Diverzita endoteliálních buněk: výzva pro terapeutickou angiogenezi

Jakými mechanismy dochází k diverzifikaci endoteliálních buněk a kdy k ní dochází? Je endoteliální buňka naprogramována, nebo existují prvky prostředí, které regulují diverzifikaci a následnou specifičnost? Faktory prostředí jednoznačně ovlivňují organogenezi a vzájemná komunikace mezi endotelovými buňkami a pericyty, stromálními buňkami a extracelulární matrix, které je obklopují, je nezbytná pro jejich koordinovanou funkci. Tuto skutečnost podtrhuje zjištění, že u endotelových buněk nemozkového původu lze společnou kultivací s astrocyty navodit fenotyp podobný hematoencefalické bariéře. Tato přeměna, označovaná jako „bariérogeneze“, je charakterizována tvorbou těsných spojů mezi endotelovými buňkami, vyvolanou expresí několika molekul, včetně Src-suprimovaného substrátu C-kinázy (SSeCKS), růstového faktoru PDGF-BB odvozeného od destiček, angiogenního a antipermeabilního faktoru angiopoieitinu-1, jeho receptoru Tie2 a molekuly buněčné adheze N-kadherinu, okolními gliovými buňkami . V sítnici se před vaskularizací vytvoří „šablona“ astrocytů a interakce mezi molekulami R-kadherinu na astrocytech a integriny a/nebo N-kadheriny na endoteliálních buňkách nebo cirkulujících endoteliálních progenitorových buňkách (CEP) zprostředkovává růst a migraci cévního endotelu .

Ačkoli se zdá, že pro specializaci endoteliálních buněk jsou rozhodující environmentální podněty, stejně důležité je genetické programování. Dříve se obecně věřilo, že se tepny a žíly vyvíjejí odlišně v reakci na rozdíly v hemodynamických silách. Nedávné studie však odhalily, že rozdíl mezi tepnou a žilou je určen během embryonálního vývoje, ještě předtím, než krev začne cirkulovat, a že signalizace Notch je jedním z klíčových kroků při určování fenotypu endoteliální buňky. Během vývoje cév defekty v signalizaci prostřednictvím dráhy Notch, která zahrnuje ligandy jako Jagged-1, Jagged-2 a Delta-like-4 a receptory jako Notch-1, Notch-2 a Notch-4, narušují normální diferenciaci na tepny nebo žíly, což vede ke ztrátě markerů specifických pro tepny, jako je efrin-B2, a k ektopické expresi žilních markerů v aortě, jako je flt4 . Naopak nadměrná aktivace Notch potlačuje diferenciaci cév na žíly. Chi et al. ukázali, že Hey2, transkripční faktor, který je indukován signalizací Notch, propůjčuje endotelovým buňkám odvozeným od žil znaky exprese genů arteriálního endotelu, přičemž upreguluje geny specifické pro arterie, včetně ADHA1, EVA1 a keratinu-7, zatímco potlačuje geny specifické pro žíly, jako jsou GDF, lefty-1 a lefty-2. Fishman a jeho kolegové zjistili u zebřiček, že exprese homologu Hey2, gridlock, je nutná pro časné přiřazení identity arteriálního endotelu a defekty v této dráze mohou souviset s morfogenními abnormalitami aorty. Tato zjištění zřejmě vyvracejí hypotézu, že za diferenciaci tepen a žil jsou odpovědné fyziologické podněty. Několik studií však naznačuje, že i poté, co endotelové buňky dosáhnou specifického arteriálního nebo venózního fenotypu v pozdní fázi embryonálního vývoje, může dojít k transdiferenciaci a tento proces je částečně regulován cévní stěnou . Komplexní genetický program pro regulaci diferenciace endoteliálních buněk na tepny a žíly tak může být modulován vnějšími faktory, což propůjčuje plasticitu sestavení a remodelaci cévní sítě ve zdraví i v nemoci.

Tento typ interakce mezi genetickým programem a faktory prostředí může platit i pro jiné druhy endoteliální diferenciace, nejen pro volbu mezi tepnami a žílami. Buňky vystýlající endokard a koronární cévy jsou odvozeny z progenitorových buněk migrujících z odlišných embryonálních míst (přehled v ). Studie mapování osudu naznačují, že diverzifikace těchto klonálních buněk probíhá před jejich migrací do vyvíjejícího se srdce. Ačkoli to naznačuje, že osud endoteliální buňky koronární tepny je předem určen, možnosti interakce migrující buňky s jinými buňkami a faktory jsou značné, a proto je diverzifikace pravděpodobně dynamický proces, modifikovaný vnitřními a vnějšími faktory.

Studie vývoje plic ukázaly, že když jsou izolované plicní rudimenty bez cév implantovány podkožně nebo pod ledvinová pouzdra, vytvoří plíce s vaskulaturou, která se – pozoruhodně – vyvíjí jak vaskulogenezí, tak angiogenezí, s charakteristickou cévní a alveolární sítí . Tato zjištění podporují představu, že existují genetické programy pro vývoj vysoce specifických cév, které jsou však modulovány vnějšími faktory poskytovanými okolními buňkami, extracelulární matrix a vylučovanými růstovými faktory a cytokiny, čímž je zajištěna jak plasticita, tak rozmanitost.

Fenotypová plasticita a rozmanitost endoteliálních buněk se neprojevuje pouze během embryonálního vývoje, ale je také zásadní pro normální funkci některých orgánů. Nápadně patrné je to u žlutého tělíska, orgánu, který vzniká z vaječného folikulu po uvolnění vajíčka. Morfologické podtypy mikrovaskulárních endoteliálních buněk ve žlutém tělísku byly definovány podle jejich tvaru (epiteloidní, vřetenovité, kulaté nebo polygonální), přítomnosti cytoplazmatických vakuol a vzoru aktinových a vimentinových vláken . Odlišné populace těchto buněk jsou více či méně nápadné v různých fázích měsíčního cyklu tvorby a regrese žlutého tělíska. Formování žlutého tělíska zahrnuje přechodný výbuch angiogeneze s růstem a proliferací endotelových buněk, které exprimují vysoké hladiny cytokeratinů, N-kadherinu a E-kadherinu, a vytvoření souvislé, těsně propojené cévní sítě; tento proces je modulován lidským choriovým gonadotropinem, vazoaktivními peptidy a cytokiny. Při následné regresi žlutého tělíska se síť rozpadá, protože endotel se transdiferencuje a vzniká přerušené, přerušované mezibuněčné spojení. Zvyšuje se propustnost, endotelové buňky apoptují, kapiláry regredují a/nebo se uzavírají a žluté tělísko degeneruje, aby se připravilo na další cyklus. Nejenže je tato mimořádná plasticita a rozmanitost endotelových buněk klíčová pro normální luteální cyklus, ale endotelové buňky žlutého tělíska v těhotenství také vykazují jedinečné vlastnosti vázající lektiny, odlišné od těch, které se vyskytují v netěhotném stavu.

Lymfatický oběh se skládá ze sítě tenkostěnných, přerušovaných kapilár, které přenášejí tekutinu, makromolekuly a imunitní buňky. Rozsah rozmanitosti lymfatických endoteliálních buněk dosud nebyl vyhodnocen, ale veškeré poznatky o něm mohou být důležité pro naše chápání imunitního dohledu a způsobu metastazování nádorových buněk prostřednictvím lymfatických cév . Ačkoli vnější a vnitřní faktory, které regulují tvorbu lymfatických cév a specifikaci lymfatických orgánů a tkání, jsou z velké části neznámé, zdá se, že exprese transkripčního faktoru Prox1 signalizuje přechod od žilního endotelového fenotypu k lymfatickému . Studie transkripčního profilování izolovaných buněk identifikovaly několik markerů, které jsou v lymfatických endoteliálních buňkách ve srovnání s krevními endoteliálními buňkami nápadně regulovány, včetně Prox1, LYVE-1 (marker neznámé funkce), chemokinů CCL21 a RANTES, faktoru odvozeného od stromálních buněk-1 a regulátoru angiogeneze angiopoetinu-2.