The diversity of endothelial cells: a challenge for therapeutic angiogenesis

Jakie są mechanizmy, dzięki którym komórki śródbłonka różnicują się i kiedy to następuje? Czy komórka śródbłonka jest zaprogramowana, czy też istnieją elementy środowiskowe, które regulują różnicowanie i późniejszą specyficzność? Czynniki ¶rodowiskowe w sposób oczywisty wpływaj± na organogenezę, a wzajemne powi±zania pomiędzy komórkami ¶ródbłonka a otaczaj±cymi je pericytami, komórkami zrębu i macierz± pozakomórkow± s± niezbędne dla ich skoordynowanego funkcjonowania. Fakt ten jest podkreślany przez odkrycie, że fenotyp podobny do bariery krew-mózg może być indukowany w komórkach śródbłonka pochodzenia pozamózgowego przez współkulturowanie ich z astrocytami. Przemiana ta, zwana „barierogenez±”, charakteryzuje się tworzeniem ¶cisłych poł±czeń między komórkami ¶ródbłonka, wywołanym przez ekspresję kilku cz±steczek, w tym substratu Src-suppressed C-kinase (SSeCKS), płytkopochodnego czynnika wzrostu PDGF-BB, czynnika angiogennego i antyprzepuszczalno¶ci angiopoetyny-1, jej receptora Tie2 oraz cz±steczki przylegania komórkowego N-kadheryny, przez otaczaj±ce komórki glejowe. W siatkówce, „szablon” astrocytów jest położony przed unaczynieniem, a interakcja między cząsteczkami R-kadheryny na astrocytach i integrynami i / lub N-kadherynami na komórkach śródbłonka lub krążących komórkach progenitorowych śródbłonka (CEPs) pośredniczy we wzroście i migracji śródbłonka naczyniowego .

Ale chociaż wskazówki środowiskowe wydają się być krytyczne dla specjalizacji komórek śródbłonka, programowanie genetyczne jest równie ważne. Kiedyś powszechnie uważano, że tętnice i żyły rozwijały się inaczej w odpowiedzi na różnice w siłach hemodynamicznych. Ostatnie badania wykazały jednak, że rozróżnienie między tętnicą a żyłą jest determinowane podczas rozwoju embrionalnego, nawet zanim krew zacznie krążyć, a sygnalizacja Notch jest jednym z kluczowych kroków w określaniu fenotypu komórki śródbłonka. Podczas rozwoju naczyń, defekty w sygnalizacji przez ścieżkę Notch – która obejmuje ligandy takie jak Jagged-1, Jagged-2 i Delta-like-4 oraz receptory takie jak Notch-1, Notch-2 i Notch-4 – zakłócają normalne różnicowanie w tętnice lub żyły, powodując utratę markerów specyficznych dla tętnic, takich jak ephrin-B2 i ektopową ekspresję w aorcie markerów żylnych, takich jak flt4 . Odwrotnie, nadmierna aktywacja Notch hamuje różnicowanie się naczyń do żył. Chi i wsp. wykazali, że Hey2, czynnik transkrypcyjny, który jest indukowany przez sygnalizację Notch, nadaje cechy ekspresji genów komórek śródbłonka tętniczego komórkom śródbłonka pochodzącym z żył, zwiększając ekspresję genów specyficznych dla tętnic, w tym ADHA1, EVA1 i keratyny-7, podczas gdy tłumi geny specyficzne dla żył, takie jak GDF, lefty-1 i lefty-2. Fishman i współpracownicy ustalili w zebrafish, że ekspresja homologa Hey2, gridlock, jest wymagana do wczesnego przypisania tożsamości śródbłonka tętniczego, a defekty w tej ścieżce mogą być związane z morfogenetycznymi nieprawidłowościami aorty. Te ustalenia wydają się obalać hipotezę, że fizjologiczne wskazówki są odpowiedzialne za różnicowanie tętnic i żył. Kilka badań sugeruje jednak, że nawet po tym, jak komórki śródbłonka osiągną określony fenotyp tętniczy lub żylny w późnym okresie rozwoju embrionalnego, może dojść do transdyferencjacji, a proces ten jest regulowany częściowo przez ścianę naczynia. Tak więc, złożony genetyczny program regulujący różnicowanie się komórek śródbłonka w tętnice i żyły może być modulowany przez czynniki zewnętrzne, nadając plastyczność montażowi i przebudowie sieci naczyniowej w zdrowiu i chorobie.

Ten rodzaj interakcji między programem genetycznym a czynnikami środowiskowymi może również dotyczyć innych rodzajów różnicowania się śródbłonka, nie tylko wyboru między tętnicami i żyłami. Komórki wyściełające wsierdzie i naczynia wieńcowe wywodzą się z komórek progenitorowych migrujących z różnych miejsc embrionalnych (przegląd w ). Badania nad mapowaniem losów wskazują, że różnicowanie się tych klonalnych komórek ma miejsce przed ich migracją do rozwijającego się serca. Chociaż sugeruje to, że los komórki ¶ródbłonka tętnicy wieńcowej jest z góry okre¶lony, możliwo¶ć interakcji migruj±cej komórki z innymi komórkami i czynnikami jest znaczna, a zatem różnicowanie jest prawdopodobnie procesem dynamicznym, modyfikowanym przez czynniki wewnętrzne i zewnętrzne.

Badania rozwoju płuc wykazały, że kiedy izolowane płucne rudymenty bez naczyń krwionośnych są wszczepiane podskórnie lub pod torebki nerek, tworzą płuca z naczyniami, które – co niezwykłe – rozwijają się zarówno przez waskulogenezę, jak i angiogenezę, z charakterystyczną siecią naczyniową i pęcherzykową. Wyniki te wspierają koncepcję, że istnieją programy genetyczne dla rozwoju wysoce specyficznych naczyń, ale są one modulowane przez czynniki zewnętrzne dostarczane przez otaczające komórki, macierz zewnątrzkomórkową i wydzielane czynniki wzrostu i cytokiny, zapewniając w ten sposób zarówno plastyczność, jak i różnorodność.

Plastyczność fenotypowa i różnorodność komórek śródbłonka nie tylko objawia się podczas rozwoju embrionalnego, ale jest również kluczowa dla normalnej funkcji kilku narządów. Jest to uderzaj±co widoczne w ciałku żółtym, organie, który powstaje z pęcherzyka jajnikowego po uwolnieniu jajeczka. Morfologiczne podtypy komórek śródbłonka mikronaczyniowego w ciałku żółtym zostały zdefiniowane w zależności od ich kształtu (epitelioidalne, wrzecionowate, okrągłe lub wielokątne), obecności wakuoli cytoplazmatycznych oraz wzoru filamentów aktyny i wimentyny. Wyodrębnione populacje tych komórek są mniej lub bardziej widoczne na różnych etapach miesięcznego cyklu tworzenia i regresji ciałka żółtego. Formowanie się ciałka żółtego obejmuje przejściowy zryw angiogenezy, ze wzrostem i proliferacją komórek śródbłonka, które wykazują wysoki poziom cytokeratyn, N-kadheryny i E-kadheryny, oraz tworzeniem ciągłej, ściśle połączonej sieci naczyniowej; proces ten jest modulowany przez ludzką gonadotropinę kosmówkową, peptydy wazoaktywne i cytokiny. Wraz z późniejszą regresją ciałka żółtego sieć ta ulega rozpadowi, ponieważ śródbłonek ulega transdyferencjacji, co prowadzi do powstania zaburzonych, nieciągłych połączeń międzykomórkowych. Przepuszczalność wzrasta, komórki śródbłonka ulegają apoptozie, naczynia włosowate cofają się i/lub ulegają zatkaniu, a ciałko żółte degeneruje się, przygotowując się do kolejnego cyklu. Nie tylko ta niezwykła plastyczność i różnorodność komórek śródbłonka jest kluczowa dla prawidłowego cyklu lutealnego, ale komórki śródbłonka z ciałka żółtego w ciąży wykazują również unikalne właściwości wiązania lektyn, odmienne od tych obserwowanych w stanie nieciężarnym.

Obieg limfatyczny składa się z sieci cienkościennych, nieciągłych naczyń włosowatych, które przenoszą płyn, makrocząsteczki i komórki odpornościowe. Zakres różnorodności komórek śródbłonka limfatycznego nie został jeszcze oceniony, ale każda wiedza na ten temat może być ważna dla naszego zrozumienia nadzoru immunologicznego i sposobu, w jaki komórki nowotworowe przerzutują przez naczynia limfatyczne. Chociaż czynniki zewnątrz- i wewnątrzpochodne, które regulują powstawanie naczyń limfatycznych i specyfikację narządów i tkanek limfatycznych są w dużej mierze nieznane, wydaje się, że ekspresja czynnika transkrypcyjnego Prox1 sygnalizuje przełączenie zaangażowania z fenotypu śródbłonka żylnego na limfatyczny. Badania profilowania transkrypcji izolowanych komórek zidentyfikowały kilka markerów, które są szczególnie wyregulowane w komórkach śródbłonka limfatycznego w porównaniu z komórkami śródbłonka krwi, w tym Prox1, LYVE-1 (marker o nieznanej funkcji), chemokiny CCL21 i RANTES, czynnik pochodny komórek stromalnych-1 i regulator angiogenezy angiopoetyna-2.