Морфология эндотелия сосудов

а) Общая морфология. Эндотелиальные клетки (ЭК) похожи на клетки плоского эпителия толщиной обычно не более 10 мкм и площадью до 1000 мкм2. В крупных сосудах эндотелиальные клетки имеют вытянутую форму, особенно на участках с ламинарным течением, и ориентированы по направлению кровотока. ЭК, расположенные в участках с завихрениями кровотока (то есть в местах разветвления), часто многогранные, а не вытянутые. Эндотелиальные клетки (ЭК) в культуре обычно многогранные, однако вытягиваются при протекании через них среды в течение более 24 часов. Сила смещения — представляет собой воздействие, вызванное протеканием вязкой жидкости, приводящее к перестройке цитоскелета и изменению формы с многогранной на вытянутую.

Интересно, что центр образования микротрубочек ЭК, расположенный рядом с ядром, всегда ориентирован по направлению к сердцу (выше по кровотоку в артериях и ниже по кровотоку в венах) независимо от направления кровотока. Более того, ЭК обладают апикально/люминальной поляризацией; интегриновые рецепторы к макромолекулам матрикса сосредоточены на базальной/аблюминальной поверхности, тогда как молекулы адгезии лейкоцитов практически исключительно представлены на апикальной поверхности, обращенной в просвет сосуда.

б) Специализированные органеллы эндотелиальных клеток. Ультраструктура посткапиллярных венул представлена на рисунке ниже. Эндотелиальные клетки (ЭК) имеют ряд характерных органелл. Лучше всего изучены тельца Вейбела-Палада (ТВП), фенестры и система кавеол. ТВП — вытянутые, связанные с мембраной органеллы, у которых под электронным микроскопом выявляется продольная исчерченность. ТВП случайным образом распределены в цитоплазме в ЭК сосудов большинства позвоночных. ТВП обязательно содержат фактор фон Виллебранда (vWF, также называемый фактор- VIII-связанным антигеном), р-селектин (CD62P), лизосомально-мембранно-связанный гликопротеин 3 (или CD63), 1,3-фукозилтрансферазу VI, интерлейкин 8 (IL-8) и ангиопоэтин 2 (Ang-2).

Продольная исчерченность в ТВП образована высокополимеризованной формой vWF, молекулы которой достигают массы 20 000 кДн. При высвобождении полимеры vWF могут прикрепляться к базальной мембране и стабилизировать адгезию тромбоцитов к субэндотелиальному матриксу, особенно при интенсивном кровотоке в артериях. Несмотря на то что vWF обычно применяется как маркер ЭК, также его обнаруживают в мегака-риоцитах, в которых нет физиологического механизма высвобождения, и vWF синтезируется только для хранения в а-гранулах тромбоцитарного предшественника. Р-селектин быстро перемещается на поверхности клетки, поскольку ТВП сливается с плазматической мембраной, где он облегчает адгезию лейкоцитов и ЭК (раздел «Адгезия лейкоцитов»), CD63 —лизосомальный мембранный гликопротеин массой 53 кДн из надсемейства тетраспанинов; его функция в ТВП неизвестна.

Эндотелиальные клетки (ЭК) кровеносных сосудов обычно образуют непрерывный монослой, в основном транспорт происходит через соединения между клетками. Важные исключения — фенестры капилляров в лимфоузлах, капилляры в слизистой оболочке кишечника, ЭК почечных клубочков, а также в синусах печени и костном мозге. Фенестры, которые содержаться исключительно в ЭК, представляют собой особые кольцевидные пластинки диаметром 175 нм с истонченной цитоплазмой и мембраной, для которых характерна повышенная концентрация анионных липидов. Они собираются в структуры, напоминающие решетчатые пластинки, которые занимают 6%-8% поверхности капилляров.

Фенестрированные капилляры значительно более проницаемы для воды и низкомолекулярных растворенных веществ, чем сосуды непрерывного типа. Отрицательный заряд, возможно, препятствует прохождению через фенестры отрицательно заряженных белков плазмы. Количество и диаметр фенестр могут изменяться под влиянием различных факторов, в том числе давления, алкоголя, серотонина, никотина и инфекции, так что в непрерывном слое ЭК могут на время появляться фенестры.

Все эндотелиальные клетки (ЭК) содержат множество везикул, прикрепленных к плазмолемме как с люминального, так и с аблюминального полюса. При внимательном рассмотрении большинства этих везикул оказалось, что они имеют узкие тубулярные соединения с плазматической мембраной. Такие колбообразные инвагинации называются кавеолами, буквально «маленькими впадинами» и являются частью внешней мембраны либо в виде отдельных кавеол, либо в составе более сложных гроздевидных углублений. In situ на них может приходиться 50% и более площади плазматической мембраны. Кавеолы образуются в последних компартментах аппарата Гольджи и представляют собой стабильную мембранную единицу, построенную вокруг кавеолинов, холестерина и гликосфинголипидов.

Эндотелиальные клетки (ЭК) богаты кавеолинами 1 и 2. Кавеолины связывают холестерин и необходимы для образования кавеол; например, экспрессия кавеолина 1 в клетках, которые обычно лишены кавеол, вызывает их образование. Экспрессия кавеолина 1 в некоторых типах клеток, обычно лишенных кавеол, может привести к их образованию, хотя ЭК в культуре обычно сохраняют экспрессию кавеолина 1, но утрачивают кавеолы. При этом холестерин и гликосфинголипиды распределяются по субмикроскопическим липидным рафтам на упростившейся плазматической мембране, что предполагает ключевую роль пока еще неизвестного фактора.

Кавеолы служат для везикулярного транспорта, интернализации некоторых белков плазматической мембраны и обеспечения платформы для сборки сигнальных комплексов на поверхности клетки. Кавеолины взаимодействуют с различными сигнальными молекулами в каскадах, в том числе с Src-семейством тирозинкиназ, р42/44 митоген-активированной протеинкиназой и эндотелиальной NO-синтазой (eNOS). Они несут эти передатчики сигнала в неактивной конформации до активации соответствующим стимулом. Например, количество кавеолина находится в обратной зависимости от продукции NO eNOS. У мышей без кавеолина 1 нарушены сигнальные пути NO и кальция в сердечно-сосудистой системе, что вызывает расстройства ЭК-зависимой релаксации, сократимости и поддержания мышечного тонуса.

Кавеолин 1 связан с несколькими рецепторами ростовых факторов, в том числе рецептором фактора роста эпидермиса, высокоаффинным рецептором фактора роста нервной ткани (TrkA), рецептором инсулина рецептором фактора роста тромбоцитов и рецепторами I и II трансформирующего фактора роста. Кроме того, в кавеолах расположены также рецептор 1(CD120a) фактора некроза опухоли (TNF) и рецепторы интерферона. Для этих рецепторов вогнутые структуры кавеол создают оптимальную среду функционирования, что обеспечивает более стабильные сигнальные комплексы и перекрестное взаимодействие с другими рецепторами.

Липидные составляющие кавеол такие же, как липидных рафтов, но рафты являются регионами без мембранных выемок и они плоские. Основным ограничением, не позволяющим провести четкое различие между рафтами и кавеолами, является ограниченность методики их разделения. Кроме того, рафты и кавеолы следует считать динамическими структурами, которые образуются и рассеиваются в ответ на различные стимулы, обе эти структуры могут облегчать транспорт единиц в другие клеточные регионы и через клетку.

Еще одной органеллой эндотелия венул является так называемая везикулярно-вакуольная органелла, представляющая собой похожие на виноградную гроздь структуры из взаимосвязанных везикул, протянувшихся через цитоплазму. Их размер значительно варьирует и большинство везикул не содержат кавеолина. Этот факт подтверждается присутствием нормального количества везикул нормального размера у мышей, нулевых по кавеолину. Эти органеллы играю критическую роль в острой гиперпроницаемости сосудов, которая типично поражает посткапиллярные венулы, где обычно располагаются эти везикулярно-вакуольные органеллы.

Гистология и морфология венулы
Ультраструктура посткапиллярной венулы.
АС — область контакта между эндотелиальной клеткой и перицитом; AJ — адгезивное соединение;
ВМ—базальная мембрана; С — кавеола; L— просвет;
Р — перицит; WPB — тельце Вейбела-Палада.

в) Клеточные контакты эндотелия. Эндотелиальные клетки (ЭК) соединяются между собой переплетающимися выступами. В разных участках сосудистого русла контакты имеют различную сложность, что отражает различную проницаемость для белков и клеток. Межклеточные плотные (окклюзионные) контакты создают анатомическую основу для жестко регулируемых взаимодействий в гематотестикулярном и гематоэнцефалическом барьерах. Подобные контакты состоят из непрерывного сетчатого пояса, образованного шестью анастомозирующими соединительными полосами, и предотвращают транспорт макромолекул в ткань. Артериальные ЭК также имеют плотные контакты, однако они состоят только из одной или двух контактных лент, кроме того плотные контакты трудно обнаружить в посткапиллярных венулах. Плотные контакты содержат комплекс трансмембранных (адгезивная молекула-1, окллюдин и клаудины) и цитоплазматических (белок цитоплазматической пластинки zonula occludens-1 цингулин, AF-6 и 7Н6) белков, связанных с актиновым цитоскелетом.

Мультигенное семейство клаудинов кодирует мембранные белки тетраспаны, которые являются важными структурными и функциональными компонентами плотных контактов. У млекопитающих семейство тетраспанов состоит из 24 членов с тканеспецифическими типами экспрессии. Внеклеточные петли этих белков взаимодействуют друг с другом, запечатывая клеточный слой и регулируя параклеточный транспорт между люминальным и базолатеральным пространствами. Трансмембранный белок окклюдин, связанный с цитоплазматическим белком ZO-1, по-видимому, обеспечивает молекулярную основу этой функции. Помимо этого, соединительные молекулы адгезии (JAMs) из надсемейства иммуноглобулинов образуют гомофильные сайты адгезии при плотном контакте и играют роль в полярности клетки, предотвращая диффузию люминальных белков к аблюминальной поверхности клеток и наоборот.

Адгезивные контакты обнаруживают во всех эндотелиальных клетках (ЭК). Эти мультимерные белковые структуры опосредуют гомотипическую клеточную адгезию. В эндотелиальных клетках они распределяются вдоль щели между соседними клетками и часто смешиваются с плотными контактами. В период эмбрионального развития этот тип контактов способствует адгезии идентичных клеток и важен для организации и разделения тканей. У взрослых эти контакты поддерживают тканевый гомеостаз и способствуют параклеточной проницаемости. Кроме того, они отдают межклеточные сигналы, касающиеся контактной ингибиции роста клеток или резистентности к апоптозу. Они также регулируют форму и полярность клеток. Адгезивные контакты эндотелия организованы в основном VE-кадгерином [его называют также кадгерин 5 или кадгерин сосудистого эндотелия (CD144)].

VE-кадгерин-отрицательные ЭК, полученные направленным воздействием на гены, не способны образовывать структуры, подобные сосудам; блокировка взаимодействия VE-кадгерина с моноклональным антителами препятствует образованию сосудов. Тогда как VE-кадгерин необходим для инициального образования кровеносных сосудов, для поддержания и ремоделирования кровеносных сосудов важна фосфо-тирозин фосфатаза рецепторного типа (VE-PTP). VE-РТР связывается с VE-кадгерином через внеклеточный домен и поддерживает адгезивные свойства VE-кадгерина. Внутри клетки VE-кадгерин связан с крупным цитозольным белковым комплексом. Этот комплекс содержит катенины, β-катенин, p120ctn, плакоглобин (также называемый γ-catenin) и a-catenin. Такие катенины, как β-катенин, р120ctn и плакоглобин, содержат гомологичные повторы Armadillo, в то время как α-катенин гомологичен винкулину, который является еще одним актин-связывающим белком. Кроме того, этот комплекс содержит белок src, фосфатазу (SHP)-l с участками гомологичными fyn и src и RPTP-μ и может соединяться с соседними трансмембранными рецепторами, такими как рецептор фактора роста сосудистого эндотелия (VEGF-R)-2, рецептор ангиопоетина 1 (известный также как Tie-2) и активируемые протеазами рецепторы (PAR)-3 и -6.

Таким образом, адгезивные контакты интегрируют сигналы от соседних клеток и молекул трансмембранных рецепторов и соединяют эти сигналы с цитоскелетом, а через фокальную адгезивную киназу и интегрины — с базальным матриксом. Этот сигнальный путь функционирует и в обратном направлении Эта сеть получает дальнейший входной сигнал через RhoGTP-азы на Rho-киназу (ROCK), что приводит к сокращению цитоскелета.

Эндотелиальные клетки (ЭК) образуют щелевые контакты, о чем свидетельствует передача между соседними эндотелиальными клетками (ЭК) введенных посредством микроинъекций трейсеров с малым молекулярным весом. В ЭК белки щелевых контактов представлены коннексином-43, коннексином-37 и кон-нексином-40. Интересно, что ЭК могут образовывать гетеро-щелевые контакты с перицитами или гладкомышечными клетками в стенке сосуда и иногда с адгезирующими лейкоцитами.

г) Взаимодействия эндотелиальной клетки с матриксом. Эндотелиальные клетки (ЭК) лежат на базальной мембране, которая образуется самой ЭК и окружающими клетками. Она состоит из ламинина-1, коллагенов, фибронектина, нидогена (энтактина), а также протеогликана гепарансульфата. Взаимодействие с этими молекулами матрикса необходимо для поддержания нормальной функции эндотелия. Например, цепь пептида ламинина А обеспечивает ветвление эндотелия и образование новых капилляров. Помимо этого, фрагмент С-конца массой 20 кДн коллагена XVIII селективно ингибирует пролиферацию эндотелия и ангиогенез, что свидетельствует о том, что коллаген XVIII также является позитивным регулятором роста сосудов.

С другой стороны, взаимодействие ЭК-коллаген V ингибирует прикрепление эндотелия и рост. Эндотелиальные клетки (ЭК) взаимодействуют с этими компонентами базальной мембраны при помощи многочисленных трансмембранных молекул адгезии. Сложность этих взаимодействий изучена лишь частично. Особенно важны для этой функции члены семейства интегринов. Например, комплексы рецепторов α6β1, α2β1, α5β1 и αVβ3 играют роль в прикреплении к эндотелию и миграции через него; ламинин, коллаген, тенасцин и другие вещества имеют большое значение в ангиогенезе. Помимо этого, интегрины, связанные с белками матрикса, оказывают множество внутриклеточных эффектов, связанных с актиновым скелетом эндотелия и сигнальными процессами в клетке. Показано, что эндотелиальные факторы роста дифференцированно усиливают биосинтез интегринов α2, α5, β1 и β3 и служат для различных потребностей эндотелия во время роста, распространения и образования новых сосудов.

Помимо этого, интегрины проявляют определенную тканеспецифичную и сосуд-специфичную экспрессию, например, α1β1 обнаруживается только в мелких кровеносных сосудах и капиллярах, но не в ЭК крупных сосудов. Белки матрикса, например тромбоспондины, также могут служить ингибиторами ангиогенеза.

- Рекомендуем далее ознакомиться со статьей "Молекулярные маркеры эндотелиальных клеток"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 18.2.2019

Вашы замечания и вопросы: