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内皮祖细胞（endothelial progenitor cells, EPCs）分化在血管内膜损伤修复和血管稳态维持过程中均具有重要作用。血流产生的切应力（shear stress）是调控EPC分化的关键因素之一，但其相关的力学生物学（mechanobiology）机制尚需进一步阐明。本文应用平行平板流动腔系统对人脐血来源的EPCs施加15dyn/cm2生理水平的层流切应力，作用时间24h，首先证明了切应力促进EPCs向成熟的内皮细胞（endothelial cells, ECs）分化，且抑制其向平滑肌细胞（smooth muscular cells, SMCs）分化。为了进一步探讨切应力条件下EPC分化的相关力学生物学机制，我们开展了以下2部分研究：在第一部分，首先研究了SIRT1在切应力调控EPC分化中的作用机制。结果显示，切应力明显地诱导了EPCs的Akt磷酸化活性、SIRT1表达升高、组蛋白H3在赖氨酸9位点的乙酰化（ac-H3K9）降低，且三者依次在6、12和24h达到峰值。转染SIRT1特异性siRNA下调了EPCs的EC标志分子KDR、VE-cadherin、vWF和CD31的表达，促进SMC标志分子α-SMA和sm22α的表达，同时增强了组蛋白H3的乙酰化水平；而SIRT1激活剂白藜芦醇（resveratrol）对EPC分化标志表达和组蛋白H3乙酰化作用的结果与之相反。用PI3K的抑制剂wortmannin孵育EPCs，抑制其EC标志分子，却促进了其SMC标志分子的表达，并下调了SIRT1表达，增强了组蛋白H3的乙酰化。此外，体外基质胶微管形成（tube formation）实验表明，SIRT1促进EPCs微管状结构的形成与连接。上述结果提示，PI3K/Akt-SIRT1-ac-H3K9信号通路可能参与了切应力诱导的EPCs向ECs的分化。在第二部分，我们探讨了microRNA-34a（miR-34a）在切应力调控EPC分化中的可能分子机制。结果显示，切应力时间依赖地诱导EPCs的miR-34a表达，并在12h达到峰值；应用3种靶基因预测数据库预测提示，FOXJ2可能作为miR-34a的潜在靶基因参与细胞功能调控。双荧光报告基因实验证明，FOXJ2是miR-34a的直接靶基因。然后，分别应用miR-34a mimics和inhibitor刺激EPCs，进一步验证了miR-34a对FOXJ2的负向调节；并且切应力对FOXJ2的表达具有抑制作用。miR-34a正向调控EPCs的EC标志分子KDR、VE-cadherin、vWF和CD31的表达而负向调控SMC标志分子α-SMA、sm22α、calponin和smmhc的表达。之后，进一步过表达或干扰FOXJ2，结果显示，FOXJ2对EPC分化的作用与miR-34a的作用相反。此外，干扰FOXJ2促进了EPCs在体外基质胶的微管形成。上述结果提示，miR-34a可能通过负向调控其靶基因FOXJ2，参与了切应力诱导的EPCs向ECs分化。综上所述，生理水平的层流切应力促进了EPCs向ECs分化而抑制其向SMCs分化；PI3K/Akt-SIRT1-ac-H3K9和miR-34a-FOXJ2可能是其中重要的信号通路。这些研究结果对阐明EPCs响应力学刺激的信号转导机制有重要意义，也为血管损伤修复和缺血性疾病的治疗提供了新的力学生物学思路。