LEK_H2_CW_7

Acetylocholina

Histamina

Bradykinina

Substancja P

ET1
ET2
ET3

PGI

Angiotensyna I

Angiotensyna II

Konwertaza

KOMPLEKSY AKTYNA

MIOZYNA

CIA

KA WEIBELA

PALADE

’

A (

czynnik VIII krzepni

cia)

WICZENIE 22(7). 31 marca i 1, 2 kwietnia 2010 r.

Temat: Układ kr

ąŜ

enia.

1. Serce (preparat nr 33).
2. Aorta barwiona rezorcyn

fuksyn

(preparat nr 31).

3.Aorta barwiona hematoksylin

– eozyn

(preparat nr 30).

yła i t

tnica

redniego kalibru (preparat nr 29).

5. Naczynia włosowate krezka (preparat nr 28).
6.

yła nasienna, komórki epitelioidalne (preparat nr 24).

7. Regulacja rozwoju i regeneracji naczy

krwiono

nych (tekst z rycinami 22/1).

8. Schemat naczynia włosowatego (schemat 22/2).
9. Naczynie włosowate siatkówki (EM 22/3 - powi

kszenie 10 tys. razy).

10. Model reologiczny aorty (schemat 22/4).
11. Schemat budowy

cian t

tnic typu spr

ęŜ

ystego (schemat 22/5).

12. Model reologiczny t

tnic typu mi

ęś

niowego (schemat 22/6).

13. Schemat budowy

cian t

tnic typu mi

ęś

niowego (schemat 22/7).

14. Udział komórek

ródbłonka w regulacji skurczu mi

ęś

niówki gładkiej naczy

krwiono

nych (schemat 22/8).

15. Ciałka Weibel Palade'a (EM 22/9).
16. Komórki epitelioidalne w anastomozach t

tniczo-

ylnych (Tekst 22/10).

17. Czynnik wzrostu

ródbłonka (tekst 22/11).

Tekst z rycinami 22/1.

REGULACJA ROZWOJU I REGENERACJI NACZY

KRWIONO

NYCH

Układ krwiono

ny stanowi wa

ny element spajaj

cy poszczególne tkanki i narz

dy w jeden organizm.

Cały

układ

krwiono

podobnie

jak

układ

limfatyczny

jest

wysłany

nabłonkiem

pochodzenia

mezenchymatycznego (

ródbłonkiem). Komórki

ródbłonka, ogl

dane od strony

wiatła naczynia, maj

kształt

wydłu

onych wielok

tów (najcz

ęś

ciej sze

ciok

tów) o wymiarach ok. 10 x 30

m, z osi

dług

równoległ

do osi

naczynia. Grubo

ść

cytoplazmy wynosi ok. 0,2

m, a cytoplazmy i j

dra ok. 3

rednica naczy

włosowatych jest

porównywalna z wielko

erytrocytów, co zapewnia efektywn

wymian

gazów (rycina 1 i 2 w materiałach). Niektóre

komórki

ródbłonka

ył, t

tnic i kapilar (np. w mózgu, grasicy) tworz

poł

czenia typu occludens i neksus, które sprawiaj

e jest on szczelny (wymiana substancji odbywa si

poprzez transcytoz

). Przechodzenie jonów mi

dzy komórkami

zapewniaj

poł

czenia typu neksus. Poł

czenia te ulegaj

czasem zerwaniu, zwłaszcza podczas migracji komórek

macierzystych zwi

zanej z tworzeniem nowych naczy

, prawidłowych oraz patologicznych nowotworu (w tych ostatnich

zwykle nie ulegaj

ponownemu odtworzeniu). Tak

e VEGF oraz działaj

ca z nim synergistycznie Ang-2 powoduj

rozszerzenie tych poł

cze

natomiast Ang-1 działa przeciwnie. W przypadku braku tej kostymulacji mo

e doj

ść

obumarcia komórek

ródbłonka.

ródbłonek, szczególnie kapilar i małych t

tnic zawiera liczne pory, powstałe przez fuzj

cherzyków, słu

Ŝą

ce do

transportu makrocz

steczek. Swoistymi strukturami cytoplazmy endotelium

wsierdzia, t

tnic i

ył s

pałeczkowate twory o wymiarze 0,2 x 0,4

otoczone błon

– ciałka Weibela-Palade’a. Zawieraj

białko von

Willebranda oraz mikrotubule.

ródbłonek, dzi

ki obecno

ci kompleksów

aktyny i miozyny, ma zdolno

ść

kurczenia si

. Dzi

ki temu zwi

ksza si

jego przepuszczalno

ść

. Na wolnej powierzchni komórek, szczególnie nad

drami, znajduj

grupy mikrokosmków, a w błonie komórkowej liczne

glikoproteiny.

ródbłonek bierze udział w transporcie gazów i substancji

chemicznych, w sposób bierny – zgodny z gradientem st

ęŜ

(np. O

) lub czynny – głównie przez transcytoz

. Przez pory oraz przestrzenie mi

dzykomórkowe mog

przechodzi

leukocyty i erytrocyty – diapedeza.
Komórki syntetyzuj

i uwalniaj

hormony miejscowe: prostacyklin

PGI

(przeciwdziała agregacji płytek i rozszerza naczynia), inne prostaglandyny oraz
endoteliny ET-1, ET-2, ET-3 (21-aminokwasowe peptydy powstaj

ce z 200-

aminokwasowych proendotelin, kurcz

ce mi

ęś

niówk

naczy

oraz b

mitogenami).

ródbłonek wytwarza równie

tlenek azotu NO, przez który działaj

rozkurczaj

co na naczynia takie substancje jak: acetylocholina, histamina,

bradykinina, substancja P i inne.
Endotelium wydziela tak

e Ang1 i Ang2 oraz konwertaz

powoduj

przej

cie

angiotensyny-1 w angiotensyn

-2.

PDGFB, uwalniany z ECs po stymulacji VEGF, wpływa głównie na tworzenie
si

i dojrzewanie

ciany naczy

Wzajemna interakcja pomi

dzy otaczaj

cymi tkankami a komórkami

ródbłonka jest jednym z podstawowych procesów odpowiedzialnym za ró

nicowanie oraz prawidłowe funkcje organów

ludzkiego ciała.

Najwa

niejszym czynnikiem wpływaj

cym na angiogenez

jest VEGF (czynnik wzrostu

ródbłonka naczy

–

vascular endothelial growth factor). Pierwsze wzmianki o istnieniu substancji stymuluj

cej angiogenez

pojawiły si

1948 roku, po badaniach Michaelsona nad powstawaniem naczy

siatkówki. W latach osiemdziesi

tych, po wyizolowaniu

jej przez Sengera i współpracownicy, z tkanek nowotworowych w 1983 roku, substancja ta znana była jako czynnik
przepuszczalno

ci naczy

(VPF – vascular permeability factor – ze wzgl

du na wyst

puj

ce rozszczelnienie

ródbłonka

po zadziałaniu nim na naczynia). Natomiast za dat

odkrycia funkcji angiogenetycznych VPF oraz nadania mu obecnej

nazwy przyjmuje si

rok 1989 (badania prowadzone w laboratoriach Uniwersytetu San Francisco i firmy Genentech).

VEGF jest wydzielany przez liczne komórki, m.in. przez włókna obwodowych nerwów czuciowych w skórze płodu,

cherzyki płucne czy poddane działaniu hipoksji astrocyty w czasie tworzenia si

naczy

siatkówki. Receptory dla niego

znajduj

głównie na komórkach

ródbłonka. Stanowi on czynnik toruj

cy dla tworz

cych si

naczy

Poza VEGF, który jest ogólnoustrojowym czynnikiem angiogenetycznym, istniej

tak

e tkankowo-specyficzne

czynniki wzrostu, takie jak EG-VEGF (endocrine gland VEGF) wydzielany tylko przez gruczoły produkuj

ce hormony

sterydowe (np. kora nadnerczy) oraz działaj

cy proliferacyjnie głównie na naczynia tych narz

dów (ale nie na

ródbłonek

aorty, naczy

powinowych czy skóry). By

e zostan

wkrótce odkryte tak

e czynniki specyficzne dla innych

narz

dów.

Regulacja rozwoju naczy

na przykładzie tkanki nerwowej.

Przykładem wzajemnego oddziaływania

ródbłonka i tkanki nerwowej mog

wiadczenia z

przeszczepianiem tkanki mózgowej z naczyniami do innych tkanek oraz naczy

obwodowych do mózgu. W pierwszym

przypadku zmniejszała si

liczba poł

cze

cisłych mi

dzy ECs (endothelial cells, komórki

ródbłonka) oraz zwi

kszała

przepuszczalno

ść

naczy

, w drugim - nabierały charakteru naczy

mózgowych (obwódki zamykaj

ce occludens i

przylegania adherens miedzy komórkami

ródbłonka, ci

gła i dobrze rozwini

ta błona podstawna) wraz z wytworzeniem

bariery krew-mózg.

Równie

w dojrzałym hipokampie istnieje współdziałanie

ródbłonka oraz neuronów. W miejscach podziału

naczy

oraz na ko

cach kapilar istniej

konglomeraty neuroblastów, gleju i angioblastów, mog

ce by

ródłem nowych

neuronów w dorosłym organizmie.
Wydaje si

e czynniki wydzielane przez ECs, jak np. BDNF (brain-derived neurotrophic factor, mózgowy czynnik

neurotroficzny), s

konieczne do prze

ycia, migracji, wzrostu oraz dojrzewania neuronów. Wytwarzanie BDNF przez

ródbłonek stymulowane jest przez VEGF.

Nerwy i naczynia pokonuj

sto te same szlaki w trakcie embriogenezy. Przykładem mog

czyny gdzie

tnice i nerwy tworz

wspólne p

czki zaopatruj

ce mi

snie i ko

ci. Spowodowane jest to prawdopodobnie

wykorzystywaniem przez oba te układy wspólnych mechanizmów przeka

nikowych, składaj

cych si

z semaforyn i VEGF

oraz receptorów dla nich – neuropilin, wyst

puj

cych na komórkach

ródbłonka i aksonach neuronów.

Rozwój naczy

w siatkówce oka.

W trakcie rozwoju embrionalnego, pierwsz

sieci

naczy

siatkówki s

te wychodz

ce ze szczytu nerwu

wzrokowego i rozpostarte na wewn

trznej powierzchni tej cz

ęś

ci oka. Towarzyszy im bli

niacza sie

astrocytów

pochodz

cych równie

z tego nerwu – uwa

a si

e naczynia pod

ąŜ

za powstaj

cymi wypustkami komórek

glejowych. Po wytworzeniu si

pierwotnej, jednopoziomowej sieci, naczynia zaczynaj

wnika

gł

biej w siatkówk

, a

warstwy splotowatej wewn

trznej, formuj

c drug

, równoległ

sie

naczyniow

(niezale

od astrocytów). Pierwotna

sie

powstaje w mechanizmie waskulogenezy (formowanie si

naczy

de novo z komórek prekursowych, migruj

cych i

ró

nicuj

cych w komórki

ródbłonka), natomiast wtórna – angiogenezy (powstawanie nowych naczy

w wyniku

rozrastania si

istniej

cej sieci naczyniowej).

rol

w rozwoju siatkówki odgrywa VEGF. Poza

ródbłonkiem, receptory dla tego czynnika wzrostu

znajduj

na komórkach glejowych oraz komórkach barwnikowych siatkówki. Poł

czenie VEGF z receptorem powoduje

migracj

tych komórek (bez proliferacji). VEGF wydzielany jest zarówno przez astrocyty jak i komórki

ródbłonka – jest to

c zarówno oddziaływanie autokrynne jak i parakrynne.

Brak wła

ciwej kontroli procesów formowania si

naczy

w siatkówce mo

e prowadzi

do wielu schorze

, takich

jak: retinopatia cukrzycowa, starcze zwyrodnienie plamki, retinopatia wcze

niaków.

Angiogeneza w procesie ko

ciotworzenia.

Dosy

dobrze poznane jest wzajemne oddziaływanie chrz

stki i ko

ci z naczyniami (zwłaszcza podczas

osteogenezy na podło

u chrz

stnym). Prawidłowa, spoczynkowa chrz

stka wydziela silne czynniki antyangiogenetyczne i

w zwi

zku z tym pozbawiona jest naczy

. Jednak w pocz

tkowym okresie osteogenezy, kiedy nast

puje proliferacja

chondrocytów, wyst

puje równie

zwi

kszenie ekspresji czynników wzrostu naczy

w chondrocytach. W chrz

stk

zaczynaj

wnika

naczynia, chondrocyty wchodz

w apoptoz

a w ich miejsce zaczynaj

migrowa

osteoblasty i

osteoklasty.

Eksperymenty ze wspóln

hodowl

chondrocytów i komórek

ródbłonka wykazały,

e te ostatnie wydzielaj

czynniki powoduj

ce hipertrofi

chondrocytów oraz opó

niaj

ich ró

nicowanie. Hipertroficzne chondrocyty wydzielaj

VEGF, który dodatkowo pobudza wnikanie naczy

. Tworzy si

c p

tla dodatniego sprz

ęŜ

enia zwrotnego.

Badania in vitro z u

yciem HUVEC (human umbilical vein endothelial cells, komórki

ródbłonka pochodz

ce z

yły

powinowej) i komórek prekursorowych osteoblastów umo

liwiły potwierdzenie komunikowanie si

tych dwóch rodzajów

komórek (przez koneksyn

-43), co jest konieczne do ró

nicowania si

komórek prekursorowych w osteoblasty.

Regeneracja

ródbłonka

redni czas

ycia komórek

ródbłonka wynosi ok. 100 dni, w zwi

zku z tym konieczne jest ich ci

głe odtwarzanie

w celu utrzymania ci

gło

ci tej warstwy

ciany naczynia.

Jednym ze spostrze

poczynionych w badaniach in vivo jest obserwacja dotycz

ca szybszego skracania si

telomerów w komórkach

ródbłonka naczy

, które najcz

ęś

ciej s

dotkni

te zmianami mia

ycowymi (takie jak np.

tnice wie

cowe). Istniej

miejsca, np. t

tnice biodrowe, gdzie

ródbłonek jest szczególnie nara

ony na działanie sił

hemodynamicznych. Wyst

puje w nich znaczna proliferacja komórek, a w jej nast

pstwie szybsze skracanie telomerów i

zwi

kszone ryzyko wyst

pienia mia

ycy. W hodowlach in vitro, ECs z zaburzon

funkcj

telomerów (wył

czonym

genem dla białka TRF2) maj

zahamowan

proliferacje oraz zmieniony fenotyp. S

powi

kszone, zwi

ksza si

ekspresja

inhibitorów kinaz zale

nych od cyklin (cyclin-dependent kinase, CDK), ICAM-1, spada natomiast produkcja tlenku azotu

przez

ródbłonkow

syntetaz

tlenku azotu. Podobne zmiany wyst

puj

tak

e w replikacyjnym starzeniu si

niezmienionych komórek (po około 50 podziałach). Komórki te maj

równie

ksz

aktywno

ść

ß-galaktozydazy,

enzymu charakterystycznego dla “starych” komórek.

W niekorzystnych warunkach, takich jak: zmniejszenie przepływu czy st

ęŜ

enia ró

nych substancji (np. VEGF,

bFGF, MMPs, PDGF czy NO), mo

e nast

regresja naczy

. Przykładem mo

e by

zanik kł

buszków nerkowych w

przypadku braku VEGF.

Komórki

ródbłonka pochodz

z angioblastów płodu (podobne pochodzenie jak komórek krwi) oraz z komórek

prekursorowych

ródbłonka (mog

tak

e wydziela

czynniki wzrostu naczy

) i komórek macierzystych szpiku u dorosłych.

Wszystkie te rodzaje komórek maj

podobne antygeny, receptory dla podobnych cytokin (np. VEGF, PlGF, angiopoetyny

(Ang)-1, ID)) oraz mog

przekształca

jedne w drugie (np. HSCs) mog

powstawa

yciu płodowym z komórek

ródbłonka a leukocyty i HSCs mog

zarówno przekształca

w EC jak i stymulowa

formowanie naczy

), ró

natomiast czasem i miejscem wyst

powania.

Tak

e w pó

niejszych etapach

ycia istnieje grupa komórek, kr

ąŜą

ródbłonkowe komórki prekursorowe,

wywodz

ca si

głównie ze szpiku i maj

ce znaczenie w naprawie uszkodzonych naczy

oraz wzro

cie guzów. Ludzkie

EPCs charakteryzuj

obecno

antygenów powierzchniowych takich jak np.: CD31,CD34, CD133, CD146, CXCR4,

c-Kit, VE-cadherin, VEGFR2, vWF. W stanie spoczynku CEPs VEGFR

stanowi

tylko 0,01% j

drzastych komórek krwi.

eli konieczny jest wzrost

ródbłonka, nast

puje mobilizacja tych komórek (ich liczba we krwi wci

gu 24 godzin wzrasta

do 12%), po czym osiadaj

one w miejscach gdzie został odsłoni

ty kolagen i fibronektyna, a nast

pnie, w zale

ci od

działaj

cych na nie czynników, przekształcaj

ródbłonek (pod wpływem VEGF-A) lub mi

ęś

niówk

gładk

(dzi

obecno

ci PDGF). Uwa

a si

e VEGF-A, metaloproteinazy oraz PlGF s

odpowiedzialne za uwalnianie komórek

prekursorowych ze szpiku. Komórki prekursorowe maj

zdecydowanie wi

ksze zdolno

ci proliferacyjne ni

dojrzałe ECs.

Regeneracja

ródbłonka naczy

przy udziale EPCs (endothelial progenitor (precursor) cells – komórek

prekursorowych

ródbłonka).

Angiogeneza w gojeniu ran.

Do szybkiej i efektywnej naprawy uszkodzonych tkanek konieczne jest dostarczenie do nich odpowiedniej ilo

tlenu, substancji od

ywczych, czynników wzrostu oraz komórek „naprawczych” (usuwaj

cych zniszczon

tkank

drobnoustroje, odbudowuj

cych struktur

narz

du). Ju

w pocz

tkowym okresie gojenia (faza proliferacyjna) mo

stwierdzi

wysokie st

ęŜ

enie jednego z czynników angiogenetycznych – zasadowego czynnika wzrostu fibroblastów (bFGF

– basic fibroblasts growth factor). Powoduje on migracje i proliferacje komórek

ródbłonka. Pochodzi prawdopodobnie z

zapasów nagromadzonych w płytkach krwi i uszkodzonej tkance gdy

jego maksymalne st

ęŜ

enie obserwuje si

w ci

pierwszych 24 godzin po urazie a nast

pnie spada. W przeciwie

stwie do bFGF, poziom VEGF nie wzrasta bezpo

rednio

po uszkodzeniu, ale dopiero w kilka dni po nim (ze szczytem w siódmym dniu). Z tego wzgl

du VEGF wydaje si

tym przypadku czynnikiem podtrzymuj

cym a nie inicjuj

cym wzrost naczy

. Mo

e by

wydzielany przez wiele ró

nych

rodzajów komórek, np. przez: makrofagi, neutrofile, keratynocyty, fibroblasty czy

ródbłonek, zwłaszcza w warunkach

hipoksji, cz

sto wyst

puj

cej w okolicach rany.

ny wpływ na angiogenez

maj

makrofagi. Zwłaszcza po stymulacji hipoksj

, wysokim st

ęŜ

eniem mleczanów

lub cytokinami produkowanymi przez

ródbłonek, mog

one wydziela

czynniki bezpo

rednio indukuj

ce wzrost naczy

Makrofagi powoduj

równie

degradacj

macierzy pozakomórkowej, co ma kluczowe znaczenie dla powstawania nowych

naczy

i regeneracji tkanek. Oddziaływaj

one równie

na inne komórki pobudzaj

c je do produkcji substancji

proangiogenetycznych.

Powy

szy tekst powstał na podstawie prac:

Lipski KM, Ostrowski K, Komender J,

ladowski D: Udział

ródbłonka w formowaniu si

naczy

. Post

py Biologii

Komórki, 33 (2006): 59-70
Lipski KM, Ostrowski K, Komender J,

ladowski D: Rola

ródbłonka w trakcie rozwoju oraz dojrzewania tkanek i

narz

dów. Post

py Biologii Komórki, 33 (2006): 95-102

Opracowali K. Lipski & D.

ladowski

Schemat nr 22/5

NACZYNIA NACZY

(

vasa

vasorum

)

ona wewn

trzna

ona dodatkowa

ona

rodkowa

TNICE TYPU SPR

Ęś

YSTEGO

(du

ego kalibru)

Schemat budowy

cian t

tnic typu spr

ęŜ

ystego

Schemat nr 22/6

TNICE TYPU MI

ĘŚ

NIOWEGO

(

redniego kalibru)

przepływ

Model reologiczny t

tnic typu mi

ęś

niowego. Regulacja przepływu krwi nast

puje dzi

ki skurczowi komórek

ęś

niówki gładkiej, której nagromadzenie w błonie

rodkowej jest charakterystyczne dla t

tnic

redniego

kalibru.

Schemat nr 22/7

ona wewn

trzna

ona dodatkowa

ona

rodkowa

30-40 warstw
miocytów

TNICE TYPU MI

ĘŚ

NIOWEGO

(

redniego kalibru)

Błona spręŜysta wewnętrzna

Schemat budowy

cian t

tnic typu mi

ęś

niowego.