la începutul secolului al XIX-lea, von Reckingausen a observat că vasele de sânge erau acoperite de o foaie de celule. Acest strat gros cu o singură celulă este alcătuit din celule endoteliale care aliniază suprafața internă a sângelui și a vaselor limfatice. La om, se estimează că suprafața totală a stratului endotelial este de aproximativ 35 m2 și că există în jur de 1 până la 1,6 103 celule endoteliale. Lungimea totală a arterelor, venelor și capilarelor este de aproximativ 90000 km (mai mult decât călătoria de două ori în jurul lumii). Celulele endoteliale sunt plane și conectate între ele prin joncțiuni celulare. Funcția lor principală este ca intermediari între sânge și celelalte țesuturi și contribuie la proprietățile sângelui, atât în țesuturile normale, cât și în cele patologice. Ele sunt, de asemenea, importante pentru schimbul de celule imune între sânge și țesuturi.

1. Morfologie

celulele endoteliale sunt celule foarte aplatizate, atât de mult încât nucleul lor este structura mai înaltă a celulei, chiar dacă nucleul este aplatizat. Forma celulară este adaptată canalului pe care celula endotelială îl căptușește (Figurile 1, 2 și 3). În capilarele mai înguste, celulele endoteliale își pot extinde citoplasma pe tot perimetrul vasului de sânge, astfel încât conducta este un rând de celule endoteliale. În conductele mai mari, cum ar fi arterele și venele, sunt necesare multe celule endoteliale pentru acoperirea perimetrului total al conductei.

citoplasma perinucleară conține majoritatea mitocondriilor și a altor organite, cum ar fi aparatul Golgi, în timp ce citoplasma periferică este mai subțire și are puține organite, deși reticulul endoplasmatic poate fi găsit aproape de membrana plasmatică. Celulele endoteliale au multe vezicule, majoritatea fiind vezicule endocitare. în unele regiuni, cum ar fi ficatul, cortexul renal și glandele endocrine, celulele endoteliale ale capilarelor prezintă pori sau pasaje mici, cunoscute sub numele de fenestratrioni. Sunt căi de aproximativ 60 până la 70 nm în diametru, cu un pasaj îngust de aproximativ 5 nm, care comunică direct sângele și limfa cu celelalte țesuturi. Capilarele care au aceste tipuri de celule endoteliale sunt cunoscute sub numele de capilare fenestrate. Porii sunt distribuiți în grupuri, iar densitatea lor depinde de tipul de endoteliu.

celulele endoteliale sunt separate de țesutul surronding printr-un strat de matrice extracelulară numit lamina bazală. Celulele endoteliale contribuie la acest strat cu proteinele laminină, fibronectină și colagen de tip II, IV și V.

sursa și proliferarea

Vasculogeneza este formarea de noi celule endoteliale în țesuturi fără vase de sânge preexistente. Se întâmplă în embrion. La adulți și, de asemenea, la embrioni, noi vase de sânge și, prin urmare, noi celule endoteliale sunt generate din vasele de sânge deja prezente. Acest proces este cunoscut sub numele de angiogeneză. Celulele endoteliale noi sunt produse prin ramificarea sau împărțirea sângelui și a vaselor limfatice. Angiogeneza este frecventă în țesuturile în creștere sau în cele sub remodelare grea, cum ar fi uterul la femelele de mamifere sau în patologii precum tumori, inflamații și răni.

Vasculogeneza

primele celule endoteliale ale mamiferelor sunt generate după gastrulare în timpul dezvoltării embrionului. Se diferențiază de celulele numite angioblaste, formează grupuri și se organizează în vase de sânge scurte. Acest proces se întâmplă mai întâi în sacul vitelin al embrionului. Aceste vase de sânge inițiale cresc și se conectează între ele pentru a forma o rețea. Mai târziu, ei recrutează fibroblaste și celule musculare. Această rețea inițială suferă un proces continuu de remodelare în următoarele etape de dezvoltare. La embrioni, toate celulele endoteliale sunt inițial similare, dar ulterior se diferențiază în endoteliul venelor, arterelor, capilarelor și vaselor limfatice. Mai multe molecule precum FGF2, BMP4, IHH și VEGF induc căi de diferențiere separate. Inductorul Notch pare a fi foarte important, deoarece duce la endoteliul arterei, în timp ce inhibarea acestuia duce la endoteliul venei. Endoteliul limfatic este format din endoteliul venei cardinale și are nevoie de expresia COUPF-II și SOX18. În plus, endoteliul este diferențiat în funcție de organul în care se află. De exemplu, endoteliul formează un strat bine închis în creier pentru a forma bariera hematoencefalică, în timp ce este fenestrat de organizat slab în ficat pentru a favoriza schimbul de molecule cu sângele.

deoarece celulele endoteliale se organizează în canalele arterei și venelor, unele celule endoteliale dau naștere celulelor hematopoietice printr-un proces de diferențiere cunoscut sub numele de tranziție endotelial-hematopoietică (EHT). Acest proces se întâmplă și în unele țesuturi adulte, cum ar fi în timpul formării placentei și a altor țesuturi în timpul sarcinii.

angiogeneza

angiogeneza este formarea de noi vase de sânge și endoteliu prin ramificarea sau împărțirea vaselor de sânge preexistente. La adulți, rata de proliferare a celulelor endoteliale este foarte scăzută. De exemplu, la mamifere, o celulă endotelială se poate diviza o dată pe lună sau poate aștepta câțiva ani. Aceasta înseamnă că angiogeneza este rară în țesuturile cu Fiziologie Normală, cu excepția organelor de reproducere feminine. Cu toate acestea, poate fi activat în procese patologice, cum ar fi deteriorarea țesuturilor și tumorile. Unele substanțe induc angiogeneza, cum ar fi factorul de creștere endotelial (EGF), EGF acid, factorul de creștere a fibroblastelor (FGF), factorul de creștere transformant (TGF) și prostaglandinele. Angiogeneza începe atunci când substanțele angiogene sunt eliberate din țesuturile înconjurătoare. Celula endotelială a unui vas de sânge apropiat, de obicei dintr-o venulă, începe să migreze către sursa de semnal angiogen, trăgând celelalte celule endoteliale, care încep să prolifereze și să formeze un nou vas. Aceste celule endoteliale își pierd tranzitoriu conexiunile strânse, ducând la descoperirea membranei bazale, care este digerată rapid de enzimele eliberate din celulele endoteliale. Unele celule endoteliale trec prin membrana bazală digerată în timp ce proliferarea continuă. Tot acest proces face posibilă alungirea și ramificarea noului vas de sânge până la dispariția semnalului vasculogenezei. Vârfurile vaselor de sânge fuzionează cu alte vase de sânge pentru a forma circuite închise și pentru a permite fluxul de sânge fără terminații moarte.

regiunile cu progenitori de celule endoteliale au fost găsite în aorta dorsală și endocardul. Celulele mezenchimale pot fi diferențiate de celulele endoteliale endocardice și formează valva tricuspidă și unele fibroblaste ale inimii, dar nu cardiomiocite. Celulele endoteliale sunt atât de sensibile la semnalele externe încât păstrarea integrității endoteliului este un proces activ, care este mediat de alte semnale precum FGF. Procesul activ nu este doar pentru integritate, ci și pentru păstrarea fenotipului celular. Când celulele endoteliale nu primesc semnale adecvate, ele mor prin apoptoză sau devin celule mezenchimale care pot sintetiza matrice extracelulară abundentă. Trecerea de la celula endotelială la cea mezenchimală se află în spatele unor boli precum arterioscleroza și miocardita fibroasă.

funcția

ideea că endoteliul este doar un strat pasiv de căptușeală a vaselor limfatice și de sânge trebuie schimbată. Funcțiile endoteliului sunt variate și esențiale pentru organism. Într-adevăr, este o structură fizică a canalelor cardiovasculare și limfatice, dar reglează și schimbul de molecule între lumenul vasului și țesuturile înconjurătoare și influențează proprietățile fiziologice ale sângelui. Pe lângă o barieră fizică, celulele endoteliale dezvoltă funcții secretoare, metabolice și imune. Își schimbă comportamentul fiziologic influențat de molecule precum factori de creștere, coagulanți și anticoagulante, lipoproteine cu densitate scăzută, oxid nitric, serotonină, encefalină și multe altele. Celulele endoteliale au receptori pentru toate aceste substanțe.

bariera

celulele endoteliale formează un strat care acționează de obicei ca o barieră între sânge și țesuturile înconjurătoare. Coeziunea dintre celulele endoteliale este îndeplinită de joncțiunile celulare, cum ar fi joncțiunile strânse și joncțiunile aderente. De asemenea, au fost observate joncțiuni Gap, deși funcția lor principală este comunicarea dintre celulele adiacente. Celulele endoteliale pot modula aceste aderențe și pot modifica permeabilitatea barierei, care poate afecta nu numai moleculele, ci și celulele care traversează endoteliul. Cu toate acestea, în unele organe, cum ar fi ficatul, celulele endoteliale sunt mult mai slab ambalate și lasă mult spațiu liber, astfel încât endoteliul cu greu poate fi privit ca o barieră.

imaginile de microscopie electronică de transmisie arată multe vezicule în citoplasma celulelor endoteliale. Se crede că sunt implicați în transportul intracelular între apical (cu care se confruntă sângele) și membranele bazolaterale (cu care se confruntă lamina bazală). Acest tip de transport este cunoscut sub numele de transcitoză. Este interesant faptul că veziculele de transcitoză sunt mai abundente în celulele endoteliale ale capilarelor decât în cele ale vaselor de sânge mai mari. Aceasta indică faptul că celulele endoteliale din capilare au un schimb mai intens de molecule între sânge și țesuturi, în timp ce în vasele cu diametru mare sunt implicate în principal în conducerea sângelui. Unele celule endoteliale, cunoscute sub numele de fenestrate, au pori sau conducte foarte mici care leagă direct sângele cu țesuturile înconjurătoare, permițând unor molecule de dimensiuni mici să traverseze endoteliul fără a intra în citoplasma oricăror celule endoteliale (Figura 4). În cele din urmă, există organe cu endoteliu foarte permeabil. În ficat, sinusoidele sunt vase de sânge în care celulele endoteliale lasă spațiu liber între ele și o funcție ca barieră nu există cu greu.

multe tipuri de celule călătoresc în sânge către organele lor țintă din corp. Acolo, traversează endoteliul vaselor de sânge, de obicei la nivelul venelor post-capilare. Aceasta înseamnă că celulele endoteliale trebuie să modifice joncțiunile celulare pentru a permite celulelor să treacă prin stratul de endoteliu. Leucocitele ies din vasul de sânge prin recunoașterea și ancorarea la molecule specifice ale membranei apicale a celulelor endoteliale. Selectinele, integrinele și imunoglobulinele sunt responsabile pentru recunoașterea și aderarea leucocitelor la stratul endotelial. Selectinele încep ancorarea leucocitelor, care se rostogolesc pe suprafața endotelială. Această aderență inițială este slabă și reversibilă.

multe leucocite ies din sânge în timpul proceselor inflamatorii pentru a se deplasa la țesuturile afectate. Chemokinele sunt molecule atractive pentru leucocite care sunt eliberate de țesuturile deteriorate și legate de glicocalixul celulelor endoteliale. Leucocitele care se rostogolesc pe suprafața endotelială având chemokine sunt activate, aderența celulară-celulă devine mai puternică, iar leucocitele rămân în loc. Activarea leucocitelor duce la activarea integrinelor sale, care recunosc imunoglobulinele celulei endoteliale. Aceste imunoglobuline sunt exprimate în membranele celulare endoteliale după activarea celulei prin chemokine. Adeziunea celulă-celulă crește concentrația de calciu în celulele endoteliale și duce la dezorganizarea joncțiunilor celulare și retragerea citoplasmei. În acest fel, leucocitele se pot deplasa la granița celulelor endoteliale și pot traversa endoteliul. Moleculele de adeziune sunt, de asemenea, implicate în această mișcare a leucocitelor.

proprietățile sângelui

funcțiile endoteliale sunt mai complexe decât controlul moleculelor și celulelor care traversează endoteliul. Celulele endoteliale sunt, de asemenea, implicate în tensiunea arterială, coagularea și altele proprietățile sângelui. se crede că sistemul circulator primitiv a apărut acum 600 de milioane de ani la nevertebrate, dar îi lipsea endoteliul. Celulele endoteliale au apărut acum 100 de milioane de ani, oferind sânge cu un flux laminar mai mare (nu turbulent) și, prin urmare, un schimb de gaze mai eficient.

celulele endoteliale modulează tensiunea arterială prin eliberarea de substanțe care acționează asupra mușchiului neted al vaselor de sânge. Acestea eliberează oxid nitric (NO) și prostaciclină, care relaxează mușchiul neted vascular. De asemenea, eliberează endotelina și factorul activator al trombocitelor, ambele scăzând diametrul vasului de sânge. Oxidul Nitric este eliberat constitutiv și asigură un tonus muscular adecvat, inhibă agregarea plachetară și aderența leucocitelor. Endotelina este un vasoconstrictor puternic. Modul în care celulele endoteliale decid ce moleculă trebuie eliberată nu este încă clar, dar mecanorreceptorii din membranele lor apicale care sunt capabili să simtă proprietățile fluxului sângelui pot fi plauzibili.

în condiții normale, celulele endoteliale eliberează molecule în sânge care ajută la menținerea unei fluidități adecvate. Acestea funcționează la două niveluri: fluiditate (anticoagulante) și prevenirea agregării plachetare (antitrombotice). Proteinele C și S sunt molecule importante care afectează fluiditatea sângelui. Proteina C, formând un complex cu proteina s, inactivează factorii de coagulare VIIIa și Va. Proteina S este sintetizată de celulele endoteliale. Mai mult, glicocalixul endotelial conține un glicozaminoglican similar cu heparina care este capabil să inactiveze trombina.

legate de funcția lor anticoagulantă, celulele endoteliale eliberează oxid nitric și prostaciclină, ambele crescând AMP ciclic în trombocite și îngreunând agregarea plachetară. Aceste două molecule sunt eliberate continuu în sânge. Celulele endoteliale au ectonucleaze în membranele lor apicale, care elimină ATP și ADP, ambii promotori puternici ai agregării plachetare. În plus, celulele endoteliale eliberează o moleculă Activatoare care transformă plaminogenul în plasmină, care favorizează eliminarea trombilor.

toate aceste căi moleculare se pot schimba atunci când celulele endoteliale primesc unele semnale sau țesutul este deteriorat, ceea ce duce la coagularea sângelui și agregarea plachetară. În aceste condiții, celulele endoteliale devin apoi participanți activi la coagulare și tromboză.

apărarea imună

celulele endoteliale joacă un rol major în apărarea imună și sunt implicate în două mecanisme: prezentarea antigenelor la limfocitele T și recrutarea celulelor imune. Împreună cu macrofagele, celulele endoteliale pot prezenta antigene limfocitelor T, deoarece exprimă constitutiv MHC-I (complex major de histocompatibilitate) și pot fi induse să exprime MHC-II, ambele necesare pentru prezentarea antigenului. Celulele endoteliale sunt capabile să activeze memoria imună, dar nu și limfocitele T noi. Există activare bidirecțională între celulele endoteliale și limfocitele T, astfel încât moleculele de eliberare a celulelor endoteliale pentru atragerea celulelor inflamatorii și moleculele de adeziune expresă pentru ancorarea leucocitelor din sânge.

Bibliografie

Cines BD, Pollak ES, Buck ca, Loscalzo J, Zimmerman GA, McEver RP, Pober JS, Wick TM, Konkle BA, Schwartz BS, Barnathan ES, McCrae kr, Hug BA, Schmidt a-M, Stern DM 1998. Celulele endoteliale în fiziologie și în fiziopatologiede tulburări vasculare. Jurnalul Societății Americane de Hematologie. 91:3527-3561

Fajardo LF. 1988. Complexitatea celulelor endoteliale. Jurnalul American de patologie clinică. 92:241-250.

Michiels C. 2003. Funcțiile celulelor endoteliale. Jurnalul de fiziologie celulară. 196: 430-443