周菁，北京大学基础医学院生理学与病生理学系研究员、博士生导师.系副主任，“血管稳态与重构”全国重点实验室PI，国家卫生健康委员会心血管分子生物学与调节脑重点实验室PI，心血管受体研究北京市重点实验室PI。2006年在重庆大学生物工程学院获博士学位后，先后在中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所、台湾卫生研究院医学工程研究组、美国加州大学圣地牙哥分校医学与工程研究所任博士后研究员，自2011年在加州大学圣地牙哥分校医学与工程研究所任助理项目科学家（中科院外籍院士钱煦课题组），2014年以“北京大学百人计划”受聘于北京大学医学部。
周菁研究员研究血管稳态调控和动脉粥样硬化等重大血管疾病发病的力学生物学基础，对一系列模拟不同胞外力学微环境（如血流剪切、机械牵张、细胞外基质刚度与几何约束等）的在体和离体模型系统的开发和应用；利用这些模型系统研究血管壁细胞对力学信号的感知和转导、细胞与细胞/胞外基质互作、细胞分化与命运决定；动脉粥样硬化等血管疾病的力学生物机制及防治策略研究。以通讯作者在Circulation Research、Proc Natl Acad Sci U S A、Advanced Science、Biomaterials、Matrix Biology等心血管和生物医学权威期刊发表论文。担任了中国生物医学工程学会生物力学专业委员会委员、中国生理学会基质生物学专业委员会委员等学术兼职。主持了国家基金委优秀青年科学基金、“血管稳态与重构的调控机制”与“器官衰老与器官退行性变化的机制”重大研究计划、面上项目等国家与地方项目。PNAS：血管内皮损伤新机制及保护内皮的小分子化合物的发现
血管内皮细胞暴露于剪切应力下时，其流动模式与层流模式不同，而这两种模式会分别导致促炎表型与抗炎表型。因此，有效治疗内皮炎症和随之产生的动脉粥样硬化需要识别新的治疗分子并开发针对这些分子的药物。北京大学周菁研究员和加州大学圣地亚哥分校钱煦教授等人指出了脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶-1 (APEX1/Ref-1) 作为流体剪切力响应分子在血流扰动诱导的内皮细胞炎症反应及动脉粥样硬化发生中具有重要作用。该研究发现，OS诱导乙酰化酶p300的磷酸化，促进p300与APEX1结合，导致APEX1乙酰化。而乙酰化的APEX1与NF-kB的组分p50和p65形成复合物，转位进入细胞核，促进NF-kB信号通路激活及促炎分子的表达。进一步地，课题组利用基因表达谱相似性，筛选到天然黄酮类化合物牡荆素，它能够直接结合APEX1并抑制其活性，从而抑制内皮细胞慢性炎症和动脉粥样硬化的发生。该研究揭示了一项血流剪切力调控内皮细胞功能的新机制，并为内皮损伤相关血管病变如动脉粥样硬化的防治研究提供了一种基于力学生物学理论的方案。文献链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2115158118Circ Res：“液-液”相分离机制抑制Hippo通路
细胞外基质（ECM）刚度可影响血管平滑肌细胞（VSMCs）的表型和行为。ECM硬化会导致VSMC过度增殖、迁移，并从收缩表型向合成表型转化。然而，细胞是如何感知ECM刚度的改变，并将力学信号转化成生物学信号，这一问题仍有待深入研究。而Hippo YAP（yes相关蛋白）信号通路可对各种环境线索响应以进行调节。例如，血管平滑肌细胞中YAP的激活可传递细胞外基质硬度诱导的血管平滑肌细胞表型和行为的变化。而最近的研究也已经确定了受体酪氨酸激酶DDR1（盘状蛋白结构域受体1）在血管平滑肌细胞中的机械感受作用。北京大学周菁研究员与天津医科大学基础医学院王晓虹教授等合作，通过在体外采用不同基质刚度的水凝胶模型、在体内采用5/6肾切诱导的慢性血管硬化模型，证实了DDR1可以介导血管刚度诱导的YAP活化。通过活细胞成像，荧光漂白恢复，体外相分离，免疫共沉淀以及GST-pull down等技术，此研究揭示了DDR1在胶原或基质刚度刺激下与LATS1发生共同相分离以抑制Hippo通路激活的分子机制。活化的DDR1与LATS1形成共凝聚物，竞争性地抑制了MOB1-LATS1的结合，从而导致LATS1去磷酸化和YAP活化。这是首个证明LLPS在介导血管疾病中作用的研究，证明了DDR1-LATS1-YAP轴在VSMC机械信号转导中的中心作用，并提供了抗动脉硬化的潜在治疗靶点。文献链接：https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCRESAHA.122.322113Adv. Sci.：揭示血管壁基质几何形状影响平滑肌细胞功能的机制
机体组织和器官的结构与功能会受到组织中细胞几何形状的影响，而细胞的几何形状则受到组织微环境——细胞外基质（ECM）的限定。例如血管平滑肌细胞（VSMC）可以适应细胞几何线索的变化；然而，其潜在机制仍然难以捉摸。北京大学周菁研究员结合二维微图案模型和三维人工血管移植模型，发现了基质几何形状所传递的物理信号在 VSMC 中诱导一系列具有内在联系的现象。具体而言，作者使用2D微图案基质来设计细胞几何结构，发现与细长的几何结构相比，正方形的几何结构会导致DNA甲基转移酶1（DNMT1）从细胞核到细胞质的重新分布、线粒体DNA（mtDNA）的超甲基化、mtDNA基因转录的抑制和线粒体功能的损伤。研究结果证明了核机械感受蛋白——胞质型磷脂酶A2 （cPLA2） 感知细胞核膜形状、面积改变，激活其及其下游信号分子 PI3K 和 AKT1 ，通过调控DNMT1的磷酸化引起DNMT1胞内易位 。研究结果表明，基质几何形状是 VSMC功能的关键决定因素，因此，具有可控微/纳米结构的工程血管移植物可能是提高其性能的有效策略。文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202203995Circ Res：揭示动-静脉移植后静脉桥再狭窄的力学生物学新机制
冠状动脉旁路移植术 (CABG) 是治疗冠状动脉复杂多支和/或左主干冠状动脉病变患者的金标准。但由于静脉桥平滑肌细胞的异常增殖、迁移，导致血管不良重塑、新生内膜进行性增厚和再狭窄，严重影响了静脉桥的长期通畅率；动脉血流高压被认为是致静脉桥过度重塑的重要原因，但机制并不清楚。线粒体融合蛋白2 (MFN2) 是平滑肌细胞增殖的抑制分子, 其能够通过线粒体依赖和非线粒体依赖调节途径发挥功能。抑制血管平滑肌细胞代谢重编程，如抑制糖酵解，可有效减轻细胞增殖。北京大学周菁研究员与和庞炜副教授等合作发现，静脉桥植入动脉系统后，由动脉高压作用于静脉管壁所引起的高机械牵张能够通过激活平滑肌细胞内的ROCK/JNK/SP1信号通路，导致MFN2转录抑制；MFN2的缺失一方面可以通过抑制由E3泛素连接酶TRIM21介导的PFK1泛素化与降解，使PFK1含量及细胞糖酵解水平升高；另一方面也可以直接抑制线粒体氧化磷酸化能力。两条途径共同导致了平滑肌细胞发生代谢重编程、血管不良重塑及新生内膜形成，造成血管再狭窄。文献链接：https://www.ahajournals.org/doi/epdf/10.1161/CIRCRESAHA.122.320846Small：构建血流剪切力响应性纳米盘可用于抗血管内皮炎性反应和动脉粥样硬化
血流紊乱会诱导内皮促炎反应，从而促进动脉粥样硬化的形成。而降低扰流引起内皮细胞炎性反应则成为了内皮保护与抗动脉粥样硬化策略开发的关键切入点。而基于纳米颗粒的治疗方法旨在治疗发生血流紊乱的血管系统中的内皮炎症，这可能为预防动脉粥样硬化提供一条有希望的途径。通过使用垂直阶梯流设备和血管狭窄的微流体芯片，北京大学周菁研究员和中国科学院上海药物所甘勇研究员/俞淼荣等人发现盘状介孔二氧化硅纳米颗粒相较于球形介孔二氧化硅纳米颗粒(MSND vs. MSNS)，对具有促动脉粥样硬化紊乱流动的区域表现出优先的边缘化（定位和粘附）。通过使用颈动脉部分结扎的小鼠模型，在紊乱的流动区域内盘状颗粒也比球形颗粒具有更好的靶向性和更高的积聚。在高脂血症小鼠中，与球形颗粒相比，施用载有低甲基化剂地西他滨（DAC）的圆盘状颗粒也显示出了更好的抗炎和抗动脉粥样硬化作用。该研究为优化心血管靶向治疗的系统性方案提供力学生物学的基础，并为未来载药纳米颗粒在动脉粥样硬化治疗中的合理设计提供了一定的指导。文献链接：https://doi.org/10.1002/smll.202204694Bioact. Mater.：揭示血管平滑肌细胞感知、转导与响应胞外基质刚度的新机制
血管平滑肌细胞（VSMC）具有高度可塑性，因为其表型可以响应细胞外基质（ECM）固有的机械线索而改变。VSMC可以从其静止收缩表型被激活为促炎表型，由此细胞分泌趋化性和炎性细胞因子，例如MCP1和IL6，以在包括动脉硬化在内的各种血管疾病的发展过程中功能性调节单核细胞和巨噬细胞浸润。北京大学周菁研究员等人发现高基质刚度激活了平滑肌细胞中的酪氨酸激酶受体DDR1，表现为：以免疫印迹检测到其792酪氨酸位点高磷酸化、以超分辨显微技术观察到受体的簇集与内化、以原子力显微镜技术检测到受体与其配体的黏附事件发生率升高——提示受体-配体相互作用增强；且该工作明确了机械刺激引起的DDR1活化不依赖于其经典配体胶原与受体的结合。此外，该工作还揭示了由DDR1介导的细胞内力学信号转导通路，证明高基质刚度引起的DDR1激活通过ERK1/2-p53信号轴抑制下游靶基因DNMT1表达；利用平滑肌细胞特异性DNMT1缺陷小鼠和急、慢性血管硬化小鼠模型，发现DDR1-DNMT1信号轴在血管平滑肌细胞中调控细胞收缩功能和促炎因子的合成。文献链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X22000202PNAS：血流剪切力调控的血管内皮细胞向平滑肌细胞信号传递的机制
动脉分支和弯曲处的血管内皮细胞（EC）经历血流紊乱，并诱导相邻平滑肌细胞（SMC）从静止到激活的表型转变，以及随后的平滑肌增生。然而，EC到SMC信号传导的流动模式特异性启动的机制仍然难以捉摸。周菁研究员的前期研究发现：扰流剪切力促进内皮细胞分泌微小RNA（miRNA）与Ago2蛋白的复合物（miR-126-3p/Ago2），这些复合物可被平滑肌细胞摄取并导致平滑肌细胞功能异常；而对血管具有保护作用的层流剪切力则能抑制内皮细胞miR-126-3p/Ago2的分泌（Zhou J et al. Circulation Research, 2013）。然而剪切力调控内皮细胞微小RNA分泌的机制尚不清楚。北京大学周菁研究员与加州大学圣迭戈分校钱煦教授首次报道了内皮细胞SNAREs蛋白在促动脉粥样硬化的血流剪切力所致血管平滑肌细胞增殖、迁移和新生内膜形成中的重要作用。研究显示，致动脉粥样硬化振荡剪切（0.5±4 dynes/cm2），而不是致动脉粥样硬化保护性脉动剪切（12±4 dynes/cm2），通过激活SNARE、囊泡相关膜蛋白3（VAMP3）和突触体相关蛋白23（SNAP23），增加了非膜结合miR-126-3p和其他微小RNA（miRNA）的内皮分泌。敲低VAMP3和SNAP23可减少内皮细胞miR-126-3p和miR-200a-3p的分泌，以及EC共培养引起的SMC中收缩标记物的增殖、迁移和抑制。而哺乳动物雷帕霉素复合物靶点1在内皮细胞中的药理学干预通过转录抑制VAMP3和SNAP23阻断miR-126-3p的内皮分泌和EC到SMC的转移。因此，雷帕霉素对VAMP3和SNAP23的系统性抑制或内吞抑制剂dynasol在血管周围的应用可以改善紊乱的流动诱导的新生内膜形成。该研究结果证明了SNARE激活的流动模式-特异性及其对miRNA介导的EC–SMC通讯的贡献。文献链接：https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1700561114Biomaterials：细胞外基质力学特性调控血管平滑肌细胞表型的机制研究
细胞可感知物理线索，如细胞外基质（ECM）硬度的扰动，并将这些刺激转化为控制细胞行为各个方面的生化信号，这些信号将有助于多个器官的生理和病理过程。如血管平滑肌细胞所处基质力学微环境对平滑肌细胞表型具有重大的影响。然而，这其中的机制理解目前来说还未被充分探索。因此，解答该力学生物学问题对深化理解血管硬化/钙化的病理发生机制具有重要科学意义，并可望为血管硬化所致心血管疾病的预防与诊疗提供潜在标靶。北京大学周菁研究员利用聚丙烯酰胺水凝胶模拟不同硬度细胞基底硬度，并采用小鼠急性动脉损伤血管硬化模型和小鼠高腺嘌呤饮食诱导慢性肾衰模型等研究系统，结合动脉硬化病人的临床样本分析，发现：DNA甲基化转移酶1（DNMT1）可以调控平滑肌细胞表型标志物的表达进而影响平滑肌细胞的功能，其中，DNMT1表达上调可使平滑肌细胞趋向收缩表型，收缩表型标志物上调，平滑肌细胞收缩能力增加；下调DNMT1表达可使平滑肌细胞中合成表型及成骨表型标志物表达增加，并促进平滑肌细胞向成骨样方向转化，发生细胞自身硬度的升高。在小鼠急性和慢性血管硬化模型中，血管硬度增加降低DNMT1在平滑肌细胞的表达，此时平滑肌细胞收缩表型标志蛋白表达下调且钙沉积增加；对动物以DNMT1抑制剂5-氮杂-2'-脱氧胞啶（5-aza-dC）抑制血管平滑肌细胞DNMT1表达，可促进血管硬化和钙沉积。研究结果表明DNMT1下调是胞外基质硬化诱导的平滑肌细胞——成骨细胞转分化的重要机制。该研究结果增进了对动脉硬化发生机制的了解，并提出DNMT1有可能成为相关血管疾病早期诊断和干预的关键靶点。文献链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961217307615
