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1、Free template from ,1,内皮细胞的病理生理学,基础医学院 病理生理教研室 黄巧冰,Vascular diseases, of which cardiovascular disease is the most common, account for over 40% of all diseases. Over the past decades, the pathogenesis, diagnosis, treatment, and prevention of cardiovascular diseases have been benefited significantly f
2、rom intensive research activities.,血管性疾病与血管生物学,血管生物学（Vascular Biology） The related diseases：Atherosclerosis, hypertension, diabetes, and pregnancy, ischemic diseases, congenital heart disorders, stroke, thrombosis, tumour, . The breadth （范畴） of vascular biologyfocus on： development, regeneration, en
3、dothelial and smooth muscle cell biology, stem/progenitor cells, cell signaling, vascular remodeling in disease, bioengineering, vascular matrix biology, inflammation, atherosclerosis, hypertension, endothelial-leukocyte interactions, vessel calcification ,.,5,内皮细胞培养，开启了现代血管生物学,J. Clin. Invest. 114:
4、10371040,6,The first cultured endothelial cells (EC) and the criteria used to identify them (1974).,Cumulative citations to “endothelium”. The explosive phase started in the early 1990s, coinciding with the growing interest in angiogenesis.,J. Clin. Invest. 2004; 114:10371040,7,本次讲座的主要内容 EC的特异性（自身、组
5、织、器官水平） EC的基本功能 影响EC功能的因素 EC功能障碍的表现和标志 EC的分化和发育 EC与血液和血管细胞的相互作用 EC功能检测,Blood vessels are comprised of cells called endothelial cells. The total surface area covered by these cells in an adult is 1000 m2 - roughly the size of a tennis court.,If all the blood vessels in the body were lined up end-to-e
6、nd, they would form a line that could circle the earth twice.,彩色扫描电镜的EC,BAEC,HUVEC,CVEC,培养的不同内皮细胞,1. EC的特异性,HMVECs,内皮细胞的自身特异性（分子特异性）,1. EC的特异性,Markers of EC,Weibel-Palade bodies: organelles in EC, named after the two scientists who first described them in 1964. The main constituent of Weibel-Palade
7、bodies: von Willebrand factor (vWF), also called “Factor VIII-related antigen”), a multimeric （多亚基） protein involved in blood coagulation. It is defective in von Willebrand disease.,1. EC的特异性,Mouse anti-Factor VIII Related Antigen stained lung cancer. (BCIP/NBT, purple),1. EC的特异性,Human Endothelial C
8、ell Surface Marker PECAM-1 or CD31: Platelet-Endothelial Cells Adhesion Molecule-1,PECAM-1 is typically an antigen that is shared by both endothelial and distinct hematopoietic(造血) cells.,1. EC的特异性,Uptaking of Dil-Ac-LDL（功能特异性） (There are two kinds of cells have this uptaking function. fluorescein i
9、sothiocyanatelabeled acetyl-LDL is used. ),1. EC的特异性,内皮细胞异质性（endothelial cell heterogeneity） （组织特异性）,用DNA芯片技术，选用来自不同身体部位的内皮细胞，观察它们在同样培养条件下内在整体的基因表达程序的差异，探索来源于不同种类血管和不同解剖位置内皮细胞的多样性。 分析表明，来自不同组织的内皮细胞有相应的特异基因表达程序，并分化出特异的细胞类型，并影响其对生理和病理变化的独特适应方式。,1. EC的特异性,原因：,16,不同组织的内皮细胞有相应的特异基因表达程序,1. EC的特异性,17,内皮细胞的
10、组织特异性：不同部位分子表达的特异性,Cell Tissue Res (2009) 335:205222,1. EC的特异性,18,微静脉具有对炎性介质高度敏感的特性。在组胺、缓激肽和5-HT等的刺激下，微静脉比微动脉和毛细血管更易引起血浆外渗、细胞粘附。,1. EC的特异性,Vasodilation Fluid filtration Albumin leakage Leukocyte-capillary plugging Oxidant production Platelet rolling and adherence Leukocyte rolling, adherence, emigra
11、tion Adhesion molecule expression,内皮细胞的功能异质性：,Nature Reviews | Immunology Volume 7 , OCT. 2007, 815,内皮细胞的功能异质性, EC的基本功能,Now, Andonegui and colleagues show that endothelial cells, rather than macrophages, are the key sentinel cells for detecting infection by Gram negative bacteria and recruiting neut
12、rophils to peripheral tissues. J Clin Invest. 2009 July 1; 119(7): 19211930.,Nat Rev Immunol. 2009 May;9(5):364-75.,内皮细胞的基本功能 （一） 衬附与屏障 （二） 物质交换 （三）调节血管张力 （四）影响凝血纤溶过程 （五）调节血管新生 （六）对生物活性物质的代谢功能, EC的基本功能,2. EC的基本功能,Representation of three types of endothelial junctions (left) and the corresponding ele
13、ctron micrographs.,Cell Tissue Res (2009) 335:1725,The endothelial cell as the maestro of thromboregulation,J. Clin. Invest. 114:10371040,2. EC的基本功能,内皮细胞在调整血管张力中的作用-NO扩血管作用,2. EC的基本功能,2. EC的基本功能,内皮素的血管收缩效应, 影响EC功能的因素,宏观的主要影响因素,微环境的影响因素 体液渗透压的改变、血管张力变化（血流动力学变化）、炎性介质和细胞因子的释放、激素水平的变化、血糖浓度、代谢产物（特别是氧化产物）
14、的堆积等都在影响内皮细胞的功能。,3. 影响EC功能的因素,www.houstontech.org/en/releases/printview.asp?175,内皮细胞功能障碍是多种疾病发病的前提和重要因素。,4. EC功能障碍的表现,内皮细胞功能障碍的表现和标志 （一） 内皮细胞功能损伤和激活的表现 内皮依赖性的血管舒缩功能障碍 凝血/纤溶功能障碍 血管通透性升高 促炎作用明显,Role of endothelial function in maintaining balance of thrombosis and fibrinolysis.,Bone Marrow Transplantat
15、ion (2008) 41, 677686, EC功能障碍的表现,内皮细胞功能障碍的主要表现,plus： barrier dysfunction,4. EC功能障碍的表现,内皮细胞损伤和激活的标志（血清学检查） Weibel-Palade 小体释放的物质 von Willebrand factor, vWF; Thrombomodulin, TM; Angiopoietin-2（血管生成素-2, Ang-2） 2.粘附分子 3.其它标记物, EC功能障碍的表现,以血管病变为主的糖尿病视网膜病,非增生性 微小动脉瘤 点状出血 坚硬或柔软分泌物 棉絮状血管梗塞 斑点样水肿 增生性 新血管形成 (a
16、ngiogenesis) 视网膜剥离,4. EC功能障碍的表现,四、改善内皮细胞功能的策略 （一）活化蛋白C (activated Protein C, APC) （二）维生素C （三）组织因子途径抑制剂（TFPI） （四）糖皮质激素和胰岛素 （五）具有内皮屏障保护功能的内源性介质,Barrier Stabilizing Mediators 1. Glucocorticoids 2. Angiopoietin-1/Tie2 system 3. Adrenomedullin (AM) and Intermedin/AM2 4. Sphingosine 1-phosphate (S1P) 5. A
17、ctivated protein C 6. Statins, Vit C, PGE2 and PGI2, Insulin, ,2019/8/19,Nat Rev Mol Cell Biol. 2009 Mar;10(3):165-77.,Postgrad Med J 2003;79:5-10. Drotrecogin alfa (activated,APC): a novel therapeutic strategy for severe sepsis Mullard A. Drug withdrawal sends critical care specialists back to basi
18、cs. Lancet. 2011 Nov 19;378(9805):1769.,激活的蛋白C（activated Protein C， APC）具有阻断凝血、促进纤溶、降低炎症反应等作用。,美国FDA曾批准重组APC的临床使用，但因其导致出血的副作用，已于2011.10从欧洲市场撤出。,2019/8/19,The Signal Pathways in Enhancement of Endothelial Barrier Function 1. Cyclic nucleotide second messengers cAMP 2. Rho GTPases Rac1,Barrier protect
19、ing mediators (S1P, APC, Ang-1/Tie2, AM, Statins,.),Edemagenic mediators (Thrombin, LPS, TNF-,.),cAMP,Rac1,AJ, TJ,Barrier,RhoA,actin/myosin contractility,ROCK,内皮屏障保护因子的作用及其信号转导机制,46,内皮细胞的谱系和来源（注意冠状血管和心内膜内皮细胞来源的特异性),Cell Tissue Res (2009) 335:6773,5. EC的分化和发育,47,转录因子对内皮细胞分化和发育的影响,Dev Cell. 2009 ;16(2
20、):180-95.,5. EC的分化和发育,48,In zebrash, the segregation of endothelial cells within a common progenitor vessel gives rise to a dorsal aorta and cardinal vein. The process is controlled by the indicated signaling molecules.,Science 2009; Oct 9, 326: 242,5. EC的分化和发育,49,Timothy J.A. Chico, et al.Trends Ca
21、rdiovasc Med 2008;18:150155.,50,内皮祖细胞的分化和作用 周围成熟内皮细胞的迁移和增殖可发生内皮的重建，但是，成熟内皮细胞是终末分化型细胞，增殖潜能低，替代损伤内皮的能力有限，可见，内皮的修复需要其它的细胞类型，如EPC。,5. EC的分化和发育,51,骨髓内皮组细胞的动员eNOSNOMMP-9KitL cascademediated mobilization of bone marrow EPCs.,Antioxid. Redox Signal. 2008;10, 18691882.,5. EC的分化和发育,52,糖尿病小鼠骨髓内皮祖细胞动员障碍，影响伤口愈合,
22、Antioxid. Redox Signal. 2008;10, 18691882.,5. EC的分化和发育,53,缺氧处理和给予SDF-1可能可以促进骨髓内皮祖细胞的动员,Antioxid. Redox Signal. 2008;10, 18691882.,5. EC的分化和发育,54,One of the chemoattractants, Stromal cellderived factor (基质细胞衍生因子，SDF)-1 is the predominant chemokine that is upregulated in ischemic (injured tissue and a
23、cts as a homing signal for EPCs . 近年来，SDF-1促进血管生成细胞动员和新血管形成的效应受到了广泛关注。缺血部位局部注射SDF-1基因或高表达SDF-1的转基因细胞后，均能有效动员并趋化EPC至缺血部位，显著促进血流恢复和新血管形成。,Circulation 110: 33003305, 2004. 2009年05月21日 中国医学论坛报,5. EC的分化和发育,55,SDF-1等促进血管生成细胞动员和新血管形成的效应,J. Clin. Invest. 118(2): 467-470 (2008).,5. EC的分化和发育,56,然而，由于SDF-1/趋化因
24、子CXC受体4（CXCR4）具有许多复杂、重要的生理功能，例如SDF-1不但能动员和趋化正常的HSC和EPC，而且也能趋化CXCR4+的肿瘤细胞和肿瘤干细胞，促进肿瘤血管形成和肿瘤转移，所以很难直接在临床上利用SDF-1来动员促血管生成细胞，从而使缺血性血管再生。 最近研究发现，利用特异性拮抗剂拮抗CXCR4能有效动员HSC和EPC从骨髓进入外周血，但不会激活CXCR4介导的下游信号通路，这使利用CXCR4特异性拮抗剂动员成血管细胞治疗局部缺血等心血管疾病成为可能。,2009年05月21日 中国医学论坛报,5. EC的分化和发育,57,2009年05月21日 中国医学论坛报,5. EC的分化和
25、发育,58,Inflammatory and oxidative factors influencing endothelial progenitor cell (EPC) number and functional activity.,Atherosclerosis 201 (2008) 236247,5. EC的分化和发育,59,Therapeutic interventions for quantitative and functional improvement of endothelial progenitor cells (EPCs) targeting inflammatory
26、processes and oxidative stress.,Atherosclerosis 201 (2008) 236247,5. EC的分化和发育,60,随着年龄的增长，内皮祖细胞功能受损，血液中来源于骨髓的的内皮祖细胞逐渐耗竭，修复内皮损伤的能力下降，粥样斑块更容易形成，所以高龄者更容易患疾病。血管性疾病的发生与循环中内皮祖细胞数量的减少和功能减退相关，血液中内皮祖细胞数量的减少可作为危险性的一个标志。,5. EC的分化和发育,61,动脉粥样硬化的内皮祖细胞疗法-一把双刃剑,Ageing Res Rev. 2009 Apr;8(2):83-93,5. EC的分化和发育,62,Sele
27、ctive cell-cell adhesion is mediated by transmembrane proteins called cell adhesion molecules, which can be divided into four major groups: the selectins, the integrins, the immunoglobulin (Ig) superfamily (so named because they contain structural domains similar to immunoglobulins), and the cadheri
28、ns. Cell adhesion mediated by the selectins, integrins, and cadherins requires Ca2+ or Mg2+, so many adhesive interactions between cells are Ca2+- or Mg2+-dependent.,6. EC与血液和血管细胞的相互作用,63,与内皮细胞相互作用的主要细胞类型,64,Sequence of steps during leukocyte recruitment culminating in transendothelial migration,Mic
29、rocirculation. 2009 Jan;16(1):43-57.,6. EC与血液和血管细胞的相互作用,65,Live imaging of endothelial cell VE-Cadherin gaps and ICAM-1 rings dynamics during leukocyte transmigration,Microcirculation. 2009 Jan;16(1):43-57.,6. EC与血液和血管细胞的相互作用,66,3. Outside-in signaling resulting in leukocyte transmigration at the ju
30、nctions through activated endothelium: Interplay of endothelial cell molecules that participate actively in the dynamic reorganization of the adherens junctions,Microcirculation. 2009 Jan;16(1):43-57.,6. EC与血液和血管细胞的相互作用,67, EC功能的检测,68,内皮机制：内皮细胞在正常血管的维持中作用重大，其功能障碍又是动脉粥样硬化的早期事件，开发无创性内皮细胞功能检测是一个新的话题，并有
31、强烈的诉求。在一段时间里，通过无创性检测分析心血管疾病危险因素是心脏病学的“圣杯”。 但到目前为止，开发一个无创、可行、重复性好并可获得足够信息的内皮细胞功能检测办法仍然是十分困难的。,7. EC功能的检测,69,临床上常用的几种方法,7. EC功能的检测,70,(1)超声观察动脉分支口径的变化（FMD）： 通过过度充血增加切应力测量内皮细胞依赖性的血管扩张 ； 通过直接给予NO供体，测量非内皮细胞依赖性的血管扩张。 短处：技术上需要特殊培训；受短期因素影响，不利于判断长期的动脉粥样硬化的危险性；只反映内皮功能的一个方面，没有涉及其他功能及其之间的复杂关系；血管扩张本身的影响因素也是非常复杂的
32、，内皮细胞依赖性的血管扩张的改变不能单纯用内皮细胞功能的变化来解释）,2. 无创性检测内皮细胞功能的主要方法,7. EC功能的检测,71,具体操作如下：患者休息至少10min，平卧，用7.0MHz的线阵探头，置于鹰嘴上215cm，显示肱动脉的长轴切面，测量其舒张末期内径，所有的测量均在舒张末期进行是为了减少可能的血管顺应性的影响，舒张末期以心电图R波为准。然后，用袖套式充气止血带在肘关节以下加压300mmHg，持续45min，突然放气，测量放气后15s时的血管内径。再休息至少15min，待血管完全恢复正常后，于舌下含服GTN 400g, 34min后，再次测量肱动脉内径。然后计算肱动脉反应性充
33、血后及含服GTN后相对于静息状态的扩张百分率以及反应性充血后肱动脉血流量的增长百分率。反应性充血是通过提高切应力，刺激内皮细胞释放NO，从而导致血管扩张，反映的是血管内皮依赖性舒张功能(EDD)，而GTN是直接释放NO，反映的是内皮非依赖性舒张功能(EIDD)。,7. EC功能的检测,72,(2) 数码化的血管功能：脉波分析、脉波速度测量、脉冲幅度测量 pulse wave analysis, pulse wave velocity measurement, and pulse amplitude tonometry (PAT)。近年来reactive hyperemia （反应性充血） by
34、 PAT (RH-PAT)方法有前景。,7. EC功能的检测,73,(3) 超声微泡造影剂在内皮细胞功能检测中的可能作用（南方医院心血管内科的重点项目）,机制,靶向效应,（心血管疾病的分子影像学）,7. EC功能的检测,74,a. 微泡与激活的白细胞特异结合 b. 狗冠状血管缺血再灌后增强的超声，说明？ c. 白细胞特异的放射核素影像,Current Opinion in Biotechnology 2007, 18:1116,7. EC功能的检测,75,靶向VCAM-1的超声影像,Current Opinion in Biotechnology 2007, 18:1116,7. EC功能的检测,76,+ 内皮细胞与肿瘤生长,77,