ЭНДОТЕЛИАЛЬНЫЕ КЛЕТКИ: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРОЕНИЕ, ТИПЫ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В эндотелиальные клетки метаболически активные клетки , принадлежащие к эндотелию, внутренней одноклеточных линии кровеносных сосудов. Этот клеточный слой выполняет важные физиологические функции в организме, особенно в отношении системы кровообращения.

Термин «эндотелий» был придуман швейцарским анатомом Вильгельмом Гисом в 1865 году, чтобы различать внутренний слой полостей тела и эпителий (внешний слой).

Схема стенки кровеносного сосуда, показывающая эндотелиальные клетки (Источник: Пользователь: VS6507, через Wikimedia Commons)

Первоначальное определение, используемое Гисом, включало не только внутренний клеточный слой кровеносных сосудов, но также лимфатические сосуды и мезотелиальные полости. Однако спустя короткое время это определение было сведено только к кровеносной и лимфатической сосудистой сети.

Стратегическое расположение этих клеток позволяет им действовать как прямой интерфейс между компонентами крови (или лимфы) и тканями, что делает их необходимыми для регуляции многочисленных физиологических процессов, связанных с сосудистой системой.

Среди этих процессов - поддержание текучести крови и предотвращение тромбообразования, а также регулирование транспорта жидкостей и растворенных веществ, таких как гормоны, белковые факторы и другие макромолекулы.

Тот факт, что эндотелий выполняет сложные функции в организме животных, означает, что его клетки подвержены различным заболеваниям, которые представляют большой интерес для разных исследователей.

характеристики

Площадь поверхности, занимаемая эндотелиальными клетками в теле взрослого человека, может составлять более 3000 квадратных метров и весить более 700 г.

Этот клеточный слой, который считается «органом», широко распространенным по всему телу, отвечает за прием и передачу молекулярных сигналов, которые переносятся кровью в ткани, управляя большим количеством важных явлений для функционирования всего организма.

Особенностью эндотелиальных клеток является то, что они и их ядра выровнены таким образом, что они «выглядят» направленными в том же направлении, что и кровоток, который проходит через протоки, в которых они находятся.

Эндотелиальные клетки очень неоднородны, и это связано с тем фактом, что кровеносные и лимфатические сосуды распределены по всему телу и подвергаются воздействию самых разных микросредств, которые создают условия для каждого конкретного эндотелия.

Эти сосудистые микросреды могут значительно влиять на эпигенетические характеристики эндотелиальных клеток, что приводит к различным процессам дифференцировки.

Это было продемонстрировано путем изучения паттернов экспрессии тканеспецифических генов, благодаря которым была доказана невероятная способность этих клеток приспосабливаться, как по количеству, так и по расположению, к местным требованиям, в которых они находятся.

передача сигналов

Эндотелий - это сложный центр обработки сигналов, который контролирует практически все сердечно-сосудистые функции. Отличительной особенностью этой сенсорной системы является то, что каждая эндотелиальная клетка способна обнаруживать разные типы сигналов и генерировать разные типы ответов.

Возможно, это то, что позволяет этому особому органу выполнять регулирующие функции в отношении артериального давления, скорости и распределения крови, в дополнение к контролю над пролиферацией и миграцией клеток в стенках кровеносных сосудов.

поколение

Сосудистая система - это первая система органов, которая развивается в организме эмбриона животного. Во время процесса гаструляции эмбриональный эпителий инвагинирует через примитивную щель, и именно тогда индуцируются мезодермальные клетки.

Клетки-предшественники эндотелиальных клеток дифференцируются от мезодермальной ткани посредством процесса, который, по-видимому, не зависит от гаструляции. Эти клетки находятся в костном мозге в тесной связи с кроветворными клетками.

Клетки-предшественники известны как ангиобласты и / или гемангиобласты. Однако другие линии клеток организма могут быть «трансдифференцированы» в эпителиальные клетки и наоборот.

Ангиобласты определяются как клетки, которые могут дифференцироваться в эндотелиальные клетки, но не обладают характерными молекулярными маркерами и не сформировали «просвет» (эти маркеры появляются во время дифференцировки).

Скорость дифференцировки и пролиферации эндотелиальных клеток чрезвычайно высока во время эмбрионального и постнатального развития, но значительно снижается у взрослых.

Идентичность эпителиальных клеток обычно подтверждается изучением присутствия или экспрессии определенных белков-мессенджеров или РНК, хотя эти «маркеры» часто могут быть общими с другими клеточными линиями.

Дифференциация клеток-предшественников

Клетки-предшественники эндотелиальных клеток могут возникать из костного мозга, но не могут быть немедленно включены во внутренние стенки сосудов (эндотелий).

Разные авторы показали, что эти клетки направлены или сгруппированы в участки активной неоваскуляризации, различающиеся реакцией на ишемические процессы (недостаток кислорода или кровотока), травмы сосудов, рост опухоли и другие.

пролиферация

Эндотелиальные клетки, присутствующие в сосудистой системе, сохраняют способность делиться и двигаться. Новые кровеносные сосуды образуются благодаря пролиферации уже существующих эндотелиальных клеток, и это происходит как в эмбриональных тканях (по мере роста), так и во взрослых тканях (для ремоделирования или реконструкции тканей).

апоптоз

Апоптоз, или запрограммированная смерть клетки, - это нормальный процесс, который происходит практически во всех клетках живых организмов и выполняет в них различные физиологические функции.

Он характеризуется конденсацией цитоплазмы и ядра, сокращением клеток и воздействием на клеточную поверхность специфических молекул фагоцитоза. Во время этого процесса также происходит распад хроматина (хромосомной ДНК) и деформация плазматической мембраны.

В эндотелиальных клетках запрограммированная гибель клеток может быть вызвана различными стимулами и молекулярными факторами. Это имеет важное значение для гемостаза (предотвращение утечки жидкой крови).

Такой процесс важен для ремоделирования, регрессии и ангиогенеза (образования новых кровеносных сосудов). Поскольку он может влиять на целостность и функцию эндотелия сосудов, эндотелиальный апоптоз может вносить вклад в патогенез широкого спектра заболеваний человека.

Эксперименты in vivo предполагают, что эти патологии могут включать, среди прочего, артериосклероз, врожденную сердечную недостаточность, диабетическую ретинопатию, эмфизему, склеродермию, серповидно-клеточную анемию, системную красную волчанку или тромботическую тромбоцитопеническую пурпуру.

Где они находятся?

Эндотелиальные клетки, как следует из их названия, находятся в различных типах эндотелия, выстилающих внутреннюю поверхность кровеносных и лимфатических сосудов.

Например, в эндотелии кровеносных сосудов эндотелиальные клетки вен и артерий образуют непрерывный клеточный слой, в котором клетки соединены вместе плотными контактами.

Структура

Эндотелиальные клетки далеки от того, чтобы быть идентичными вместе, можно рассматривать как гигантский консорциум различных компаний, каждая из которых имеет свою индивидуальность.

Вдоль сосудистых ветвей форма эндотелиальных клеток значительно варьирует. Кроме того, могут быть значительные фенотипические различия между клетками, принадлежащими к разным сегментам одной и той же сосудистой системы, органа или типа сосуда.

Несмотря на это утверждение, это обычно плоские клетки, которые могут быть «пухлыми» или кубовидными в эндотелиальных венулах.

Его толщина варьируется от менее 0,1 мкм в венах и капиллярах до 1 мкм в артерии аорты, а его структура перестраивается в ответ на множество факторов, особенно так называемое «гемодинамическое напряжение сдвига».

Длина эндотелиальных клеток различается в зависимости от их анатомического расположения, поскольку сообщалось, что в кровеносных сосудах крыс эндотелиальные клетки аорты имеют удлиненную и тонкую форму, а в легочных артериях они короче и округлее.

Таким образом, как и многие другие клетки в организме, эндотелиальные клетки покрыты оболочкой из белков и сахаров, известной как гликокаликс, который является основной частью сосудистого барьера и имеет толщину от 0,1 до 1 микрона.

Эта внеклеточная «область» активно продуцируется эндотелиальными клетками и занимает пространство между циркулирующей кровью и клетками. Было показано, что он выполняет функции как в защите сосудов, так и в клеточной регуляции и механизмах гемостаза.

Субклеточная структура

Внутриклеточное пространство эндотелиальных клеток изобилует покрытыми клатрином везикулами, мультивезикулярными тельцами и лизосомами, которые имеют решающее значение для путей молекулярного транспорта эндоцитов.

Лизосомы отвечают за деградацию и переработку макромолекул, которые направляются к ним посредством эндоцитоза. Этот процесс также может происходить на поверхности клетки, в комплексе Гольджи и в эндоплазматическом ретикулуме.

Эти клетки также богаты кавеолами, которые представляют собой везикулы в форме колб, связанные с плазматической мембраной и обычно открыты со стороны просвета или могут быть свободными в цитозоле. Обилие этих структур зависит от типа рассматриваемого эпителия.

Типы

Эндотелиальные клетки могут иметь очень разные фенотипы, которые регулируются местом их нахождения и временем развития. Именно по этой причине многие авторы считают их весьма неоднородными, поскольку они различаются не только по своей структуре, но и по функциям.

Эндотелий можно разделить на непрерывный и прерывистый. Непрерывный эндотелий, в свою очередь, может быть фенестрированным или нефенестрированным. Фенестры представляют собой своего рода внутриклеточные «поры», которые проходят по всей толщине клетки.

Непрерывный нефенестрированный эндотелий образует внутреннюю выстилку артерий, вен и капилляров мозга, кожи, сердца и легких.

С другой стороны, непрерывный фенестрированный эпителий обычен в областях, характеризующихся высокой фильтрацией и трансэндотелиальным транспортом (капилляры экзокринных и эндокринных желез, слизистая оболочка желудка и кишечника, клубочки и почечные канальцы).

Некоторые синусоидальные сосудистые русла и часть ткани печени обогащены прерывистым эндотелием.

Характеристики

Эндотелий выполняет важные физиологические функции, включая контроль вазомоторного тонуса, перенос клеток крови, гемостатический баланс, проницаемость, пролиферацию, а также врожденную и адаптивную выживаемость и иммунитет.

С функциональной точки зрения, эндотелиальные клетки выполняют фундаментальную функцию деления. Обычно они находятся в состоянии «покоя», так как не активны с точки зрения пролиферации (их средняя продолжительность жизни может составлять более 1 года).

Их общие функции и функции эндотелия, который они составляют, можно разделить на: проницаемость, перемещение клеток крови и гемостаз.

Сотовый трафик и функции проницаемости

Эндотелий представляет собой полупроницаемую структуру, поскольку он должен обеспечивать транспортировку различных растворенных веществ и жидкостей в кровь и из нее. В нормальных условиях кровоток и кровоток через эндотелий непрерывный, в котором в основном участвует эндотелий капилляров.

Частью функции проницаемости капиллярного эндотелия является обеспечение прохождения лейкоцитов и некоторых медиаторов воспаления через сосуды, что достигается за счет экспрессии молекул и хемоаттрактантов в эндотелиальных клетках.

Следовательно, транспорт лейкоцитов из крови в подлежащие ткани включает каскады многоступенчатой ​​адгезии, включая начальную адгезию, перекатывание, остановку и трансмиграцию, происходящие почти исключительно в посткапиллярных венулах.

Благодаря своему участию в переносе клеток эндотелиальные клетки участвуют в процессах заживления и воспаления, где они участвуют в образовании новых сосудов из уже существующих. Это важный процесс восстановления тканей.

Функции в гемостазе

Эндотелий участвует в поддержании крови, жидкого состояния и в стимулировании ограниченного образования сгустков при нарушении целостности сосудистых стенок.

Эндотелиальные клетки экспрессируют факторы, которые ингибируют или способствуют коагуляции (антикоагулянты и коагулянты), в зависимости от конкретных сигналов, которые они получают на протяжении всей жизни.

Если бы эти клетки не были такими физиологически и структурно пластичными, как они, рост и восстановление тканей тела были бы невозможны.

Ссылки

1. Эйрд, WC (2007). Фенотипическая неоднородность эндотелия: I. Структура, функции и механизмы. Исследование обращения, 100, 158-173.
2. Эйрд, WC (2012). Гетерогенность эндотелиальных клеток. Перспективы Колд-Спринг-Харбор в медицине, 2, 1–14.
3. Альфонс, CS, и Родсет, RN (2014). Эндотелиальный гликокаликс: обзор сосудистого барьера. Анестезия, 69, 777–784.
4. Back, N., & Luzio, NR Di. (1977). Тромботический процесс в атерогенезе. (Б. Чандлер, К. Эурениус, Г. Макмиллан, К. Нельсон, К. Шварц и С. Весслер, ред.). Пленум Пресс.
5. Чи, Дж., Чанг, Х.Й., Харальдсен, Г., Янсен, Флорида, Троянская, О.Г., Чанг, Д.С., … Браун, ПО (2003). Разнообразие эндотелиальных клеток выявлено глобальным профилированием экспрессии. PNAS, 100 (19), 10623-10628.
6. Чой, JC, Гранвиль, ди-джей, Хант, DWC, и Макманус, BM (2001). Апоптоз эндотелиальных клеток: биохимические характеристики и потенциальные последствия для атеросклероза. J. Mol. Cell. Cardiol., 33, 1673-1690.
7. Cinemas, BDB, Поллак, Э.С., Бак, Калифорния, Лоскальцо, Дж., Циммерман, Джорджия, Макевер, Р.П., … Стерн, Д.М. (1998). Эндотелиальные клетки в физиологии и патофизиологии сосудистых заболеваний. Журнал Американского общества гематологии, 91 (10), 3527–3561.
8. Фахардо, Л. (1989). Сложность эндотелиальных клеток. Наградные статьи и специальные отчеты, 92 (2), 241–250.
9. Харбанда, РК, и Динфилд, Дж. Э. (2001). Функции здорового эндотелия. Заболевание коронарной артерии, 12, 485–491.
10. Рибатти, Д. (2007). Открытие эндотелиальных клеток-предшественников. Исторический обзор. Leukemia Research, 31, 439–444.
11. Рисау, В. (1995). Дифференциация эндотелия. Журнал FASEB, 9, 926–933.
12. ван Хинсберг, В. (2001). Эндотелий: сосудистый контроль гемостаза. Европейский журнал акушерства, гинекологии и репродуктивной биологии, 95, 198–201.
13. Винн Р. и Харлан Дж. (2005). Роль апоптоза эндотелиальных клеток при воспалительных и иммунных заболеваниях. Журнал тромбоза и гемостаза, 3, 1815–1824.