Az endotélsejtek diverzitása: a terápiás angiogenezis kihívása

Milyen mechanizmusok révén diverzifikálódnak az endotélsejtek, és mikor történik ez? Programozott-e az endotélsejt, vagy vannak környezeti elemek, amelyek szabályozzák a diverzifikációt és az azt követő specificitást? A környezeti tényezők egyértelműen befolyásolják az organogenezist, és az endotélsejtek és az őket körülvevő periciták, strómaszövetek és extracelluláris mátrix közötti keresztbeszélgetés elengedhetetlen az összehangolt működésükhöz. Ezt a tényt hangsúlyozza az a megállapítás, hogy a vér-agy gát fenotípusához hasonló fenotípus indukálható a nem agyi eredetű endotélsejtekben, ha asztrocitákkal együtt tenyésztjük őket. Ezt a “barriergenezisnek” nevezett átalakulást az endotélsejtek közötti szoros kötések kialakulása jellemzi, amelyet több molekula, köztük a Src-szuppresszált C-kináz szubsztrát (SSeCKS), a vérlemezkéből származó PDGF-BB növekedési faktor, az angiogén és antipermeabilitási faktor angiopoieitin-1, annak receptora Tie2 és az N-kadherin sejtadhéziós molekula expressziója vált ki a környező gliasejtekből. A retinában a vaszkularizáció előtt egy asztrocita “sablon” jön létre, és az asztrocitákon lévő R-kadherin molekulák és az endotélsejteken vagy a keringő endotél-elődsejteken (CEP-k) lévő integrinek és/vagy N-kadherinek közötti kölcsönhatás közvetíti az érendotél növekedését és migrációját .

Az endotélsejtek specializációjában a környezeti hatások ugyan döntő fontosságúnak tűnnek, de a genetikai programozás ugyanilyen fontos. Régebben általánosan úgy vélték, hogy az artériák és a vénák a hemodinamikai erők különbségeire reagálva különbözőképpen fejlődnek. A legújabb vizsgálatok azonban kimutatták, hogy az artéria és a véna közötti különbségtétel már az embrionális fejlődés során, még a vér keringése előtt meghatározásra kerül, és hogy a Notch jelátvitel az egyik döntő lépés az endotélsejt fenotípusának meghatározásában. Az érrendszer fejlődése során a Notch-útvonal – amely olyan ligandumokat tartalmaz, mint a Jagged-1, Jagged-2 és Delta-like-4, valamint olyan receptorokat, mint a Notch-1, Notch-2 és Notch-4 – jelátvitelének hibái megzavarják az artériává vagy vénává történő normális differenciálódást, ami az artéria-specifikus markerek, például az ephrin-B2 elvesztéséhez és az aortában a vénás markerek, például az flt4 ektopikus expressziójához vezet. Ezzel szemben a Notch túlműködése elnyomja az erek vénákká történő differenciálódását. Chi és munkatársai kimutatták, hogy a Notch jelátvitel által indukált Hey2 transzkripciós faktor az artériás endotélsejtek génexpressziójának jellemzőit kölcsönzi a vénából származó endotélsejteknek, felszabályozva az artériaspecifikus géneket, köztük az ADHA1, EVA1 és keratin-7 géneket, miközben elnyomja a vénaspecifikus géneket, például a GDF, lefty-1 és lefty-2 géneket. Fishman és munkatársai zebrafishben megállapították, hogy a Hey2 homológjának, a gridlocknak az expressziója szükséges az artériás endotél identitás korai kijelöléséhez, és ennek az útvonalnak a hibái az aorta morfogenetikai rendellenességeihez kapcsolódhatnak. Ezek az eredmények cáfolni látszanak azt a hipotézist, hogy a fiziológiai jelzések felelősek az artéria és a véna differenciálódásáért. Számos tanulmány azonban arra utal, hogy még azután is, hogy az endotélsejtek az embrionális fejlődés késői szakaszában elérik a specifikus artériás vagy vénás fenotípust, transzdifferenciálódás következhet be, és ezt a folyamatot részben az érfal szabályozza. Így az endotélsejtek artériává és vénává történő differenciálódását szabályozó komplex genetikai programot extrinsic tényezők módosíthatják, plaszticitást kölcsönözve az érhálózat felépítésének és átalakításának egészség és betegség esetén.

A genetikai program és a környezeti tényezők közötti ilyen típusú kölcsönhatás az endotél differenciálódásának más fajtáira is érvényes lehet, nem csak az artériák és vénák közötti választásra. Az endokardiumot és a koszorúereket bélelő sejtek különböző embrionális helyekről vándorló progenitorsejtekből származnak (áttekintve: ). A sors-térképezési vizsgálatok azt mutatják, hogy e klonális sejtek diverzifikációja már a fejlődő szívbe való vándorlásuk előtt lezajlik. Bár ez azt sugallja, hogy a koszorúér-artéria endotélsejtek sorsa előre meghatározott, a vándorló sejtek számára jelentősek a lehetőségek más sejtekkel és tényezőkkel való kölcsönhatásra, és így a diverzifikáció valószínűleg dinamikus folyamat, amelyet intrinsic és extrinsic tényezők módosítanak.

A tüdő fejlődésével kapcsolatos tanulmányok kimutatták, hogy amikor izolált, erek nélküli tüdőrudimentumokat bőr alá vagy vesekapszula alá ültetnek, olyan tüdőt képeznek, amelynek érhálózata – figyelemre méltó módon – mind vaszkulogenezissel, mind angiogenezissel fejlődik, a jellegzetes ér- és alveoláris hálózattal . Ezek az eredmények alátámasztják azt az elképzelést, hogy az igen specifikus érrendszerek kialakulásának genetikai programjai vannak, de ezeket a környező sejtek, az extracelluláris mátrix, valamint a szekretált növekedési faktorok és citokinek által biztosított extrinsic faktorok modulálják, ezáltal plaszticitást és diverzitást biztosítva.

Az endotélsejtek fenotípusos plaszticitása és diverzitása nem csak az embrionális fejlődés során nyilvánul meg, hanem számos szerv normális működésében is központi szerepet játszik. Ez markánsan megmutatkozik a sárgatestben, amely a petesejt felszabadulása után a petesejt-tüszőből képződik. A sárgatestben található mikrovaszkuláris endotélsejtek morfológiai altípusait alakjuk (epithelioid, orsó alakú, kerek vagy poligonális), a citoplazmatikus vakuolumok jelenléte, valamint az aktin- és vimentin-filamentumok mintázata alapján határozták meg. E sejtek elkülönülő populációi a sárgatest kialakulásának és visszafejlődésének havi ciklusának különböző szakaszaiban többé-kevésbé szembetűnőek. A sárgatest kialakulása magában foglalja az angiogenezis átmeneti kitörését, a citokeratinokat, N-kadherint és E-kadherint magas szinten expresszáló endotélsejtek növekedésével és proliferációjával, valamint egy folyamatos, szoros kötésű érhálózat kialakulásával; ezt a folyamatot a humán koriongonadotropin, a vazoaktív peptidek és a citokinek modulálják. A sárgatest későbbi visszafejlődésével a hálózat felbomlik, mivel az endothelium transzdifferenciálódik, és megszakadt, diszkontinuus intercelluláris kapcsolatok jönnek létre. A permeabilitás megnő, az endothelsejtek apoptózissá válnak, a kapillárisok visszafejlődnek és/vagy elzáródnak, és a sárgatest degenerálódik, hogy felkészüljön a következő ciklusra. Ez a rendkívüli endotélsejt-plaszticitás és -diverzitás nemcsak a normál luteális ciklus szempontjából döntő fontosságú, hanem a terhességi sárgatest endotélsejtjei egyedi lektinkötő tulajdonságokkal is rendelkeznek, amelyek eltérnek a nem terhes állapotban tapasztaltaktól.

A nyirokkeringés vékonyfalú, diszkontinuus kapillárisok hálózatából áll, amelyek folyadékot, makromolekulákat és immunsejteket szállítanak. A nyirokendotélsejtek diverzitásának mértékét még nem értékelték, de ennek bármilyen ismerete fontos lehet az immunfelügyelet megértéséhez és ahhoz, hogy a tumorsejtek hogyan metasztatizálnak a nyirokereken keresztül. Bár a nyirokerek kialakulását és a nyirokszervek és -szövetek specifikációját szabályozó extrinsic és intrinsic tényezők nagyrészt ismeretlenek, úgy tűnik, hogy a Prox1 transzkripciós faktor expressziója jelzi a vénás endotél fenotípusról a nyirokfenotípusra való átállást . Az izolált sejteken végzett transzkripciós profilalkotó vizsgálatok számos olyan markert azonosítottak, amelyek a nyirokendotélsejtekben a vér endotélsejtjeihez képest jelentősen felszabályozottak, köztük a Prox1, a LYVE-1 (ismeretlen funkciójú marker), a CCL21 és a RANTES kemokinek, a stromális sejtekből származó faktor-1 és az angiogenezist szabályozó angiopoietin-2.