Diversitatea celulelor endoteliale: o provocare pentru angiogeneza terapeutică

Care sunt mecanismele prin care celulele endoteliale se diversifică și când are loc acest lucru? Este celula endotelială programată sau există elemente de mediu care reglează diversificarea și specificitatea ulterioară? Factorii de mediu afectează în mod clar organogeneza, iar interacțiunea încrucișată dintre celulele endoteliale și pericitele, celulele stromale și matricea extracelulară care le înconjoară este esențială pentru funcționarea lor coordonată. Acest fapt este evidențiat de descoperirea faptului că un fenotip asemănător cu cel al barierei hematoencefalice poate fi indus în celulele endoteliale de origine non-encefalică prin co-cultură cu astrocite. Această transformare, denumită „barriergeneză”, se caracterizează prin formarea de joncțiuni strânse între celulele endoteliale, declanșată de expresia mai multor molecule, inclusiv a substratului Src-suprimat al C-kinazei (SSeCKS), a factorului de creștere derivat din trombocite PDGF-BB, a factorului angiogenic și antipermeabilitate angiopoieitin-1, a receptorului său Tie2 și a moleculei de adeziune celulară N-cadherin, de către celulele gliale din jur. În retină, un „șablon” de astrocite este așezat înainte de vascularizare, iar interacțiunea dintre moleculele de R-cadherină de pe astrocite și integrinele și/sau N-cadherinele de pe celulele endoteliale sau de pe celulele progenitoare endoteliale circulante (CEP) mediază creșterea și migrarea endoteliului vascular .

Deși indicii de mediu par a fi critici pentru specializarea celulelor endoteliale, programarea genetică este la fel de importantă. Înainte se credea, în general, că arterele și venele se dezvoltau diferit ca răspuns la diferențele de forțe hemodinamice. Cu toate acestea, studii recente au arătat că distincția dintre arteră și venă este determinată în timpul dezvoltării embrionare, chiar înainte ca sângele să circule, și că semnalizarea Notch este unul dintre pașii cruciali în determinarea fenotipului celulei endoteliale. În timpul dezvoltării vasculare, defectele de semnalizare prin intermediul căii Notch – care cuprinde liganzi precum Jagged-1, Jagged-2 și Delta-like-4 și receptori precum Notch-1, Notch-2 și Notch-4 – perturbă diferențierea normală în artere sau vene, ducând la pierderea markerilor specifici arterelor, cum ar fi ephrin-B2 și la exprimarea ectopică în aortă a markerilor venoși, cum ar fi flt4 . În schimb, supraactivarea Notch suprimă diferențierea vaselor în vene. Chi et al. au arătat că Hey2, un factor de transcripție care este indus de semnalizarea Notch, conferă trăsături ale expresiei genelor celulelor endoteliale arteriale la celulele endoteliale derivate din vene, stimulând genele specifice arterelor, inclusiv ADHA1, EVA1 și keratina-7, în timp ce suprimă genele specifice venelor, cum ar fi GDF, lefty-1 și lefty-2. Fishman și colegii săi au stabilit la peștele zebră că expresia omologului lui Hey2, gridlock, este necesară pentru atribuirea timpurie a identității endoteliale arteriale, iar defectele din această cale pot fi legate de anomalii morfogene ale aortei. Aceste constatări par să respingă ipoteza conform căreia indicii fiziologici sunt responsabili pentru diferențierea arterelor și venelor. Cu toate acestea, mai multe studii sugerează că, chiar și după ce celulele endoteliale ating un fenotip specific arterial sau venos la sfârșitul dezvoltării embrionare, poate avea loc o transdiferențiere, iar acest proces este reglementat în parte de peretele vasului . Astfel, un program genetic complex de reglare a diferențierii celulelor endoteliale în artere și vene poate fi modulat de factori extrinseci, conferind plasticitate asamblării și remodelării rețelei vasculare în sănătate și boală.

Acest tip de interacțiune între un program genetic și factorii de mediu poate fi valabil și pentru alte tipuri de diferențiere endotelială, nu doar pentru alegerea între artere și vene. Celulele care căptușesc endocardul și vasele coronariene sunt derivate din celule progenitoare care migrează din situsuri embrionare distincte (revizuit în ). Studiile de cartografiere a sorții indică faptul că diversificarea acestor celule clonale are loc înainte de migrarea lor către inima în curs de dezvoltare. Deși acest lucru sugerează că soarta unei celule endoteliale din artera coronară este predeterminată, oportunitățile de interacțiune a celulei migratoare cu alte celule și factori sunt considerabile și, prin urmare, diversificarea este probabil un proces dinamic, modificat de factori intrinseci și extrinseci.

Studiile privind dezvoltarea plămânilor au arătat că atunci când rudimente pulmonare izolate, fără vase de sânge, sunt implantate subcutanat sau sub capsule renale, acestea formează plămâni cu vascularizație care – în mod remarcabil – se dezvoltă atât prin vasculogeneză, cât și prin angiogeneză, cu rețeaua vasculară și alveolară caracteristică . Aceste constatări susțin conceptul că există programe genetice pentru dezvoltarea vaselor extrem de specifice, dar că acestea sunt modulate de factori extrinseci furnizați de celulele înconjurătoare, de matricea extracelulară și de factorii de creștere și citokinele secretate, oferind astfel atât plasticitate, cât și diversitate.

Plasticitatea și diversitatea fenotipică a celulelor endoteliale nu se manifestă doar în timpul dezvoltării embrionare, ci este, de asemenea, esențială pentru funcția normală a mai multor organe. Acest lucru este izbitor de evident în corpul galben, un corp care se formează dintr-un folicul de ou după eliberarea ovulului. Subtipurile morfologice ale celulelor endoteliale microvasculare din corpul galben au fost definite în funcție de forma lor (epitelioidă, fusiformă, rotundă sau poligonală), de prezența vacuolelor citoplasmatice și de modelul filamentelor de actină și vimentină . Populații distincte ale acestor celule sunt mai mult sau mai puțin proeminente în diferite etape ale ciclului lunar de formare și regresie a corpului galben. Formarea corpului galben include o explozie tranzitorie de angiogeneză, cu creșterea și proliferarea celulelor endoteliale care exprimă niveluri ridicate de citokeratine, N-cadherină și E-cadherină, și stabilirea unei rețele vasculare continue, cu joncțiune strânsă; acest proces este modulat de gonadotropina corionică umană, peptide vasoactive și citokine. Odată cu regresia ulterioară a corpului galben, rețeaua se dizolvă, deoarece endoteliul se transdiferă, dând naștere la joncțiuni intercelulare discontinue și perturbate. Permeabilitatea crește, celulele endoteliale se apoptează, capilarele regresează și/sau se ocluzionează, iar corpul galben degenerează, pentru a se pregăti pentru următorul ciclu. Nu numai că această plasticitate și diversitate extraordinară a celulelor endoteliale este crucială pentru ciclul luteal normal, dar celulele endoteliale din corpul galben al sarcinii prezintă, de asemenea, proprietăți unice de legare a lectinei, distincte de cele observate în starea de non-graviditate.

Circulația limfatică este compusă dintr-o rețea de capilare discontinue, cu pereți subțiri, care transportă fluide, macromolecule și celule imune. Gradul de diversitate al celulelor endoteliale limfatice nu a fost încă evaluat, dar orice cunoaștere în acest sens poate fi importantă pentru înțelegerea noastră a supravegherii imune și a modului în care celulele tumorale metastazează prin vasele limfatice . Deși factorii extrinseci și intrinseci care reglează formarea vaselor limfatice și specificarea organelor și țesuturilor limfatice sunt în mare parte necunoscuți, se pare că expresia factorului de transcripție Prox1 semnalează o schimbare de angajament de la un fenotip endotelial venos la unul limfatic . Studiile de profilare a transcripției celulelor izolate au identificat mai mulți markeri care sunt în mod semnificativ supraregulați în celulele endoteliale limfatice în comparație cu celulele endoteliale sanguine, inclusiv Prox1, LYVE-1 (un marker cu funcție necunoscută), chemokinele CCL21 și RANTES, factorul 1 derivat din celule stromale și regulatorul angiogenezei, angiopoietina-2.

.