plik

Postępy Biochemii 59 (4) 2013

357

Mateusz Tomczyk
Witold Nowak
Agnieszka Jaźwa

Zakład Biotechnologii Medycznej, Wydział

Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii, Uniwer-

sytet Jagielloński, ul. Gronostajowa 7, 30-387

Kraków

Zakład Biotechnologii Medycznej, Wydział

Biochemii,

Biofizyki

Biotechnologii,

Uniwersytet Jagielloński; ul. Gronostajowa

7, 30-387 Kraków, e-mail: agnieszka.jazwa@

uj.edu.pl

Artykuł otrzymano 2 października 2013 r.

Artykuł zaakceptowano 25 listopada 2013 r.

Słowa kluczowe: angiogeneza, cukrzyca, dys-

funkcja śródbłonka, miażdżyca, stres oksyda-

cyjny

Wykaz skrótów: AGE (ang. advanced glycation

end-products) — końcowe produkty zaawanso-

wanej glikacji; BH

— tertrahydrobiopteryna;

EC (ang. endothelial cells) — komórki śródbłon-

ka; ECM (ang. extracellular matrix) — macierz

zewnątrzkomórkowa; ET — endotelina; NO

— tlenek azotu; NOS (ang. nitric oxide syntha-

se) — syntaza tlenku azotu; PGI

— prostacy-

klina; RFT — reaktywne formy tlenu; TXA

—

tromboksan A

; VEGF (ang. vascular endothelial

growth factor) — czynnik wzrostu śródbłonka

naczyń

Śródbłonek w fizjologii i patogenezie chorób

STRESZCZENIE

omórki śródbłonka wyścielają pojedynczą warstwą naczynia krwionośne, stanowiąc w

ten sposób pierwszą barierę pomiędzy krwią a tkankami. Komórki te pełnią liczne funk-

cje takie, jak regulacja napięcia ścian naczyń krwionośnych, kontrolowanie przepływu i ci-

śnienia krwi, utrzymywanie równowagi pomiędzy procesami krzepnięcia krwi i fibrynolizy,

udział w reakcjach układu odpornościowego oraz tworzenie nowych naczyń krwionośnych.

Zaburzenie którejkolwiek z tych funkcji śródbłonka może prowadzić do rozwoju różnych

chorób m.in. nadciśnienia tętniczego, miażdżycy i zakrzepicy naczyń, a także nowotworów.

WPROWADZENIE

Odkrycie i opisanie śródbłonka łączy się ściśle z odkryciem i poszerzaniem

wiedzy na temat układu krążenia. Historia zaczęła się w 1628 roku, kiedy opu-

blikowana została praca Williama Harveya „De Motu Cordis”, w której autor

przedstawił zjawisko krążenia krwi w naczyniach i wskazał serce jako narząd

wprawiający ją w ruch. Wkrótce tę wizję uzupełnił Marcello Malpighi, który opi-

sał krążenie w naczyniach włosowatych płuc żaby i fizyczne rozdzielenie krwi

od tkanek [1]. Kolejne istotne odkrycie miało miejsce w XIX wieku, kiedy Frie-

drich von Recklinghausen wykazał, że naczynia krwionośnie są wyścielone ko-

mórkami, a nie, jak uprzednio uważano, jedynie zanurzonymi w tkankach „ru-

rami”, którymi przepływa krew. U schyłku XIX wieku śródbłonek – pojedyncza

warstwa komórek wyścielających światło naczyń krwionośnych – opisywany

był zarówno jako aktywny układ komórek wydzielniczych, jak i selektywna, fi-

zyczna bariera oddzielająca mięśniówkę naczyniową od krwi [2]. Obecnie śród-

błonek jest coraz częściej nazywany „narządem rozproszonym”, stanowiącym

heterogenny, dynamiczny zespół komórek, który można też traktować jako gru-

czoł endokrynny. Funkcję fizycznej bariery w wyjątkowy sposób pełnią komórki

śródbłonka (EC, ang. endothelial cells) zlokalizowane w naczyniach mózgu, które

tworzą barierę krew-mózg. Jest to bariera fizyczna stworzona przez połączenia

ścisłe pomiędzy EC, która kieruje cały transport substancji z krwi na drogę trans-

komórkową, w odróżnieniu od pozostałych śródbłonków, gdzie taki transport

odbywa się głównie drogą parakomórkową [3].

U dorosłego człowieka śródbłonek liczy około dziesięć bilionów (10

) komó-

rek, tworząc tkankę o masie około 1 kg i polu powierzchni nawet do 7 m

[2].

Bierze on udział w wielu procesach fizjologicznych, takich jak regulacja przepły-

wu i ciśnienia krwi, synteza i wydzielanie czynników aktywnych biologicznie,

Rycina 1. Rola śródbłonka w utrzymaniu homeostazy naczyniowej.

358

www.postepybiochemii.pl

kontrola przepływu substancji odżywczych, angiogeneza

czy reakcje zapalne i odpornościowe (Ryc. 1) [2,4]. Komórki

śródbłonka zlokalizowane są w naczyniach krwionośnych,

które wyścielają od wewnątrz pojedynczą warstwą. Można

je również znaleźć w ścianach dużych naczyń, gdzie pełnią

funkcję vasa vasorum, tworząc układy mikrokrążenia zaopa-

trujące w krew komórki warstwy środkowej i zewnętrznej

naczyń [5]. Umiejscowienie komórek śródbłonka sprawia,

że to one tworzą pierwszą granicę z krwią i to im przypa-

da pierwszy kontakt z wędrującymi z krwi do tkanek ko-

mórkami i substancjami. Taka lokalizacja pozwala szybko

reagować na chemiczne i fizyczne bodźce i odpowiadać w

postaci zmiany syntezy molekuł adhezyjnych czy wydzie-

lania czynników regulujących między innymi zachowanie

komórek mięśniówki gładkiej naczyń (VSMC, ang. vascular

smooth muscle cells), ich proliferację i migrację, napięcie ścian

naczyń czy rozwój ogniska zapalnego [6]. Zaburzenie pra-

widłowego funkcjonowania komórek śródbłonka odgrywa

znaczącą rolę w powstawaniu i przebiegu wielu jednostek

chorobowych, takich jak miażdżyca, nadciśnienie, cukrzyca

czy choroba niedokrwienna serca i tętnic obwodowych [6].

Dysfunkcje śródbłonka mają również znaczenie w rozwoju

zmian nowotworowych [7].

ROLA ŚRÓDBŁONKA W UTRZYMANIU

HOMEOSTAZY NACZYNIOWEJ

ŚRÓDBŁONEK W REGULACJI NAPIĘCIA

ŚCIANY NACZYŃ KRWIONOŚNYCH

Bardzo ważną funkcją śródbłonka jest możliwość regula-

cji napięcia ściany naczyń krwionośnych poprzez wydziela-

nie różnych czynników powodujących wazorelaksację lub

wazokonstrykcję (Ryc. 2). Zdolność śródbłonka do wpływa-

nia na relaksację mięśniówki naczyniowej, została opisana

po raz pierwszy w 1980 roku, w pracy autorstwa Roberta

Furchgotta i Johna Zawadzkiego, w której autorzy postu-

lowali istnienie czynnika, któremu nadali nazwę śródbłon-

kowy czynnik rozluźniający (EDRF, ang. endothelial derived

relaxing factor) [8]. Niedługo później wykazano, że czynnik

ten to tlenek azotu (NO) [6], który jest wolnym rodnikiem o

aktywności biologicznej [2]. Może on kontrolować napięcie

ścian naczyń, stan naprężenia organów układu pokarmo-

wego, czy działać jako neuroprzekaźnik [9].

NO jest produktem reakcji katalizowanej przez syntazę

tlenku azotu (NOS, ang. nitric oxide synthase). Znane są trzy

izoenzymy NOS: neuronalna (nNOS), ulegająca ekspresji

w centralnym i obwodowym układzie nerwowym; indu-

kowalna (iNOS), która ulega ekspresji w wielu rodzajach

komórek pod wpływem różnych czynników, jak na przy-

kład czynnik martwicy nowotworu α (TNFα, ang. tumor

necrosis factor α) czy interleukina 1β (IL-1β) oraz śródbłon-

kowa (eNOS), której produkcję wykazano po raz pierw-

szy w komórkach śródbłonka, a później również między

innymi w komórkach wsierdzia i kardiomiocytach komór

serca [10,11]. Indukowalna syntaza tlenku azotu występuje

w formie dimeru, natomiast pozostałe dwa izoenzymy w

formach tetramerów, w których dodatkowymi podjednost-

kami są cząsteczki kalmoduliny, z których jedna przypada

na każdą cząsteczkę NOS. Ten fakt sprawia, że aktywność

nNOS i eNOS jest zależna, a iNOS jest niezależna od jonów

wapnia [10]. Każda cząsteczka NOS posiada stosunkowo

mocno związane kofaktory: (6R)-5,6,7,8-tetrahydrobiopte-

rynę (BH

), dinukleotyd flawinoadeninowy (FAD), mono-

nukleotyd flawinowy (FMN) oraz hem. W reakcji przez nie

katalizowanej dochodzi do utleniania azotu ugrupowania

guanidynowego L-argininy tlenem cząsteczkowym (O

), z

wykorzystaniem NADPH jako donora elektronów. Produk-

tami reakcji są L-cytrulina, NADP i tlenek azotu [10].

Śródbłonek uczestniczy w regulacji ciśnienia i przepływu

krwi przez uwalnianie związków o działaniu relaksacyj-

nym na mięśniówkę naczyń, takich jak NO, prostacyklina

(PGI

), śródbłonkowy czynnik hiperpolaryzujący (EDHF,

ang. endothelium derived hiperpolarizing factor) oraz czynni-

ków powodujących obkurczenie naczyń: endoteliny (ET),

tromboksanu A

(TXA

), angiotensyny II (ANG II), czynnika

aktywującego płytki (PAF, ang. platelet activating factor) czy

leukotrienów [2,4].

Interesującym faktem jest obecność w promotorze genu

Nos3 (kodującego białko eNOS) sekwencji rozpoznawanej

przez czynniki aktywowane przez naprężenia ścinające

(ang. shear stress). Dzięki temu prze-

pływ krwi wpływa na aktywację

transkrypcji genu Nos3 i w efekcie

prowadzi do wazodylatacji. Proces

ten wiąże się między innymi z me-

chanizmem regulacyjnym, odgrywa-

jącym istotną rolę w pozytywnych

skutkach treningu i ćwiczeń fizycz-

nych. Dochodzi wtedy do rozluźnie-

nia naczyń i zwiększenia przepływu

krwi [12].

Sam tlenek azotu działa na kilka

sposobów na układ naczyniowy.

NO jest nietrwały, a jego czas ży-

cia wynosi zaledwie kilka sekund.

Mimo to, bardzo szybko dociera do

komórek mięśniówki naczyniowej

ze względu na to, że jest silnie lipo-

filny, i po dotarciu na miejsce akty-

Rycina 2. Regulacja napięcia ściany naczyń krwionośnych. Śródbłonek za pośrednictwem wielu czynników wpły-

wa zarówno na relaksację, jak i skurcz mięśniówki naczyniowej. VSMC — komórki mięśniówki gładkiej naczyń;

PLT — płytki krwi; ACE — enzym konwertujący angiotensynę; ANG I i ANG II — angiotensyna I i II; EC — ko-

mórki śródbłonka.

Postępy Biochemii 59 (4) 2013

359

wuje rozpuszczalną cyklazę guanylanową, wiążąc się do

jej grupy prostetycznej, hemu [13]. W ten sposób, poprzez

stałe pobudzanie relaksacji mięśniówki naczyniowej, utrzy-

muje naprężenie ścian naczyń na podstawowym poziomie.

Ponadto, NO hamująco wpływa na przyleganie leukocytów

do śródbłonka. Upośledza również migrację i proliferację

komórek mięśni gładkich naczyń, jednocześnie stymulując

ruch i podziały komórek śródbłonka, co jest istotne podczas

odbudowy ściany uszkodzonego naczynia [2,14]. Kolejny

efekt, za który odpowiedzialny jest NO, to zapobieganie ak-

tywacji, agregacji i adhezji płytek krwi. Co więcej, wydaje

się, że NO może również pośrednio promować deagrega-

cję trombocytów poprzez upośledzanie aktywności kina-

zy 3-fosfatydyloinozytolu (PI3K). Zapobiega w ten sposób

zmianom konformacyjnym integryny α

IIb

IIIa

, umożliwia-

jącym oddziaływanie płytek krwi z fibrynogenem [2,14].

Dodatkowo, NO hamując syntezę P-selektyny w płytkach

krwi, blokuje napływ jonów wapnia do wnętrza trombocy-

tów i uniemożliwia zależną od jonów wapnia zmianę kon-

formacji integryny α

IIb

IIIa

[2].

Kolejnym czynnikiem powodującym relaksację naczyń

jest śródbłonkowy czynnik hiperpolaryzujący (EDHF). Po-

woduje on otwarcie kanałów potasowych komórek mięśni

gładkich, co prowadzi do zwiększonego wypływu jonów

potasu i hiperpolaryzacji ich błony komórkowej. Efekt wy-

wierany przez EDHF jest niezależny od tlenku azotu ani

prostacykliny, więc nie można go zablokować inhibitorami

NOS czy cyklooksygenazy, a jedynie za pomocą kombinacji

inhibitorów kanałów potasowych: apaminy z maurotoksy-

ną lub z TRAM-39 [15,16].

Kontrola napięcia mięśniówki gładkiej naczyń przez

śródbłonkową prostacyklinę (PGI

) jest również ściśle re-

gulowana. Prostacyklina nie jest stale produkowana, ani

przechowywana w komórkach, natomiast jej błyskawicz-

na synteza przez komórki śródbłonka jest odpowiedzią

na czynniki humoralne lub uszkodzenie mechaniczne [2].

PGI

jest eikozanoidem (lipidem, pochodną kwasu arachi-

donowego) o krótkim czasie życia, działającym parakryn-

nie na komórki. Receptor IP dla prostacykliny (sprzężony z

białkami G) jest obecny zarówno na płytkach krwi, jak i na

komórkach mięśni gładkich naczyń. PGI

może indukować

relaksację naczyń i hamować agregację płytek, jednak pełni

raczej funkcję koordynującą obkurczenie naczyń i agregację

płytek w uszkodzonych naczyniach, a nie regulującą pod-

stawowe naprężenie ścian naczyń [2,17]. Związkiem dzia-

łającym przeciwnie niż prostacyklina jest inny eikozanoid

- tromboxan A

(TXA

), produkowany głównie przez płytki

krwi, ale również przez komórki śródbłonka. TXA

powo-

duje silne obkurczenie naczyń, wzmożoną agregację płytek

krwi oraz rozrost mięśniówki naczyń [2,18].

Przeciwstawnie do prostacykliny działa również czynnik

aktywujący płytki (PAF, ang. platelet-activating factor). Jest

on fosfolipidem, nie podlega konstytutywnej produkcji, ani

nie jest przechowywany wewnątrz komórek, lecz podobnie

jak TXA

powstaje w odpowiedzi na czynniki humoralne i

stres mechaniczny. Działa on w sposób jukstakrynny, po-

zostaje przyłączony do powierzchni komórek śródbłonka i

tak oddziałuje z leukocytami. Receptor PAF jest receptorem

metabotropowym, sprzężonym z białkami G. PAF powodu-

je obkurczenie mięśniówki naczyniowej oraz promuje adhe-

zję leukocytów do śródbłonka [2,19].

Peptydy należące do rodziny endotelin pełnią wiele fizjo-

logicznych funkcji, takich jak modulowanie napięcia ścian

naczyń czy wpływ na proliferację. Znane są trzy endoteli-

ny: ET-1, ET-2 i ET-3, każda z nich jest peptydem liczącym

21 aminokwasów. Produkowane są przez wiele rodzajów

komórek [20]. Zdecydowanie najlepiej poznana jest ET-1,

powstająca w komórkach śródbłonka. W wyniku trans-

krypcji powstaje proendotelina-1, a późniejsza stymulacja

poprzez niedotlenienie czy naprężenia ścinające, prowadzi

do powstania aktywnego peptydu, przy udziale enzymu

konwertującego endotelinę [21]. Efekty ET-1 są wynikiem

oddziaływania z dwoma homologicznymi receptorami en-

dotelin A (ETA) i B (ETB). Są to powierzchniowe receptory

sprzężone z białkami G. Konsekwencją związania liganda

przez receptor jest wzrost wewnątrzkomórkowego stężenia

jonów wapnia w komórkach posiadających receptor [21].

Produkowana przez EC endotelina-1 w wyniku bodźca jest

wydzielana i wpływa na komórki mięśniówki naczynio-

wej przez receptor ETA, co prowadzi do obkurczenia na-

czynia. Co ciekawe, skurcz trwa przez jakiś czas nawet po

zakończeniu oddziaływania ET-1 z jej receptorem. Wynika

to ze znacznie dłużej utrzymującego się wewnątrz komórek

podniesionego stężenia Ca

[2]. Z drugiej strony aktywacja

receptora ETB zlokalizowanego na komórkach śródbłonka

sprzyja wydzielaniu NO i PGI

przez śródbłonek. NO po-

woduje zmniejszenie uwalniania ET-1 w sprzężeniu zwrot-

nym, zaś ET-1 hamuje iNOS [4]. Efekt przedłużonego skur-

czu wynikający z podniesionego poziomu jonów wapnia

w komórkach mięśni gładkich jest zaburzany przez tlenek

azotu, który skutecznie obniża poziom wapnia wewnątrz

komórek. Oddziaływanie endoteliny-1 z jej receptorami

przyczynia się do utrzymywania podstawowego napięcia

mięśniówki naczyniowej, jednocześnie doprowadzając do

wazokonstrykcji jedynie w obrębie naczyń, gdzie doszło

do znacznego pobudzenia EC do wydzielania endoteliny-1.

ET-1 jest również mitogenem dla komórek mięśni gładkich

[2,4].

Komórki śródbłonka uczestniczą w przekształcaniu

angiotensyny I do angiotensyny II. Proces ten jest częścią

układu renina-angiotensyna-aldosteron. Przekształcenie

zachodzi na powierzchni śródbłonka wewnątrz naczyń,

dzięki aktywności konwertazy angiotensyny (ACE, ang.

angiotensin converting enzyme). ACE jest zlokalizowana w

błonie komórkowej śródbłonka, szczególnie w mocno una-

czynionych organach, takich jak płuca [22]. Powstała an-

giotensyna II między innymi powoduje skurcz mięśniówki

naczyniowej i proliferację komórek mięśni gładkich, syn-

tezę i wydzielanie aldosteronu przez korę nadnerczy, a w

konsekwencji wzrost ciśnienia krwi spowodowany wazo-

konstrykcją i aktywnością aldosteronu, który zwiększa re-

sorpcję Na

w kanalikach dystalnych w nerkach i prowadzi

do zatrzymania wody w organizmie [23,24].

ŚRÓDBŁONEK A HEMOSTAZA

Istotną rolą śródbłonka jest zaangażowanie w regulację

krzepnięcia krwi, poprzez udział w utrzymywaniu odpo-

wiedniej równowagi pomiędzy czynnikami pro- i antyko-

360

www.postepybiochemii.pl

agulacyjnymi [25], tak by w prawidłowych naczyniach nie

dochodziło do krzepnięcia, a w uszkodzonych nie docho-

dziło do powstawania nadmiernego zakrzepu [4]. Na po-

wierzchni śródbłonka i w warstwie podśródbłonkowej znaj-

duje się proteoglikan, siarczan heparanu, o właściwościach

antykoagulacyjnych, który może pełnić funkcję kofaktora

inhibitora proteaz serynowych, w tym obecnej w osoczu an-

tytrombiny III (ATIII). Ta produkowana w wątrobie gliko-

proteina hamuje aktywność enzymów układu krzepnięcia

między innymi trombiny i czynników IXa, Xa, XIa i XIIa.

Heparyna przyspiesza oddziaływanie ATIII z proteazami

serynowymi, co stało się podstawą przeciwzakrzepowej

terapii heparynowej. Lokalnie powstająca w naczyniach

trombina jest inaktywowana przez ATIII, której niewielkie

ilości znajdują się na proteoglikanie komórek śródbłonka.

Siarczan heparanu zlokalizowany jest w dużych ilościach

warstwie podśródbłonkowej, a naruszenie integralności

ściany naczynia może powodować jego odsłonięcie [26].

Na powierzchni ECs, szczególnie obficie w mikronaczy-

niach płuc, znajduje się integralne białko błonowe trombo-

modulina, która oddziałując z trombiną obecną w osoczu

przyczynia się do zmiany jej konformacji. Tak aktywowana

trombina może działać jako jedyny czynnik mogący akty-

wować białko C, które z kolei w obecności kofaktora, białka

S, inaktywuje czynniki Va i VIIIa i działa antykoagulacjnie

[25,26]. Ponadto, wydzielana przez komórki śródbłonka

prostacyklina powoduje rozluźnienie komórek mięśni gład-

kich naczynia i zaburza oddziaływanie monocytów ze śród-

błonkiem [26].

PGI

i NO hamują agregację i adhezję płytek krwi [27].

Na aktywację płytek krwi może również wpływać ATP i

ADP. Ektonukleazy wytwarzane przez komórki śródbłon-

ka (ektodifosfataza i ektotrifosfataza adenozyny) rozkładają

ADP do inozyny, a ATP do adenozyny [28], w ten sposób

usuwając czynniki aktywujące płytki krwi. Co więcej, prze-

ciwzakrzepowa aktywność komórek śródbłonka polega

również na produkcji, wraz z komórkami wątroby, inhibito-

ra zewnątrzpochodnej drogi układu krzepnięcia zależnej od

czynnika tkankowego (TFPI, ang. tissue factor pathway inhi-

bitor), który w obecności czynnika Xa jest zdolny do hamo-

wania aktywności kompleksu czynnika tkankowego (TF,

ang. tissue factor) i czynnika VIIa [25]. Co ciekawe, poziom

TFPI w osoczu w przypadkach ostrej niewydolności wątro-

by jest niezmieniony, w przeciwieństwie do przypadków

zespołu rozsianego wykrzepiania wewnątrznaczyniowego

(DIC), gdzie odnotowano obniżony poziom TFPI, co może

wskazywać właśnie na śródbłonek jako główne źródło tego

inhibitora [26].

Z drugiej strony, komórki śródbłonka są, wraz z mega-

kariocytami, miejscem syntezy czynnika von Willebranda

(vWF), który odgrywa szczególną rolę w procesie adhezji

i agregacji płytek krwi. Czynnik ten jest stale uwalniany do

krwioobiegu, ale pewna jego pula jest również przechowy-

wana w cytoplazmie komórek śródbłonka w ciałkach We-

ibel-Palade’a. Znaleźć go można również w ziarnistościach

α w płytkach krwi oraz w podśródbłonkowej warstwie

tkanki łącznej [29]. VWF jest ligandem umożliwiającym

adhezję płytek krwi w miejscu uszkodzenia warstwy śród-

błonka naczynia i odsłonięcia tkanki łącznej, ponieważ wią-

że on powierzchniowe glikoproteiny płytek krwi i białka

warstwy podśródbłonkowej np. kolageny. Może również

wiązać VIII czynnik krzepnięcia i w ten sposób stabilizować

jego aktywność. Zmniejszona ilość i aktywność czynnika

vWF wywołuje objawy skazy krwotocznej, w tym krwawe

wylewy podskórne, wylewy do stawów i mięśni, liczne i

obfite krwawienia z dziąseł, nosa, lub po ekstrakcji zębów i

zabiegach chirurgicznych, które opisywane są jako choroba

von Willebranda [26,29].

Śródbłonek jest zaangażowany także w procesy fibryno-

lizy. W komórkach śródbłonka zachodzi synteza proteazy

serynowej, tkankowego aktywatora plazminogenu (t-PA),

który jest uwalniany do krwiobiegu. Uwolniony t-PA po-

przez ograniczoną proteolizę aktywuje plazminogen w

niewielkim stopniu, aż do momentu, gdy ma możliwość

oddziaływania z włóknikiem. Obecność włóknika zwiększa

zdolność t-PA do aktywacji plazminogenu nawet tysiąc-

krotnie. Tak powstająca plazmina może degradować białka

tworzące skrzep [30].

ŚRÓDBŁONEK W POWSTAWANIU NOWYCH

NACZYŃ KRWIONOŚNYCH

Naczynia krwionośne powstają na różne sposoby, albo w

drodze waskulogenezy, czyli de novo głównie w okresie roz-

woju zarodkowego, albo angiogenezy, a więc z naczyń już

istniejących, poprzez tworzenie odgałęzień przez migrujące

dojrzałe komórki śródbłonka (ang. sprouting angiogenesis)

lub przez podział wzdłuż długiej osi naczyń (ang. intus-

susceptive angiogenesis). Początkowo panował pogląd, że w

dorosłych organizmach zachodzą jedynie procesy angio-

genezy, a waskulogeneza jest charakterystyczna wyłącznie

dla rozwoju zarodkowego. W roku 1997 opisano jednak w

szpiku kostnym komórki funkcjonujące jak progenitorowe

komórki śródbłonka (EPCs, ang. endothelial progenitor cell)

[31,32]. Asahara i współodkrywcy EPCs scharakteryzowa-

li je jako komórki jednojądrzaste, pobierające acetylowane

cząsteczki LDL, wiążące lektyny oraz zdolne do adhezji do

białek macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM, ang. extra-

cellular matrix). W komórkach tych dochodzi do syntezy

CD31, CD34, eNOS, E-selektyny oraz receptora VEGF typu

2 (VEGFR-2) [33]. Wykazano też, że EPCs uwalniane są ze

szpiku kostnego, a krążąc we krwi mogą nie tylko wbudo-

wywać się w nowo powstające naczynia, ale również do

miejsc uszkodzenia [34]. Badania ostatnich lat pokazują jed-

nak, że EPC są raczej proangiogennymi monocytami, mogą-

cymi przyczyniać się do tworzenia nowych oraz regeneracji

uszkodzonych naczyń krwionośnych głównie w sposób pa-

rakrynny, wydzielając w miejscu uszkodzenia odpowiednie

czynniki wspomagające te procesy [35,36]. Stąd też ostatnio

częściej opisuje się je jako proangiogenne komórki pocho-

dzenia szpikowego (BMDC, ang. bone marrow-derived endo-

thelial cells).

Co ciekawe, Fang i współpracownicy opisali w 2012 roku

na łamach czasopisma PLoS Biology populację komórek

macierzystych śródbłonka naczyniowego rezydujących w

obrębie ściany naczyń [37]. Komórki te charakteryzują się

między innymi obecnością markerów śródbłonkowych

(CD31 i CD105), markerów komórek macierzystych (Sca-

1 i CD117 — c-kit), a jednocześnie nie wykazują obecności

markerów linii hematopoetycznych. Komórki śródbłonka

Postępy Biochemii 59 (4) 2013

361

wywodzące się z lokalnych komórek macierzystych śród-

błonka c-kit+ potrafią utworzyć funkcjonalne naczynia w

teście in vivo, oraz mają zdolność do samoodnowy. U my-

szy KitW-sh, u których synteza c-kit jest zaburzona, liczba

lokalnych komórek macierzystych śródbłonka jest niższa,

a wzrost i unaczynienie nowotworów niższe niż u myszy

typu dzikiego [37].

Proces angiogenezy przebiega w kilku etapach. Naj-

pierw, w odpowiedzi na NO i w wyniku działania czynni-

ka wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF, ang. vascular

endothelial growth factor), dochodzi do wazodylatacji oraz

do zwiększenia przepuszczalności naczyń krwionośnych.

Powoduje to wydostanie się białek osocza poza naczynia.

Przeciwstawne do VEGF działanie wykazuje angiopoety-

na 1, która wiążąc swój receptor Tie-2 uszczelnia naczynia

krwionośne [38]. Następnym etapem w procesie tworzenia

nowych naczyń jest rozluźnienie połączeń pomiędzy ko-

mórkami śródbłonka i rozpoczęcie trawienia macierzy ze-

wnątrzkomórkowej, któremu towarzyszy uwalnianie czyn-

ników proangiogennych zgromadzonych w ECM, takich jak

VEGF czy zasadowy czynnik wzrostu fibroblastów (bFGF,

ang. basic fibroblast growth factor) [38]. Następnie rozpoczyna

się migracja i proliferacja komórek śródbłonka, stymulowa-

na przez oddziaływanie VEGF z VEGFR-2. Migrujące ECs

tworzą odgałęzienie, a po czasie wykształcają światło no-

wego naczynia. Gdy dojdzie do powstania funkcjonalnego

naczynia, a przede wszystkim, gdy rozpocznie się przepływ

krwi, następują kolejne procesy dojrzewania naczynia, w

których dochodzi do rekrutacji perycytów i komórek mięśni

gładkich oraz stabilizacji naczynia [38].

Powstawanie nowych naczyń krwionośnych jest bar-

dzo złożonym procesem, ważnym dla organizmu. Odgry-

wa istotną rolę między innymi w gojeniu ran czy podczas

odbudowy endometrium po menstruacji, jednak może być

również procesem patologicznym istotnym w przerzutowa-

niu nowotworów czy rozwoju retinopatii [38]. Badanie roli

śródbłonka w angiogenezie i dokładne zrozumienie me-

chanizmów tego procesu może pozwolić na opracowanie

nowych terapii schorzeń, w których powstawanie naczyń

odgrywa istotną rolę.

DYSFUNKCJA ŚRÓDBŁONKA

W CHOROBACH CYWILIZACYJNYCH

MIAŻDŻYCA

Zaburzenia metaboliczne takie jak hiperlipidemia i hiper-

glikemia, a także palenie tytoniu czy sam proces starzenia

się, mogą prowadzić do zmiany funkcji komórek śródbłon-

ka i powstawania schorzeń, w tym miażdżycy. Miażdżyca

to złożona jednostka chorobowa rozwijająca się w ścianach

tętnic w odpowiedzi na różne czynniki uszkadzające na-

czynie, indukujące nadmierny stan zapalny i powodujące

pogrubienie i włóknienie ściany naczynia [39]. Zaburzenie

funkcji komórek śródbłonka jest istotne w powstawaniu

zmian chorobowych.

Do uszkodzenia naczyń często przyczynia się podwyż-

szony poziom cholesterolu we krwi. Stan ten może wyni-

kać zarówno z nadprodukcji lipoprotein w wątrobie, nie-

prawidłowej diety [40], czy zaburzenia pobierania lipopro-

tein z krwi spowodowanego mutacjami receptorów lub

ligandów uczestniczących w tym procesie [41]. Tworzenie

zmian miażdżycowych przebiega na ogół w podobny spo-

sób, szczególnie, gdy rozpatruje się obszary podatne na

rozwój schorzenia, takie jak zastawki serca, tętnice szyjne i

wieńcowe oraz łuk aorty. Do zmian przyczynia się również

sprzyjający miażdżycy turbulentny przepływ krwi [42].

Komórki śródbłonka bezpośrednio narażone na kontakt z

krwią bogatą w cholesterol i triglicerydy podlegają zmia-

nie fenotypu na tzw. fenotyp wydzielniczy (powiększenie

siateczki śródplazmatycznej i aparatu Golgiego, zmiany w

strukturze cytoszkieletu) [43]. Zmianie tej towarzyszy roz-

rost błony podstawnej. Dochodzi do akumulacji lipoprotein

β pod warstwą komórek śródbłonka, w przerośniętej błonie

podstawnej i poza nią; tam mogą one oddziaływać z prote-

oglikanami i białkami ECM, czy ulegać utlenieniu i innym

modyfikacjom. Do przeniesienia lipoprotein dochodzi na

drodze transcytozy. W czasie transportu modyfikowanych

lipoprotein do warstwy podśródbłonkowej może dochodzić

do ich degradacji w komórkach śródbłonka [44]. W efekcie

w ECs odkładają się duże ilości lipidów, co prowadzi do

powstawania tzw. komórek piankowatych pochodzenia

śródbłonkowego [45]. W zaawansowanej miażdżycy taki

wygląd przyjmują również inne komórki tworzące płytkę

miażdżycową, takie jak makrofagi czy komórki mięśniówki

gładkiej [43].

Długotrwałe zaburzenia gospodarki lipidowej mogą

prowadzić do powstawania reaktywnych form tlenu (RFT),

takich jak anionorodnik ponadtlenkowy czy nadtlenek wo-

doru, które są w stanie aktywować komórki śródbłonka, co

jest istotne w początkowych etapach rozwoju miażdżycy.

Wytwarzanie RFT w komórkach naczyń przez różne en-

zymy utleniające (oksydazy NADPH, lipoksygenazę, cyto-

chrom P450, oksygenazę hemową-1 (HO-1)) oraz w reak-

cjach rozprzęgania łańcucha oddechowego i przez rozprzę-

żony eNOS, jest równoważone przez aktywność enzymów

antyoksydacyjnych (katalazy, dysmutazy ponadtlenkowej,

peroksydazy glutationowej) [40,46].

Bardzo niebezpieczne jest zmniejszenie ilości tlenku

azotu w wyniku obniżenia aktywności i ekspresji lub roz-

przęgania eNOS [47]. To ostatnie zjawisko jest szczególnie

istotne, może bowiem prowadzić do przekazywania elek-

tronów z NADPH na tlen zamiast na L-argininę, co skut-

kuje powstaniem anionorodnika ponadtlenkowego zamiast

tlenku azotu. Przyczyną takiego przebiegu reakcji może być

niedostępność L-argininy, a także oksydacyjna degradacja

tetrahydrobiopteryny, kofaktora eNOS. Pula tlenku azo-

tu może ulec dalszej redukcji w wyniku reakcji NO z O

·-

w której powstaje nadtlenoazotyn (ONOO

), bardzo moc-

ny utleniacz. Wykazano, że może on hamować aktywność

syntazy prostacykliny, a więc upośledzać wazorelaksację

nie tylko wywoływaną przez tlenek azotu, ale także przez

PGI

. Co więcej, ONOO

może przyczyniać się do utleniania

, jeszcze bardziej rozprzęgając eNOS. Częściowo utle-

niona tetrahydrobiopteryna nie pełni roli kofaktora NOS,

ale współzawodnicząc z BH

dodatkowo zaburza produk-

cję NO [47].

Na rozwój miażdżycy znaczny wpływ ma również prze-

wlekły stan zapalny i nieprawidłowe działanie układu

362

www.postepybiochemii.pl

odpornościowego. W aktywowanych w toku choroby ko-

mórkach śródbłonka dochodzi do zwiększenia wydzielania

cytokin prozapalnych i produkcji molekuł adhezyjnych, co

prowokuje napływ komórek układu odpornościowego w

obszary zmienione miażdżycowo. Wnikanie makrofagów

czy limfocytów do uszkodzonego naczynia przyczynia

się do powiększania i destabilizacji blaszki miażdżycowej

[44,48]. Znaczny rozrost może powodować zaburzenia w

przepływie krwi przez naczynia. Co więcej, destabilizacja

blaszki może prowadzić do jej pęknięcia i powstawania za-

krzepów, których szkodliwość zależy od umiejscowienia. W

efekcie może dojść do niedrożności naczyń i niedotlenienia

obszarów zaopatrywanych w krew przez zatkane naczynia.

W najgorszym wypadku może to prowadzić do ostrego ze-

społu wieńcowego, uszkodzenia mięśnia sercowego i nawet

śmierci [5].

NADCIŚNIENIE TĘTNICZE

Rozwój nadciśnienia tętniczego jest bezpośrednio zwią-

zany z regulacją napięcia ścian naczyń krwionośnych przez

śródbłonek. Szczególnie ważne są czynniki powodujące

obkurczenie mięśniówki naczyniowej, takie jak endoteli-

na-1 czy TXA

[4]. Istotną rolę w patogenezie nadciśnienia

odgrywają reaktywne formy tlenu, zarówno poprzez pod-

noszenie ciśnienia krwi jak i wpływ na przebudowę ścian

naczyń. Zubożenie puli NO w warunkach stresu oksyda-

cyjnego prowadzi do zaburzenia funkcji śródbłonka, a RFT

mogą stymulować proliferację, migrację i apoptozę komó-

rek, wywołując jednocześnie stan zapalny [49]. Usunięcie

czynników wazorelaksacyjnych, czyli zaburzenie równo-

wagi pomiędzy mechanizmami relaksacji i skurczu naczyń

może prowadzić do przerostu ścian naczyń, utraty ich ela-

styczności i w konsekwencji do rozwoju zmian miażdżyco-

wych i nadciśnienia tętniczego [49].

CUKRZYCA

Przykładem schorzenia, w którego patologii istotną rolę

odgrywają komórki śródbłonka jest cukrzyca. Wyróżnić

można dwa główne rodzaje tej choroby: cukrzycę typu 1

(T1DM, ang. type 1 diabetes mellitus) i o wiele częstszą cu-

krzycę typu 2 (T2DM, ang. type 2 diabetes mellitus). U pod-

łoża T1DM leży autoreaktywność układu odpornościo-

wego, która prowadzi do zniszczenia komórek β trzustki,

produkujących insulinę i kontrolujących stężenie glukozy

we krwi [50]. Rozwój T2DM jest natomiast spowodowany

insulinoopornością, której wynikiem są zaburzenia meta-

bolizmu i wchłaniania glukozy. Zwiększona produkcja in-

suliny, mająca kompensować oporność, prowadzi do trwa-

łego uszkodzenia, a następnie apoptozy komórek trzustki

i nieodwracalnego obniżenia produkcji hormonu. Efektem

jest hiperglikemia prowadząca do powikłań cukrzycowych

takich jak stopa cukrzycowa, nefropatia, neuropatia, czy

retinopatia cukrzycowa [51]. Przy hiperglikemii glukoza

jest wykorzystywana do syntezy ATP, jednocześnie jednak

dochodzi do znacznie zwiększonej produkcji reaktywnych

form tlenu, co prowadzi do dysfunkcji komórek śródbłonka.

Istotną rolę w powstawaniu RFT odgrywa szlak sorbitolu,

w którym reduktaza aldozowa katalizuje przekształcenie

glukozy w sorbitol. W procesie tym zużywany jest NAD(P)

H pochodzący ze szlaku pentozofosforanowego. W warun-

kach hiperglikemii przemiany glukozy w sorbitol ulegają

intensyfikacji, a jednocześnie reduktaza aldozowa zużywa

więcej NAD(P)H. Wpływa to na pojemność przeciwutlenia-

jącą komórek poprzez wyczerpanie zapasów zredukowane-

go glutationu i w konsekwencji zahamowanie aktywności

peroksydazy glutationowej [52]. W cukrzycy, zwłaszcza

źle wyrównanej, nadmiar glukozy przyczynia się także do

niespecyficznej glikozylacji białek i tworzenia końcowych

produktów zaawansowanej glikacji (AGE, ang. advanced

glycation end-products). To właśnie RFT i AGE zaburzają

funkcjonowanie komórek śródbłonka poprzez ograniczenie

biodostępności tlenku azotu, wzmożoną produkcję wol-

nych rodników, czynników wzrostowych i cytokin proza-

palnych. Zwiększają także syntezę molekuł adhezyjnych, co

prowadzi do nadmiernej migracji komórek układu odpor-

nościowego i adhezji płytek krwi, przyczyniając się do po-

wstawania zmian miażdżycowych i zmniejszenia elastycz-

ności naczyń [31]. Ponadto, w wielu badaniach wykazano

upośledzenie mobilizacji i funkcji komórek EPC/BMDC

spowodowane hiperglikemią [53-57]. Komórki wykazywa-

ły mniejszą produkcję eNOS i VEGF, charakteryzowały się

upośledzoną migracją, osłabioną odpowiedzią na stromal-

ny czynnik wzrostu-1 (SDF-1, ang. stromal cell-derived factor

1), mniejszym potencjałem angiogennym oraz prozapalnym

fenotypem (zwiększoną produkcją IL-12 i wydajniejszą niż

w wypadku komórek osób zdrowych aktywacją limfocytów

T) [58]. To wszystko może przyczyniać się do powstawania

powikłań cukrzycowych, w tym powstawania trudno goją-

cych się ran i owrzodzeń [31].

Innym istotnym powikłaniem cukrzycy są mikroangio-

patie, takie jak retinopatia cukrzycowa. Kapilary w siatków-

ce oka zostają uszkodzone w dużej mierze w wyniku zabu-

rzenia oddziaływania pericytów z komórkami śródbłonka.

Niewłaściwe funkcjonowanie kapilar prowadzi do niedo-

tlenienia, zwiększającego produkcję VEGF w siatkówce.

W konsekwencji dochodzi do rozrostu niefunkcjonalnych

kapilar, które zaburzają strukturę siatkówki. Powstałe na-

czynia charakteryzują się zwiększoną przepuszczalnością,

co nasila procesy zapalne. Zmiany te mogą prowadzić do

utraty wzroku [59].

Nefropatie i neuropatie to także przykłady naczyniowych

powikłań cukrzycowych. W nefropatii dochodzi do niepra-

widłowej angiogenezy w kłębuszkach nerkowych spowo-

dowanej zwiększoną produkcją VEGF, co w konsekwencji

może prowadzić do przewlekłej niewydolności nerek [59].

W wypadku neuropatii AGE wpływają na metaloproteina-

zy macierzy zewnątrzkomórkowej, które mogą uszkadzać

włókna nerwowe oraz na monocyty i komórki śródbłon-

ka, powodując zwiększenie produkcji cytokin i cząsteczek

adhezyjnych. Prawdopodobnie pogrubienie i hialinizacja

ścian małych naczyń może powodować niedotlenienie ner-

wów. Wszystko to przyczynia się do uszkadzania neuro-

nów i rozwoju neuropatii objawiających się między innymi

bólem i zaburzeniami czucia [60].

NOWOTWORY

Procesy angiogenezy i limfangiogenezy prowadzą do

powstawania naczyń krwionośnych również w obrębie

guzów nowotworowych. Może to być warunek niezbędny

Postępy Biochemii 59 (4) 2013

363

do przyspieszenia wzrostu guza oraz ułatwienia przerzu-

towania drogą naczyniową bądź chłonną. Budowa naczyń

zaopatrujących w krew guzy jest na ogół inna niż w wy-

padku zwykłych naczyń. Mają one chaotyczny przebieg i

nieprawidłową morfologię, bardzo często charakteryzują

się zwiększoną przepuszczalnością. Komórki śródbłonka

mają nieregularne kształty i często tworzą wypustki sięga-

jące poza naczynie lub przechodzące przez jego światło. W

niektórych nowotworach istotną rolę może też odgrywać

mimikra naczyniowa, gdy komórki nowotworowe współ-

tworzą naczynia guza lub tworzą kanały przypominające

funkcjonalnie naczynia krwionośne [7].

PODSUMOWANIE

Śródbłonek w pełni zasługuje na miano organu. Spełnia

wiele funkcji służących utrzymaniu homeostazy, regulując

przepływ i ciśnienie krwi, syntezę i wydzielanie czynników

aktywnych biologicznie, kontrolując przepływ substancji

odżywczych, angiogenezę czy reakcje zapalne i odporno-

ściowe. To właśnie wielofunkcyjność śródbłonka sprawia,

że nieprawidłowości w jego działaniu przyczyniają się do

zaburzeń prowadzących do rozwoju różnych stanów choro-

bowych, takich jak choroba von Willebranda, nadciśnienie

tętnicze, choroba niedokrwienna serca, czy miażdżyca tęt-

nic obwodowych. Śródbłonek odgrywa też decydującą rolę

w rozwoju powikłań cukrzycy oraz w unaczynianiu guzów

nowotworowych. Pomimo, że wiedza na temat śródbłonka

jest już obecnie bardzo rozległa wciąż konieczne są badania

pozwalające lepiej poznać mechanizmy molekularne regu-

lujące poszczególne aktywności komórek śródbłonkowych.

Ich zrozumienie jest również niezbędne przy opracowywa-

niu nowych terapii i leków.

PIŚMIENNICTWO

1. Fishman AP (1982) Endothelium: a distributed organ of diverse capa-

bilities. Ann N Y Acad Sci 401: 1-8

2. Cines DB, Pollak ES, Buck CA, Loscalzo J, Zimmerman GA, McE-

ver RP, Pober JS, Wick TM, Konkle BA, Schwartz BS, Barnathan ES,

McCrae KR, Hug BA, Schmidt AM, Stern DM (1998) Endothelial cells

in physiology and in the pathophysiology of vascular disorders. Blood

91: 3527-3561

3. Abbott NJ, Rönnbäck L, Hansson E (2006) Astrocyte-endothelial inte-

ractions at the blood-brain barrier. Nat Rev Neurosci 7: 41-53

4. Wnuczko K, Szczepański M (2007) Śródbłonek - charakterystyka i

funkcje. Pol Merkur Lekarski 23: 60-65

5. Lerman A, Zeiher AM (2005) Endothelial function: cardiac events. Cir-

culation 111: 363-368

6. Deanfield JE, Halcox JP, Rabelink TJ (2007) Endothelial function and

dysfunction: testing and clinical relevance. Circulation 115: 1285-1295

7. Dudley AC (2012) Tumor endothelial cells. Cold Spring Harbor Per-

spectives in Medicine 2: a006536

8. Furchgott RF, Zawadzki JV (1980) The obligatory role of endothelial

cells in the relaxation of arterial smooth muscle by acetylcholine. Na-

ture 288: 373-376

9. Forstermann U, Kleinert H (1995) Nitric oxide synthase: expression

and expressional control of the three isoforms. Naunyn Schmiede-

bergs Arch Pharmacol 352: 351-364

10. Alderton WK, Cooper CE, Knowles RG (2001) Nitric oxide synthases:

structure, function and inhibition. Biochem J 357: 593-615

11. Felaco M, Grilli A, De Lutiis MA, Patruno A, Libertini N, Taccardi AA,

Di Napoli P, Di Giulio C, Barbacane R, Conti P (2001) Endothelial ni-

tric oxide synthase (eNOS) expression and localization in healthy and

diabetic rat hearts. Ann Clin Lab Sci 31: 179-186

12. Venema RC, Nishida K, Alexander RW, Harrison DG, Murphy TJ

(1994) Organization of the bovine gene encoding the endothelial nitric

oxide synthase. Biochim Biophys Acta 1218: 413-420

13. Bellamy TC, Wood J, Garthwaite J (2002) On the activation of soluble

guanylyl cyclase by nitric oxide. Proc Natl Acad Sci USA 99: 507-510

14. Pigazzi A, Heydrick S, Folli F, Benoit S, Michelson A, Loscalzo J (1999)

Nitric oxide inhibits thrombin receptor-activating peptide-induced

phosphoinositide 3-kinase activity in human platelets. J Biol Chem

274: 14368-14375

15. Hinton JM, Langton PD (2003) Inhibition of EDHF by two new com-

binations of K

-channel inhibitors in rat isolated mesenteric arteries.

British J Pharmacol 138: 1031-1035

16. Ozkor MA, Quyyumi AA (2011) Endothelium-derived hyperpolari-

zing factor and vascular function. Cardiol Res Pract 2011: 156146

17. Katusic ZS, Santhanam AV, He T (2012) Vascular effects of prostacyc-

lin: does activation of PPARδ play a role? Trends Pharmacol Sci 33:

559-564

18. Ting HJ, Murad JP, Espinosa EVP, Khasawneh FT (2012) Thromboxa-

ne A2 receptor: biology and function of a peculiar receptor that rema-

ins resistant for therapeutic targeting. J Cardiovasc Pharmacol Ther 17:

248-259

19. Pober JS, Sessa WC (2007) Evolving functions of endothelial cells in

inflammation. Nat Rev Immunol 7: 803-815

20. Drawnel FM, Archer CR, Roderick HL (2013) The role of the paracri-

ne/autocrine mediator endothelin-1 in regulation of cardiac contracti-

lity and growth. Br J Pharmacol 168: 296-317

21. Jain A (2013) Endothelin-1-induced endoplasmic reticulum stress in

disease. J Pharmacol Exp Ther 346: 163-172

22. Bernstein KE, Ong FS, Blackwell W-LB, Shah KH, Giani JF, Gonzalez-

-Villalobos RA, Shen XZ, Fuchs S, Touyz RM (2013) A modern under-

standing of the traditional and nontraditional biological functions of

angiotensin-converting enzyme. Pharmacol Rev 65: 1-46

23. Unger T (2002) The role of the renin-angiotensin system in the deve-

lopment of cardiovascular disease. Amer J Cardiol 89: 3A-9A

24. Briet M, Schiffrin EL (2010) Aldosterone: effects on the kidney and car-

diovascular system. Nature Rev Nephrol 6: 261-273

25. Aird WC (2004) Natural anticoagulant inhibitors: activated Protein C.

Best Pract Res Clin Haematol 17: 161-182

26. Wu KK, Thiagarajan P (1996) Role of endothelium in thrombosis and

hemostasis. Annu Rev Med 47: 315-331

27. Rubanyi GM (1993) The role of endothelium in cardiovascular home-

ostasis and diseases. J Cardiovasc Pharmacol 22 Suppl 4: S1-14

28. Yegutkin GG, Henttinen T, Samburski SS, Spychala J, Jalkanen S (2002)

The evidence for two opposite, ATP-generating and ATP-consuming,

extracellular pathways on endothelial and lymphoid cells. Biochem J

367: 121-128

29. Sadler JE (1998) Biochemistry and genetics of von Willebrand factor.

Annu Rev Biochem 67: 395-424

30. Dobrovolsky AB, Titaeva EV (2002) The fibrinolysis system: regulation

of activity and physiologic functions of its main components. Bioche-

mistry Mosc 67: 99-108

31. Kotlinowski J, Kozakowska M (2010) Cukrzyca a komórki progenito-

rowe śródbłonka. Post Biol Kom 37: 153-165

32. Carmeliet P (2003) Angiogenesis in health and disease. Nat Med 9: 653-

660

33. Asahara T, Murohara T, Sullivan A, Silver M, van der Zee R, Li T,

Witzenbichler B, Schatteman G, Isner JM (1997) Isolation of putative

progenitor endothelial cells for angiogenesis. Science 275: 964-967

34. Asahara T, Masuda H, Takahashi T, Kalka C, Pastore C, Silver M, Ke-

arne M, Magner M, Isner JM (1999) Bone marrow origin of endothelial

progenitor cells responsible for postnatal vasculogenesis in physiolo-

gical and pathological neovascularization. Circ Res 85: 221-228

35. Rohde E, Malischnik C, Thaler D, Maierhofer T, Linkesch W, Lanzer G,

Guelly C, Strunk D (2006) Blood monocytes mimic endothelial proge-

nitor cells. Stem Cells 24: 357-367

364

www.postepybiochemii.pl

Endothelium in physiology and pathogenesis of diseases

Mateusz Tomczyk, Witold Nowak, Agnieszka Jaźwa

Department of Medical Biotechnology, Faculty of Biochemistry, Biophysics and Biotechnology, Jagiellonian University, 7 Gronostajowa St., 30-387

Krakow, Poland

e-mail: agnieszka.jazwa@uj.edu.pl

Key words: angiogenesis, diabetes, dysfunction of endothelium, atherosclerosis, oxidative stress

ABSTRACT

Vascular endothelium is the layer of cells that line blood vessels and serve as the primary barrier between the blood and the tissues. These

cells play many important functions such as regulation of the vascular tone, blood flow and pressure control, maintaining the balance be-

tween thrombosis and fibrinolysis, participation in immune system reactions and new blood vessels formation. Disturbance in any of these

functions may contribute to the development of different diseases such as for e.g. hypertension, atherosclerosis and deep vein thrombosis, as

well as cancer.

36. Pearson JD (2010) Endothelial progenitor cells - an evolving story. Mi-

crovasc Res 79: 162-168

37. Fang S, Wei J, Pentinmikko N, Leinonen H, Salven P (2012) Generation

of functional blood vessels from a single c-kit+ adult vascular endothe-

lial stem cell. PLoS Biol 10: e1001407

38. Carmeliet P (2000) Mechanisms of angiogenesis and arteriogenesis.

Nat Med 6: 389-395

39. Libby P, Ridker PM, Maseri A (2002) Inflammation and atherosclero-

sis. Circulation 105: 1135-1143

40. Stapleton PA, Goodwill AG, James ME, Brock RW, Frisbee JC (2010)

Hypercholesterolemia and microvascular dysfunction: interventional

strategies. J Inflamm (Lond) 7: 54

41. Gill PJ, Harnden A, Karpe F (2012) Familial hypercholesterolaemia.

BMJ 344: e3228

42. Malek AM, Alper SL, Izumo S (1999) Hemodynamic shear stress and

its role in atherosclerosis. JAMA 282: 2035-2042

43. Simionescu M (2007) Implications of early structural-functional chan-

ges in the endothelium for vascular disease. Arterioscler Thromb Vasc

Biol 27: 266-274

44. Sitia S, Tomasoni L, Atzeni F, Ambrosio G, Cordiano C, Catapano A,

Tramontana S, Perticone F, Naccarato P, Camici P, Picano E, Cortigiani

L, Bevilacqua M, Milazzo L, Cusi D, Barlassina C, Sarzi-Puttini P, Tu-

riel M (2010) From endothelial dysfunction to atherosclerosis. Autoim-

mun Rev 9: 830-834

45. Yu X-H, Fu Y-C, Zhang D-W, Yin K, Tang C-K (2013) Foam cells in

atherosclerosis. Clin Chim Acta 424: 245-252

46. Bonomini F, Tengattini S, Fabiano A, Bianchi R, Rezzani R (2008) Athe-

rosclerosis and oxidative stress. Histol Histopathol 23: 381-390

47. Karbach S, Wenzel P, Waisman A, Münzel T, Daiber A (2013) eNOS

uncoupling in cardiovascular diseases - the role of oxidative stress and

inflammation. Curr Pharm Des, w druku

48. Sima AV, Stancu CS, Simionescu M (2009) Vascular endothelium in

atherosclerosis. Cell Tissue Res 335: 191-203

49. Schulz E, Gori T, Munzel T (2011) Oxidative stress and endothelial

dysfunction in hypertension. Hypertension Res 34: 665-673

50. Bluestone JA, Herold K, Eisenbarth G (2010) Genetics, pathogenesis

and clinical interventions in type 1 diabetes. Nature 464: 1293-1300

51. Fowler MJ (2008) Microvascular and macrovascular complications of

diabetes. Clin Diabetes 26: 77-82

52. Forbes JM, Cooper ME (2013) Mechanisms of diabetic complications.

Physiol Rev 93: 137-188

53. Tamarat R, Silvestre J-S, Le Ricousse-Roussanne S, Barateau V, Le-

comte-Raclet L, Clergue M, Duriez M, Tobelem G, Lévy BI (2004) Im-

pairment in ischemia-induced neovascularization in diabetes: bone

marrow mononuclear cell dysfunction and therapeutic potential of

placenta growth factor treatment. Am J Pathol 164: 457-466

54. Kränkel N, Adams V, Linke A, Gielen S, Erbs S, Lenk K, Schuler G,

Hambrecht R (2005) Hyperglycemia reduces survival and impairs

function of circulating blood-derived progenitor cells. Arterioscler

Thromb Vasc Biol 25: 698-703

55. Fadini GP, Miorin M, Facco M, Bonamico S, Baesso I, Grego F, Mene-

golo M, de Kreutzenberg SV, Tiengo A, Agostini C, Avogaro A (2005)

Circulating endothelial progenitor cells are reduced in peripheral va-

scular complications of type 2 diabetes mellitus. J Am Coll Cardiol 45:

1449-1457

56. Segal MS, Shah R, Afzal A, Perrault CM, Chang K, Schuler A, Beem

E, Shaw LC, Li Calzi S, Harrison JK, Tran-Son-Tay R, Grant MB (2006)

Nitric oxide cytoskeletal-induced alterations reverse the endothelial

progenitor cell migratory defect associated with diabetes. Diabetes 55:

102-109

57. Zhang W, Wang X, Hu R (2008) Effects of high glucose plus high in-

sulin on proliferation and apoptosis of mouse endothelial progenitor

cells. Inflamm Res 57: 571-576

58. Loomans CJ, Van Haperen R, Van Zonneveld AJ (2009) Differentiation

of bone marrow-derived endothelial progenitor cells is shifted into a

proinflammatory phenotype by hyperglycemia. Mol Med 15: 152-159

59. Xu L, Kanasaki K, Kitada M, Koya D (2012) Diabetic angiopathy and

angiogenic defects. Fibrogenesis Tissue Repair 5: 13

60. Deretic V (2012) Autophagy as an innate immunity paradigm: expan-

ding the scope and repertoire of pattern recognition receptors. Curr

Opin Immunol 24: 21-31