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由内皮细胞形成的血管内皮功能生物界面是生命体两种不同成分之间一个重要的物理屏障，它处于血管组织与血液之间，在很多病生理过程中起重要作用，例如动脉粥样硬化、血栓、炎症反应和免疫反应。运用活体成像技术表征血管内皮功能生物界面行为及了解血管内皮细胞特异性分子对血管内皮细胞间连接的影响，对这些机制的了解可能促进新治疗方案的设计，旨在促进或抑制炎症反应干预病生理状态。本论文主要内容如下: 血管内皮功能生物界面是与血流相互作用的界面，采用原子力显微镜轻敲模式对大鼠腹主动脉内膜表面超微结构进行在位成像，来了解由微脊构成的血管内膜纳米级粗糙度对两种血管药物刺激的响应。我们发现这种亚微米结构对血流和血管的波动很灵敏。我们在聚二甲基硅氧烷(PDMS)界面上构建不同高度微脊模拟血管内膜的不同粗糙度，尽可能使界面的形貌与血管内膜界面相似。并在PDMS模拟的界面上进行了一系列液滴碰撞实验。结果显示微脊幅度的增大能促进液滴的铺展和能量的耗散。这可能是一种血管保护机制，通过血管内皮界面结构变化调节血流速度变化引起的影响。 2.我们运用自组建的高速原子力显微镜(HS-AFM)尝试在细胞等生物样本中应用。我们运用接触模式对体外培养的大鼠脑微血管内皮细胞进行成像，速度为1-50Hz。发现低速扫描时图像呈现更多细胞骨架的结构;高速图像呈现更多细胞膜表面的结构。我们认为不同扫描速度呈现细胞的不同信息，是因为细胞膜与细胞骨架之间的不同应力分布及活体结构粘弹性影响他们对高加载速度的响应。由此我们探讨原子力显微镜针尖/细胞作用力学模型，用动量守恒来描述针尖和细胞的接触过程，考虑详细的实验参数如针尖与样本接触时间，针尖的加载速度和生物样本自身的渗透压，来描述活体样本的刚性抵抗和弹性变形。HS-AFM提供一种不同加载速率力的工具和手段，研究单内皮细胞界面的力学行为。 3.内皮细胞层是血管内膜的一个重要组成，在血液和组织之间的物质和液体交换中起重要的调节作用。我们运用基因小鼠了解内皮细胞表达的特异性分子对血管内皮细胞界面的通透性的调节作用。VE-cadherin是内皮细胞特异性粘附蛋白，VE-cadherin一些特殊位点的磷酸化状态影响内皮细胞之间粘附连接的稳定和血管内皮界面的通透性，但具体起作用的磷酸化位点还不清楚。我们运用活体显微镜研究小鼠VE-cadhrein S665和Y658两个磷酸化位点突变对白细胞穿越血管的影响。发现，VE-cadherin的S665丝氨酸残基和Y658酪氨酸残基的突变去磷酸化能减少穿越血管的白细胞高达51％，而对白细胞的粘附和滚动没有影响。VE-cadherinY658F基因突变小鼠注射PECAM-1抗体后能减少80％穿越血管的白细胞。说明VE-cadherin和PEC AM-1是调节内皮细胞间连接的两个重要分子。VE-cadherin S665和Y658磷酸化位点对调整血管内皮界面通透性具有调节作用。 4.血管内皮细胞蛋白酪氨酸磷酸酶(VE-PTP)是一种内皮细胞特异性受体型酪氨酸磷酸酶。我们使用VE-PTP抑制剂干扰VE-PTP与Tie-2的结合，通过IL-1β和KC两种刺激方式诱导白细胞迁移。结果显示抑制VE-PTP与Tie-2相互作用对调节白细胞迁移没有影响。我们运用VE-PTP基因敲除小鼠，用他莫西芬阴囊注射处理72h后用IL-1β刺激白细胞迁移。结果显示VE-PTP基因敲除对白细胞迁移无影响。对白细胞迁移的调控是通过调节血管内皮细胞间粘附连接来实现，也许VE-PTP不参与调节内皮细胞间的粘附连接。 5.钠/氢交换调控因子-2（NHERF-2）存在与所有的内皮细胞，但它在内皮细胞中的功能仍然不太清楚。我们运用基因敲除小鼠来研究NHERF-2对白细胞迁移的影响。通过IL-1β和TNF-α两种刺激因子诱导白细胞迁移。结果显示NHERF-2基因敲除后能减少穿越白细胞的数量高达58％。而NHERF-2在IL-1β诱导的白细胞迁移中能减少白细胞的滚动为48％。说明NHERF-2在调节血管内皮界面的通透性中具有重要作用。