La diversità delle cellule endoteliali: una sfida per l’angiogenesi terapeutica

Quali sono i meccanismi con cui le cellule endoteliali si diversificano, e quando ciò avviene? La cellula endoteliale è programmata o ci sono elementi ambientali che regolano la diversificazione e la successiva specificità? I fattori ambientali influenzano chiaramente l’organogenesi, e il cross-talk tra le cellule endoteliali e i periciti, le cellule stromali e la matrice extracellulare che le circondano sono essenziali per la loro funzione coordinata. Questo fatto è evidenziato dalla scoperta che un fenotipo simile a quello della barriera emato-encefalica può essere indotto in cellule endoteliali di origine non cerebrale co-culturandole con astrociti. Questa trasformazione, denominata “barriergenesi”, è caratterizzata dalla formazione di giunzioni strette tra le cellule endoteliali, innescata dall’espressione di diverse molecole, tra cui il substrato della chinasi C soppressa da Src (SSeCKS), il fattore di crescita derivato dalle piastrine PDGF-BB, il fattore angiogenico e antipermeabilità angiopoieitin-1, il suo recettore Tie2, e la molecola di adesione cellulare N-caderina, da parte delle cellule gliali circostanti. Nella retina, un “modello” di astrociti viene deposto prima della vascolarizzazione, e l’interazione tra le molecole R-caderina sugli astrociti e le integrine e/o le N-caderine sulle cellule endoteliali o sulle cellule progenitrici endoteliali circolanti (CEP) media la crescita e la migrazione dell’endotelio vascolare. Una volta si credeva generalmente che le arterie e le vene si sviluppassero in modo diverso in risposta alle differenze nelle forze emodinamiche. Studi recenti hanno rivelato, tuttavia, che la distinzione tra arteria e vena è determinata durante lo sviluppo embrionale, anche prima che il sangue circoli, e che la segnalazione di Notch è uno dei passi cruciali nel determinare il fenotipo della cellula endoteliale. Durante lo sviluppo vascolare, i difetti nella segnalazione attraverso la via di Notch – che comprende ligandi come Jagged-1, Jagged-2, e Delta-like-4 e recettori come Notch-1, Notch-2, e Notch-4 – interrompono la normale differenziazione in arterie o vene, con conseguente perdita di marcatori arterio-specifici come ephrin-B2 e l’espressione ectopica nell’aorta di marcatori venosi come flt4 . Al contrario, l’iperattivazione di Notch sopprime la differenziazione dei vasi in vene. Chi et al. hanno dimostrato che Hey2, un fattore di trascrizione che è indotto dalla segnalazione Notch, conferisce caratteristiche di espressione genica delle cellule endoteliali arteriose sulle cellule endoteliali derivate dalla vena, upregolando i geni specifici delle arterie, tra cui ADHA1, EVA1, e cheratina-7, mentre sopprime i geni specifici delle vene, come GDF, lefty-1 e lefty-2. Fishman e colleghi hanno stabilito in zebrafish che l’espressione dell’omologo di Hey2, gridlock, è richiesto per l’assegnazione precoce di identità endoteliale arteriosa, e difetti in questo percorso può essere collegato a anomalie morfogeniche dell’aorta. Questi risultati sembrano confutare l’ipotesi che gli spunti fisiologici siano responsabili della differenziazione di arterie e vene. Diversi studi suggeriscono, tuttavia, che anche dopo che le cellule endoteliali raggiungono uno specifico fenotipo arterioso o venoso in ritardo nello sviluppo embrionale, la transdifferenziazione può avvenire, e questo processo è regolato in parte dalla parete del vaso. Così, un complesso programma genetico per regolare la differenziazione delle cellule endoteliali in arterie e vene può essere modulato da fattori estrinseci, prestando plasticità all’assemblaggio e al rimodellamento della rete vascolare in salute e malattia.

Questo tipo di interazione tra un programma genetico e fattori ambientali può anche tenere per altri tipi di differenziazione endoteliale, non solo la scelta tra arterie e vene. Le cellule che rivestono l’endocardio e i vasi coronari derivano da cellule progenitrici che migrano da siti embrionali distinti (rivisto in ). Gli studi di mappatura del destino indicano che la diversificazione di queste cellule clonali avviene prima della loro migrazione verso il cuore in via di sviluppo. Anche se questo suggerisce che il destino di una cellula endoteliale coronarica è predeterminato, le opportunità per la cellula migrante di interagire con altre cellule e fattori sono notevoli, e quindi la diversificazione è probabilmente un processo dinamico, modificato da fattori intrinseci ed estrinseci.

Gli studi sullo sviluppo dei polmoni hanno dimostrato che quando rudimenti polmonari isolati senza vasi sanguigni sono impiantati per via sottocutanea o sotto capsule renali, formano polmoni con una vascolarizzazione che – notevolmente – si sviluppa sia per vasculogenesi che per angiogenesi, con la caratteristica rete vascolare e alveolare. Questi risultati supportano il concetto che ci sono programmi genetici per lo sviluppo delle vasculature altamente specifiche, ma che questi sono modulati da fattori estrinseci forniti dalle cellule circostanti, la matrice extracellulare, e fattori di crescita secreti e citochine, fornendo così sia plasticità che diversità.

La plasticità fenotipica e la diversità delle cellule endoteliali non è solo manifesta durante lo sviluppo embrionale, ma è anche centrale per la normale funzione di diversi organi. Questo è sorprendentemente evidente nel corpo luteo, un corpo che si forma da un follicolo ovarico dopo il rilascio dell’uovo. I sottotipi morfologici delle cellule endoteliali microvascolari nel corpo luteo sono stati definiti in base alla loro forma (epitelioide, fusiforme, rotonda o poligonale), la presenza di vacuoli citoplasmatici e il modello dei filamenti di actina e vimentina. Popolazioni distinte di queste cellule sono più o meno prominenti in varie fasi del ciclo mensile di formazione e regressione del corpo luteo. La formazione del corpo luteo comprende uno scoppio transitorio di angiogenesi, con la crescita e la proliferazione delle cellule endoteliali che esprimono alti livelli di citocheratine, N-caderina ed E-caderina, e l’istituzione di una rete vascolare continua, a giunzione stretta; questo processo è modulato da gonadotropina corionica umana, peptidi vasoattivi e citochine. Con la successiva regressione del corpo luteo, la rete si dissolve, poiché l’endotelio si trasforma, producendo giunzioni intercellulari interrotte e discontinue. La permeabilità aumenta, le cellule endoteliali si apoptosi, i capillari regrediscono e/o si occludono, e il corpo luteo degenera, per prepararsi al ciclo successivo. Non solo questa straordinaria plasticità e diversità delle cellule endoteliali è cruciale per il normale ciclo luteale, ma le cellule endoteliali del corpo luteo della gravidanza mostrano anche proprietà uniche di legame con la lectina, distinte da quelle viste nello stato non gravidico.

La circolazione linfatica è composta da una rete di capillari discontinui a parete sottile che trasportano fluidi, macromolecole e cellule immunitarie. Il grado di diversità delle cellule endoteliali linfatiche deve ancora essere valutato, ma qualsiasi conoscenza di questo può essere importante per la nostra comprensione della sorveglianza immunitaria e di come le cellule tumorali metastatizzano attraverso i vasi linfatici. Sebbene i fattori estrinseci e intrinseci che regolano la formazione dei vasi linfatici e la specificazione degli organi e dei tessuti linfatici siano in gran parte sconosciuti, sembra che l’espressione del fattore di trascrizione Prox1 segnali un passaggio di impegno da un fenotipo endoteliale venoso a uno linfatico. Studi di profilazione della trascrizione di cellule isolate hanno identificato diversi marcatori che sono notevolmente upregolati nelle cellule endoteliali linfatiche rispetto alle cellule endoteliali del sangue, tra cui Prox1, LYVE-1 (un marcatore di funzione sconosciuta), le chemochine CCL21 e RANTES, il fattore 1 derivato dalle cellule stromali e il regolatore dell’angiogenesi angiopoietina-2.