模型来研究糖萼力学信号转导的合理性争议240

7.5.3展望240

参考文献241

8 力－血管蛋白质组学研究进展&齐颖新 姜宗来245

8.1血管蛋白质表达谱研究246

8.1.1 血管组织表达的蛋白质组研究247

8.1.2血管细胞表达的蛋白质组研究248

8.2力学刺激条件下血管的比较蛋白质组学研究249

8.2.1 高血压诱导的血管组织差异表达蛋白质组249

8.2.2切应力诱导的血管组织差异表达蛋白质组250

8.3磷酸化蛋白质组学及其在应力信号转导研究中的应用255

8.3.1蛋白质的磷酸化翻译后修饰256

8.3.2磷酸化蛋白质组学研究现状257

8.3.3 张应变调控血管平滑肌细胞功能的磷酸化蛋白质组学研究257

8.4力－血管蛋白质组研究中的生物信息学260

8.4.1 基于组学数据的蛋白功能分析261

8.4.2基于组学数据的信号网络分析263

8.5结语266

参考文献267

9 切应力条件下血管内皮细胞与平滑肌细胞的相互作用及其机制&王汉琴 王燕华 张炎 姜宗来269

9.1 血管内皮细胞与平滑肌细胞联合培养新模型269

9.2联合培养对内皮细胞和血管平滑肌细胞的影响270

9.2.1 与血管平滑肌细胞联合培养内皮细胞的形态270

9.2.2联合培养改变细胞黏附功能270

9.2.3联合培养诱导细胞表型转换277

9.2.4联合培养影响细胞炎症和血管生成等相关基因表达278

9.2.5联合培养诱导β－链蛋白的磷酸化279

9.3切应力条件下内皮细胞与血管平滑肌细胞的相互作用及其机制279

9.3.1 切应力对与血管平滑肌细胞联合培养内皮细胞凝血和抗凝血因子的影响280

9.3.2切应力抑制内皮细胞诱导的血管平滑肌细胞迁移及其PI3K/Akt的调控作用281

9.3.3切应力对与VSMCs联合培养ECs增殖、迁移的影响及其细胞骨架机制283

9.3.4切应力条件下microRNAs在内皮细胞与血管平滑肌细胞相互交流中的作用及其机制286

9.3.5切应力条件下炎症相关基因在内皮细胞与血管平滑肌细胞相互交流中的作用及机制288

9.3.6低切应力条件下PDGF-BB和TGF-β1在内皮细胞与血管平滑肌细胞相互交流中的作用及其机制289

9.3.7低切应力诱导血管RACK1表达及其对内皮细胞和平滑肌细胞增殖的影响293

9.3.8低切应力诱导内皮细胞的IGF-1表达对血管平滑肌细胞增殖的影响294

9.4结语294

参考文献294

10 周期性张应变与血管平滑肌细胞功能的调节&曲明娟 姜宗来297

10.1 周期性张应变与血管平滑肌细胞表型转化297

10.1.1血管平滑肌细胞表型转化的基本概念297

10.1.2血管平滑肌细胞表型标志蛋白298

10.1.3血管平滑肌细胞的基本力学微环境299

10.1.4周期性张应变对血管平滑肌细胞表型转化的影响及机制300

10.1.5 周期性张应变对血管平滑肌细胞排列的影响及机制309

10.1.6周期性张应变与血管平滑肌细胞分化在组织工程中的应用311

10.2 周期性张应变对血管平滑肌细胞增殖的影响及机制312

10.3周期性张应变对血管平滑肌细胞凋亡的影响及机制315

10.4周期性张应变对血管平滑肌细胞迁移的作用及机制317

10.5结语324

参考文献324

11 Rab28蛋白的应力响应与血管细胞功能调节&姜隽 姜宗来329

11.1 Rab28蛋白概述330

11.1.1 小GTP酶蛋白家族330

11.1.2 Ras超家族330

11.1.3 Rab家族330

11.1.4 Rab28的发现与已有研究333

11.2低切应力条件下Rab28对血管细胞功能的调节336

11.2.1低切应力上调培养血管组织和联合培养血管平滑肌细胞的Rab28表达337

11.2.2低切应力上调联合培养血管平滑肌细胞迁移及ERK磷酸化339

11.2.3 RNA干扰抑制血管平滑肌细胞的Rab28表达，并抑制细胞的迁移339

11.2.4 ERK特异性抑制剂抑制血管平滑肌细胞的ERK磷酸化，抑制细胞迁移，并下调Rab28表达340

11.3高血压条件下Rab28对血管细胞功能的调控341

11.3.1 高血压大鼠血管组织的Rab28表达及血管壁细胞的增殖与凋亡342

11.3.2高张应变条件下内皮细胞和血管平滑肌细胞的Rab28表达343

11.3.3血管平滑肌细胞与内皮细胞相互交流对细胞Rab28表达的影响344

11.3.4 Rab28在内皮细胞中的定位和分布348

11.3.5 Rab28与NF-κB活化的关系352

11.4结语356

参考文献357

12 细胞核骨架蛋白的应力响应与血管细胞功能调节&韩悦 齐颖新361

12.1核骨架蛋白的概述362

12.1.1核骨架蛋白的研究历史362

12.1.2核骨架蛋白的分类及功能363

12.1.3核骨架蛋白与人类疾病365

12.2核骨架蛋白在不同力学条件下对血管细胞功能的调节367

12.2.1 细胞核骨架蛋白参与切应力调控的单独培养内皮细胞功能367

12.2.2切应力条件下，核骨架蛋白在联合培养ECs和VSMCs功能调控中的作用371

12.2.3 细胞核骨架蛋白参与张应变调控的VSMCs功能375

12.3核骨架蛋白通过调控转录因子调节血管细胞功能380

12.3.1切应力条件下，核骨架蛋白调控的转录因子380

12.3.2周期性张应变条件下，核骨架蛋白调控的转录因子385

12.4结语388

参考文献389

13 SIRT蛋白在应力调控血管细胞功能中的作用&姚庆苹 姜宗来393

13.1 SIRT蛋白概述394

13.1.1哺乳动物SIRT蛋白分类及亚细胞定位394

13.1.2 SIRT1在心血管疾病中的作用397

13.1.3 SIRT6在心血管疾病中的作用399

13.2流体切应力通过SIRT1调控血管内皮细胞增殖401

13.2.1 正常切应力抑制血管内皮细胞增殖401

13.2.2正常切应力促进内皮细胞的SIRT1表达，抑制Cx40表达401

13.2.3正常切应力通过SIRT1和Cx40抑制内皮细胞增殖403

13.3 周期性张应变通过SIRT1和SIRT6调控血管平滑肌细胞分化404

13.3.1周期性张应变促进血管平滑肌细胞分泌TGF-β1405

13.3.2周期性张应变激活SIRT1调控VSMCs分化406

13.3.3 周期性张应变激活TGF-β1/Smad/SIRT6/c-fos和ICAM-1调控VSMC分化408

13.4结语410

参考文献410

14 G蛋白偶联受体激酶的应力响应与血管细胞功能调节&王璐 齐颖新415

14.1 GRKs概述416

14.1.1 GRKs的发现、成员以及分布416

14.1.2 GRKs的结构组成418

14.1.3 GRKs的作用方式419

14.1.4 GRKs的调节方式421

14.2 力学因素对GRKs的调控424

14.2.1 GRKs参与切应力对血管细胞功能的调节424

14.2.2 GRKs参与周期性张应变对血管细胞功能的调节426

14.3 GRKs在与力学因素相关心血管疾病中的作用432

14.3.1 GRKs和动脉粥样硬化432

14.3.2 GRKs和高血压433

14.4结语436

参考文献437

15 microRNA在应力调控血管细胞功能中的作用&黄凯 齐颖新441

15.1 miRNAs概述441

15.1.1 miRNAs生物合成442

15.1.2 miRNAs作用方式446

15.1.3 miRNAs靶标预测447

15.2 miRNAs与心血管疾病447

15.2.1 miRNAs与心脏疾病448

15.2.2 miRNAs与动脉粥样硬化448

15.3切应力敏感的内皮源性miRNAs452

15.3.1 miRNAs与切应力诱导的内皮细胞激活和动脉粥样硬化452

15.3.2切应力通过miRNA调控细胞交流452

15.4 miR-33调控移植静脉新生内膜增生的力学生物学机制454

15.4.1移植静脉内膜增生、细胞增殖以及miR-33表达454

15.4.2 miR-33调控静脉平滑肌细胞增殖457

15.4.3 miR-33调控静脉平滑肌细胞其他功能463

15.4.4周期性张应变调控静脉VSMCs增殖和miR-33表达464

15.4.5 agomiR-33缓解移植静脉内膜增生468

15.4.6 BMP3调控移植静脉内膜增生472

15.5结语473

参考文献474

16 BK通道与周期性张应变诱导的血管平滑肌细胞分化&万雪娇 姜宗来479

16.1 钾离子通道概述482

16.1.1钾离子通道的分类482

16.1.2钾离子通道的结构和功能482

16.2 BK通道结构与力敏感特性483

16.2.1 BK通道亚基组成484

16.2.2 BK通道STREX选择性剪接与力敏感485

16.2.3调控BK通道功能的机制491

16.3 BK通道在不同细胞中的表达及功能493

16.4 ER stress调控BK通道与血管平滑肌细胞功能495

16.4.1钙变化与ER stress的发生495

16.4.2钙变化与BK通道496

16.4.3 ER stress与细胞功能498

16.5 BK通道与平滑肌细胞分化功能500

16.5.1 力学因素影响BK通道501

16.5.2 BK通道影响钙变化502

16.5.3 BK通道参与病理性张应变诱导的平滑肌细胞去分化505

16.6结语506

参考文献507

17 流体切应力与血管内皮祖细胞分化&程彬彬 龚晓波 姜宗来511

17.1 内皮祖细胞概述512

17.1.1 内皮祖细胞的概念和来源512

17.1.2内皮祖细胞的生物学特征512

17.1.3 内皮祖细胞的功能及其应用515

17.2切应力和内皮细胞对内皮祖细胞滚动黏附的影响516

17.2.1 流动条件下细胞黏附实验517

17.2.2数值方法518

17.2.3数值分析对照524

17.3流体切应力对内皮祖细胞分化的作用及其机制529

17.3.1流体切应力529

17.3.2流体切应力对内皮祖细胞分化的作用529

17.3.3流体切应力调控内皮祖细胞分化的机制530

17.3.4 SIRT1在切应力诱导内皮祖细胞分化中的作用及其机制532

17.3.5 miR-34a在切应力诱导内皮祖细胞分化中的作用及其机制537

17.4结语547

17.4.1 内皮祖细胞在心血管疾病治疗中存在的问题547

17.4.2 内皮祖细胞加载切应力的研究548

17.4.3展望549

参考文献550

18 脂质的浓度极化与动脉粥样硬化&刘肖 康红艳 邓小燕553

18.1 浓度极化及其数值仿真基本理论555

18.1.1浓度极化的基本理论555

18.1.2数值仿真基础556

18.2动脉系统中脂质浓度极化的多尺度研究558

18.2.1 组织层次558

18.2.2细胞层次570

18.3浓度极化的生理学作用577

18.4结语578

18.4.1脂质浓度极化现象的验证578

18.4.2浓度极化与壁面切应力的作用579

18.4.3展望580

参考文献580

19 血管内皮细胞趋化因子的应力响应与心血管疾病&李良 吴江 曾烨 陈槐卿585

19.1 趋化因子与趋化因子受体概况586

19.1.1趋化因子586

19.1.2趋化因子受体590

19.1.3趋化因子与趋化因子受体的相互作用592

19.2趋化因子与心血管疾病593

19.2.1趋化因子与高血压593

19.2.2动脉粥样硬化与趋化因子595

19.2.3趋化因子与心肌梗死和血管再狭窄599

19.3切应力、趋化因子与冠状动脉疾病603

19.3.1切应力与血管内动脉粥样硬化形成区域603

19.3.2切应力诱导ECs基因表达604

19.3.3切应力与趋化因子CXCL8605

19.3.4切应力／CXCL8对血管ECs迁移的调节作用及机制605

19.3.5切应力与血管炎症609

19.3.6切应力－反应性炎症机制611

19.4靶向趋化因子系统治疗心血管疾病的展望617

19.4.1趋化因子基因多态性研究进展617

19.4.2靶向药物研究进展620

19.5结语620

参考文献620

20 动脉粥样硬化与血管支架介入治疗的力学生物学&王贵学 王瑾瑄625

20.1 切应力和动脉粥样硬化626

20.1.1切应力和动脉粥样硬化相关的血管内皮功能障碍626

20.1.2切应力和动脉粥样硬化相关的炎症626

20.1.3切应力和动脉粥样硬化相关的血管生成628

20.1.4血流切应力高低对动脉粥样硬化形成的影响629

20.1.5切应力调控的基因表达对动脉粥样硬化的影响632

20.1.6致动脉粥样硬化和抗动脉粥样硬化转录因子的应力调控633

20.1.7切应力作用对临床动脉粥样硬化治疗的指导意义634

20.2血流动力学变化与动脉粥样硬化斑块的稳定性635

20.2.1易损斑块的特点635

20.2.2斑块处的血流动力学特征及其对斑块发展的影响636

20.2.3动脉粥样硬化斑块破裂的力学机制640

20.3血流动力学因素与系统性风险在动脉粥样硬化形成中的协同效应640

20.3.1 高脂血症640

20.3.2高血压641

20.3.3糖尿病642

20.4血管支架介入治疗在动脉粥样硬化防治中的应用643

20.5血管植入物对血管力学微环境的影响645

20.5.1血管支架的生物力学性能645

20.5.2血管支架植入后对血管力学微环境的影响646

20.6血管支架与宿主血管之间的相互作用649

20.6.1血管支架植入后血管中膜和外膜的响应649

20.6.2血管支架植入后血管内膜的响应650

20.6.3血管支架植入后ECs的响应及力学信号转导机制651

20.6.4血管支架植入后的血栓形成和再内皮化修复651

20.7血管支架植入诱导宿主血管重建的力学生物学机制652

20.7.1血管支架植入诱导血管重建的发生652

20.7.2血管支架植入诱导宿主血管重建的机制653

20.8结语654

20.8.1血流切应力变化与动脉粥样硬化形成的作用机制654

20.8.2血流动力学变化对动脉粥样硬化斑块稳定性的影响655

20.8.3动脉粥样硬化病变的介入治疗与展望655

参考文献656

索引661