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-β1 405
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miRNAs 452
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CXCL8 605
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