La diversidad de las células endoteliales: un reto para la angiogénesis terapéutica
¿Cuáles son los mecanismos por los que las células endoteliales se diversifican y cuándo ocurre esto? Está la célula endotelial programada, o hay elementos ambientales que regulan la diversificación y la posterior especificidad? Los factores ambientales afectan claramente a la organogénesis, y la interacción entre las células endoteliales y los pericitos, las células estromales y la matriz extracelular que las rodean es esencial para su funcionamiento coordinado. Este hecho se pone de manifiesto en el hallazgo de que puede inducirse un fenotipo como el de la barrera hematoencefálica en células endoteliales de origen no cerebral mediante el cocultivo con astrocitos. Esta transformación, denominada «barriergénesis», se caracteriza por la formación de uniones estrechas entre las células endoteliales, desencadenada por la expresión de varias moléculas, como el sustrato de la cinasa C suprimida por Src (SSeCKS), el factor de crecimiento derivado de las plaquetas PDGF-BB, el factor angiogénico y de antipermeabilidad angiopoieitina-1, su receptor Tie2 y la molécula de adhesión celular N-cadherina, por parte de las células gliales circundantes . En la retina, se establece una «plantilla» de astrocitos antes de la vascularización, y la interacción entre las moléculas R-cadherina de los astrocitos y las integrinas y/o N-cadherinas de las células endoteliales o las células progenitoras endoteliales circulantes (CEPs) median el crecimiento y la migración del endotelio vascular.
Aunque las señales ambientales parecen ser críticas para la especialización de las células endoteliales, la programación genética es igualmente importante. En general, se creía que las arterias y las venas se desarrollaban de forma diferente en respuesta a las diferencias en las fuerzas hemodinámicas. Sin embargo, estudios recientes han revelado que la distinción entre arteria y vena se determina durante el desarrollo embrionario, incluso antes de que la sangre circule, y que la señalización Notch es uno de los pasos cruciales para determinar el fenotipo de la célula endotelial. Durante el desarrollo vascular, los defectos en la señalización a través de la vía Notch -que comprende ligandos como Jagged-1, Jagged-2 y Delta-like-4 y receptores como Notch-1, Notch-2 y Notch-4- interrumpen la diferenciación normal en arterias o venas, lo que da lugar a la pérdida de marcadores específicos de las arterias, como la efrina-B2, y a la expresión ectópica en la aorta de marcadores venosos, como flt4. Por el contrario, la sobreactivación de Notch suprime la diferenciación de los vasos hacia las venas. Chi et al. demostraron que Hey2, un factor de transcripción inducido por la señalización Notch, confiere a las células endoteliales derivadas de las venas características de expresión de genes arteriales, regulando al alza genes específicos de las arterias, como ADHA1, EVA1 y queratina-7, y suprimiendo genes específicos de las venas, como GDF, lefty-1 y lefty-2. Fishman y sus colegas establecieron en el pez cebra que la expresión del homólogo de Hey2, gridlock, es necesaria para la asignación temprana de la identidad endotelial arterial, y que los defectos en esta vía pueden estar relacionados con las anomalías morfogénicas de la aorta. Estos hallazgos parecen refutar la hipótesis de que las señales fisiológicas son responsables de la diferenciación de las arterias y las venas. Sin embargo, varios estudios sugieren que incluso después de que las células endoteliales alcancen un fenotipo arterial o venoso específico en las últimas fases del desarrollo embrionario, puede producirse una transdiferenciación, y este proceso está regulado en parte por la pared del vaso. Así pues, un complejo programa genético para regular la diferenciación de las células endoteliales en arterias y venas puede ser modulado por factores extrínsecos, lo que confiere plasticidad al ensamblaje y remodelación de la red vascular en la salud y la enfermedad.
Este tipo de interacción entre un programa genético y los factores ambientales también puede ser válido para otros tipos de diferenciación endotelial, no sólo la elección entre arterias y venas. Las células que recubren el endocardio y los vasos coronarios derivan de células progenitoras que migran desde lugares embrionarios distintos (revisado en ). Los estudios de mapeo de destinos indican que la diversificación de estas células clonales tiene lugar antes de su migración al corazón en desarrollo. Aunque esto sugiere que el destino de una célula endotelial de la arteria coronaria está predeterminado, las oportunidades para que la célula migrante interactúe con otras células y factores son considerables y, por tanto, es probable que la diversificación sea un proceso dinámico, modificado por factores intrínsecos y extrínsecos.
Los estudios sobre el desarrollo pulmonar han demostrado que cuando los rudimentos pulmonares aislados sin vasos sanguíneos se implantan por vía subcutánea o debajo de las cápsulas renales, forman pulmones con una vasculatura que -notablemente- se desarrolla tanto por vasculogénesis como por angiogénesis, con la característica red vascular y alveolar . Estos hallazgos apoyan el concepto de que existen programas genéticos para el desarrollo de las vasculaturas altamente específicas, pero que éstos son modulados por factores extrínsecos proporcionados por las células circundantes, la matriz extracelular y los factores de crecimiento y citoquinas secretados, proporcionando así tanto plasticidad como diversidad.
La plasticidad fenotípica y la diversidad de las células endoteliales no sólo se manifiestan durante el desarrollo embrionario, sino que también son fundamentales para la función normal de varios órganos. Esto es sorprendentemente evidente en el cuerpo lúteo, un órgano que se forma a partir de un folículo del óvulo tras la liberación de éste. Los subtipos morfológicos de células endoteliales microvasculares del cuerpo lúteo se han definido según su forma (epitelioide, fusiforme, redonda o poligonal), la presencia de vacuolas citoplasmáticas y el patrón de filamentos de actina y vimentina. Las distintas poblaciones de estas células son más o menos prominentes en varias etapas del ciclo mensual de formación y regresión del cuerpo lúteo. La formación del cuerpo lúteo incluye un estallido transitorio de angiogénesis, con crecimiento y proliferación de células endoteliales que expresan altos niveles de citoqueratinas, N-cadherina y E-cadherina, y el establecimiento de una red vascular continua de unión estrecha; este proceso está modulado por la gonadotropina coriónica humana, péptidos vasoactivos y citoquinas. Con la posterior regresión del cuerpo lúteo, la red se disuelve, ya que el endotelio se transdiferencia, dando lugar a uniones intercelulares interrumpidas y discontinuas. La permeabilidad aumenta, las células endoteliales se apoptan, los capilares retroceden y/o se ocluyen, y el cuerpo lúteo degenera, para prepararse para el siguiente ciclo. Esta extraordinaria plasticidad y diversidad de las células endoteliales no sólo es crucial para el ciclo lúteo normal, sino que las células endoteliales del cuerpo lúteo del embarazo también presentan propiedades únicas de unión a la lectina, distintas de las observadas en el estado no embarazado.
La circulación linfática se compone de una red de capilares discontinuos de paredes finas que transportan fluidos, macromoléculas y células inmunitarias. Todavía no se ha evaluado el grado de diversidad de las células endoteliales linfáticas, pero cualquier conocimiento al respecto puede ser importante para nuestra comprensión de la vigilancia inmunitaria y de cómo las células tumorales hacen metástasis a través de los vasos linfáticos . Aunque se desconocen en gran medida los factores extrínsecos e intrínsecos que regulan la formación de los vasos linfáticos y la especificación de los órganos y tejidos linfáticos, parece que la expresión del factor de transcripción Prox1 señala un cambio en el compromiso de un fenotipo endotelial venoso a uno linfático . Los estudios de perfiles de transcripción de células aisladas han identificado varios marcadores que están notablemente regulados en las células endoteliales linfáticas en comparación con las células endoteliales sanguíneas, incluyendo Prox1, LYVE-1 (un marcador de función desconocida), las quimiocinas CCL21 y RANTES, el factor-1 derivado de las células estromales y el regulador de la angiogénesis angiopoyetina-2.