第 129 期 2005-12-14

研究發展
擾流與低驅動性之單核白血球為參與動脈粥狀硬化症形成之重要因子


本院醫學工程研究組血管分子生物工程實驗室(Vascular Molecular Bioengineering Lab)近期在擾流(Disturbed Flow)對於白血球(Leukocytes)遷移作用機制的研究獲得重要的研究成果。

在台灣，心血管疾病居主要死因前幾位，而粥狀動脈硬化(Atherosclerosis)則是誘發心血管疾病的危險因子之一。臨床醫學證據顯示，動脈硬化通常發生於血管分歧處(Bifurcation)，而此處的血流力學(Hemodynamics)非常複雜，血流所產生的擾流與不規則剪力(Shear Stress)，被認為是參與調節白血球粘黏與血管壁發炎反應的重要因子。動脈硬化屬於慢性發炎反應，在發炎過程中，單核球(Monocytes)沾附於受到不正常刺激傷害的血管內皮細胞(Endothelial Cell)表面，進而外滲遷移至平滑肌細胞(Smooth Muscle Cell)區域，是早期動脈硬化症形成的關鍵步驟。

本實驗室建構了國內外第一個結合擾流、白血球、內皮細胞與平滑肌細胞共培養系統之體外模型(右圖)，藉以模擬動脈之組成及不同細胞交互作用之特性，同時探討擾流與平滑肌細胞對於白血球黏附內皮細胞的影響。研究中加入與動脈硬化發炎反應有關的嗜中性球(Neutrophils)、淋巴球(Lymphocytes)與單核球(Monocytes)，結果發現，在擾流區域會引起大量白血球粘黏；平滑肌細胞共培養會引起大量白血球橫越內皮細胞遷移；擾流則加速了白血球的遷移運動，以至其大量累積於平滑肌區域。

研究中亦分析此三種白血球在內皮細胞底層的移動特性，發現嗜中性球具有最高之驅動性，可在內皮細胞下快速且無方向性的遷移（左圖）；淋巴球之遷移受血流影響最大，幾乎沿著血流方向運動；單核球的驅動性最低，遷移至內皮細胞層下後幾乎滯留於平滑肌細胞區。此研究結果或可說明為何單核球為貢獻於動脈硬化症形成的最主要型態白血球。

此外，本研究亦分析了內皮細胞與平滑肌細胞內與發炎反應有關的基因及蛋白質表現，發現有3個粘黏因子(Adhesion Molecules: ICAM-1, VCAM-1, and E-selectin)和7個驅動因子(Chemokines: MCP-1, IL-8, RANTES, GRO-a, IP-10, I-TAC, SDF-1)在不同型態白血球遷移機制中扮演不同的調解功能。

本研究是國內外第一篇探討三種不同型態白血球在擾流中與內皮細胞及平滑肌細胞交互作用時的遷移機制。研究結果近期已發表於國際知名的“血液學BLOOD”期刊。
《文/圖：裘正健；圖一：擾流、內皮細胞與平滑肌細胞共培養系統體外模型；圖二：利用所純化的嗜中性球、淋巴球及單核球注入內皮細胞/平滑肌細胞共培養流體腔中，追蹤記錄20分鐘內白血球在不同擾流區域中內皮細胞層下移動之軌跡》