Endotheliale Vorläuferzelle - Endothelial progenitor cell
Endotheliale Vorläuferzelle (oder EPC ) ist ein Begriff, der auf mehrere verschiedene Zelltypen angewendet wurde, die bei der Regeneration der endothelialen Auskleidung von Blutgefäßen eine Rolle spielen . Ausgewachsene Endothelzellen sind ein EPC-Subtyp, der der Endothelzellbildung verpflichtet ist. Trotz der Geschichte und Kontroverse bleibt der EPC in all seinen Formen ein vielversprechendes Ziel der regenerativen Medizinforschung .
Geschichte und Kontroverse
Entwicklungsbedingt entsteht das Endothel in engem Kontakt mit dem hämatopoetischen System . Dies und die Existenz von hämogenem Endothel führten zu einem Glauben und einer Suche nach adulten Hämangioblasten- oder Angioblasten- ähnlichen Zellen; Zellen, die bei Erwachsenen zu einem funktionellen Gefäßsystem führen könnten. Die Existenz endothelialer Vorläuferzellen wird seit Mitte des 20. Jahrhunderts postuliert, ihre Existenz wurde jedoch erst in den 1990er Jahren bestätigt, als Asahara et al. veröffentlichte die Entdeckung des ersten mutmaßlichen EPÜ.
In letzter Zeit hat sich eine Kontroverse über die Definition echter endothelialer Vorläufer entwickelt. Obwohl sich aus dem Knochenmark stammende Zellen anscheinend an verletzten Gefäßen lokalisieren und einen angiogenen Switch fördern, haben andere Studien gezeigt, dass diese Zellen nicht direkt zum funktionellen Endothel beitragen, sondern über parakrine Methoden wirken, um die residenten Endothelzellen zu unterstützen. Während einige andere Autoren dies bestritten und behauptet haben, dass es sich um echte EPCs handelt, haben viele Forscher begonnen, diese Zellen stattdessen als koloniebildende Unit-Hill-Zellen (CFU-Hill) oder zirkulierende angiogenetische Zellen (CAC) zu bezeichnen (je nach Isolierungsmethode). ), was ihre Rolle als hämatopoetische myeloische Zellen hervorhebt , die an der Förderung des Wachstums neuer Gefäße beteiligt sind.
Die molekulargenetische Analyse von vermeintlichen EPC-Populationen des frühen Auswuchses legt nahe, dass sie tatsächlich Monozyten- ähnliche Expressionsmuster aufweisen und die Existenz einer separaten Population von Vorläufern, der späten Auswuchs- oder Endothel-Kolonie-bildenden Zelle (ECFC), stützen. Darüber hinaus behalten Zellen des frühen Wachstums andere Monozytenfunktionen wie eine hohe Aufnahme von Dil-Ac-LDL und Tusche und eine niedrige eNOS- Expression bei. Von diesen ursprünglichen, frühen Auswüchsen, CFU-Hill oder CACs wird auch gezeigt, dass sie CD14 exprimieren , einen Lipopolysaccharid- Rezeptor, der von Monozyten, aber nicht von Endothelzellen exprimiert wird.
Endotheliale koloniebildende Zellen stellen eine unterschiedliche Population dar, von der festgestellt wurde, dass sie das Potenzial hat, sich zu differenzieren und die Gefäßreparatur zu fördern. ECFCs sind heute bei Erwachsenen als geweberesidente Vorläuferzellen bekannt, die eine gewisse vaskulogene Fähigkeit beibehalten.
Klassifizierungen
Nach dem Isolierungsverfahren und der Zellfunktion wurden drei Hauptpopulationen von mutmaßlichen adulten EPCs beschrieben. Das Verhalten der Zellen ist der folgenden Tabelle zu entnehmen.
| Verhalten .. \\ .. Bevölkerung | Koloniebildungseinheit – Hill | Zirkulierende angiogene Zelle | Endothel-Kolonie bildende Zelle |
|---|---|---|---|
| Klonaler proliferativer Status | - | - | + |
| Replating-Fähigkeit | - | - | + |
| In-vitro-Röhrenbildung | +/- | +/- | + |
| In-vivo-De-novo-Gefäßbildung | - | - | + |
| Homing zu ischämischen Stellen in vivo | + | + | + |
| Parakrine Unterstützung der Angiogenese | + | + | + |
EPCs haben auch variable phänotypische Marker, die zur Identifizierung verwendet werden. Leider gibt es keine einzigartigen Marker für endotheliale Vorläufer, die nicht mit anderen endothelialen oder hämatopoetischen Zellen geteilt werden, was zu der historischen Kontroverse auf diesem Gebiet beigetragen hat. Eine detaillierte Übersicht über aktuelle Marker finden Sie in der folgenden Tabelle.
| Marker .. \\ .. Bevölkerung | Koloniebildungseinheit – Hill | Zirkulierende angiogene Zelle | Endothel-Kolonie bildende Zelle |
|---|---|---|---|
| CD34- Expression | +/- | +/- | +/- |
| CD133- Expression | + | + | - |
| CD45- Expression | +/- | +/- | - |
| CD146- Expression | +/- | +/- | + |
| VE-Cadherin- Ausdruck | +/- | +/- | ++ |
| CD115- Expression | + | + | - |
| CD31 (PECAM)-Expression | + | + | + |
| CD14- Expression | + | + | - |
| CD105- Expression | + | + | + |
| CD117 (ckit)-Ausdruck | + | + | +/- |
| VEGFR1- Ausdruck | + | + | + |
| VEGFR2 (KDR/Flk1)-Ausdruck | + | + | ++ |
| TIE-2- Ausdruck | + | + | + |
| CXCR4- Ausdruck | + | + | +/- |
| von Willebrand-Faktor- Ausdruck | +/- | +/- | + |
| ALDH | Hell | Hell | Hell |
| ac- LDL- Aufnahme | + | + | + |
Koloniebildungseinheit – Hill
Wie ursprünglich von Asahara et al. isoliert, ist die CFU-Hill-Population ein früher Auswuchs, der durch Plattieren von mononuklearen Zellen aus peripherem Blut auf mit Fibronektin beschichteten Schalen gebildet wird, wodurch Adhäsion und Abreicherung nicht-adhärenter Zellen ermöglicht wird und einzelne Kolonien isoliert werden.
Zirkulierende angiogene Zelle
Ein ähnliches Verfahren besteht darin, die mononukleäre Fraktion des peripheren Bluts in einem ergänzten endothelialen Wachstumsmedium zu kultivieren, die nicht anhaftenden Zellen zu entfernen und die verbleibenden zu isolieren. Obwohl diese Zellen einige endotheliale Eigenschaften aufweisen, bilden sie keine Kolonien.
Endothel-Kolonie bildende Zelle
Endothel-koloniebildende Zellen sind ein Zelltyp mit spätem Auswuchs; das heißt, sie werden erst nach signifikant längerer Kultur als CFU-Hill-Zellen isoliert. ECFCs werden isoliert, indem mononukleare Fraktionen aus peripherem Blut auf kollagenbeschichteten Platten ausplattiert, nicht anhaftende Zellen entfernt und wochenlang kultiviert werden, bis Kolonien mit einer charakteristischen Kopfsteinpflastermorphologie entstehen. Diese Zellen sind Endothelzellen phänotypisch ähnlich und es wurde gezeigt, dass sie in vitro und in vivo gefäßähnliche Strukturen bilden.
Entwicklung
Bestimmte Entwicklungszellen können anderen endothelialen Vorläuferzellen ähnlich oder gleich sein, obwohl sie typischerweise nicht als EPCs bezeichnet werden. Hämangioblasten (oder ihr in vitro-Gegenstück, blastenkoloniebildende Zellen) sind Zellen, von denen angenommen wird, dass sie während der frühen Entwicklung sowohl das endotheliale als auch das hämatopoetische System hervorbringen. Es wird angenommen, dass Angioblasten eine Form von frühen Vorläufer- oder Stammzellen sind, die allein das Endothel hervorbringen. In jüngerer Zeit wurden Mesoangioblasten als eine Zelle theoretisiert, die zu mehreren mesodermalen Geweben führt.
Funktion
Rolle beim Tumorwachstum
Endotheliale Vorläuferzellen sind wahrscheinlich für das Tumorwachstum wichtig und gelten als kritisch für die Metastasierung und die Angiogenese. An mutmaßlichen EPCs, die aus dem Knochenmark von CFU-Hill stammen, wurde viel geforscht. Die Ablation der endothelialen Vorläuferzellen im Knochenmark führt zu einer signifikanten Abnahme des Tumorwachstums und der Gefäßentwicklung. Dies weist darauf hin, dass endotheliale Vorläuferzellen neue therapeutische Ziele darstellen. Der Inhibitor der DNA-Bindung 1 ( ID1 ) wurde als Marker für diese Zellen verwendet; dies ermöglicht die Verfolgung von EPCs vom Knochenmark über das Blut bis zum Tumorstroma und sogar in das Tumorgefäßsystem integriert.
Kürzlich wurde festgestellt, dass miRNAs die EPC-Biologie und die Tumorangiogenese regulieren. Diese Arbeit von Plummer et al. fanden heraus, dass insbesondere das Targeting der miRNAs miR-10b und miR-196b zu signifikanten Defekten im Angiogenese-vermittelten Tumorwachstum führte, indem die Mobilisierung proangiogener EPCs zum Tumor verringert wurde. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das gezielte Targeting dieser miRNAs in EPCs zu einer neuen Strategie zur Hemmung der Tumorangiogenese führen könnte.
Studien haben gezeigt, dass ECFCs und humane Nabelvenen-Endothelzellen (HUVECs) eine noch größere Fähigkeit zur Tumormigration und Neoangiogenese aufweisen als andere hämatopoetische CD34+-Zellen, wenn sie in immundefiziente Mäuse implantiert werden, was darauf hindeutet, dass die endothelialen Vorläufer eine Schlüsselrolle spielen, aber dies weiter unterstützen Bedeutung beider Zelltypen als Ziele für die pharmakologische Therapie.
Rolle bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen
Im Blutkreislauf der Patienten wurden höhere Spiegel an zirkulierenden "endothelialen Vorläuferzellen" nachgewiesen, bessere Ergebnisse vorhergesagt und Patienten erlitten weniger wiederholte Herzinfarkte, obwohl statistische Korrelationen zwischen diesen Ergebnissen und der Zahl der zirkulierenden endothelialen Vorläuferzellen in der ursprünglichen Forschung gering waren. Endotheliale Vorläuferzellen werden nach einem Myokardinfarkt mobilisiert und funktionieren, um die Auskleidung von Blutgefäßen, die während des Herzinfarkts geschädigt wurden, wiederherzustellen.
Mehrere kleine klinische Studien haben begonnen, EPCs als potenzielle Behandlung für verschiedene Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVDs) aufzuzeigen. Zum Beispiel untersuchte die einjährige "Transplantation of Progenitor Cells and Regeneration Enhancement in Acute Myocardial Infarction" (TOPCARE-AMI) die therapeutische Wirkung der Infusion von ex-vivo expandierten Knochenmark-EPCs und kulturangereicherten EPCs aus peripherem Blut bei 20 Patienten mit akuter Myokardinfarkt (MI). Nach vier Monaten wurden signifikante Verbesserungen der ventrikulären Ejektionsfraktion, der Herzgeometrie, der koronaren Blutflussreserve und der myokardialen Lebensfähigkeit festgestellt (Shantsila, Watson & Lip). Eine ähnliche Studie untersuchte die therapeutischen Wirkungen von EPCs auf die durch schwere periphere arterielle Verschlusskrankheit verursachte Beinischämie. Bei der Studie wurde eine Probe von EPC-reichem Blut in die Gastrocnemius-Muskeln von 25 Patienten injiziert. Nach 24 Wochen wurde eine erhöhte Anzahl von Kollateralgefäßen und eine verbesserte Erholung der Blutperfusion beobachtet. Auch Ruheschmerzen und schmerzfreies Gehen haben sich verbessert
Rolle bei der Wundheilung
Die Rolle endothelialer Vorläuferzellen bei der Wundheilung bleibt unklar. Es wurde beobachtet, dass Blutgefäße in ischämisches Gewebe in einem Prozess eintreten, der durch das mechanisch erzwungene Eindringen vorhandener Kapillaren in die avaskuläre Region angetrieben wird, und was noch wichtiger ist, anstatt durch sprießende Angiogenese . Diese Beobachtungen widersprechen einer durch EPCs getriebenen Keimungs-Angiogenese. Zusammen mit der Unfähigkeit, Endothel aus Knochenmark in neuen Gefäßen zu finden, gibt es jetzt wenig materielle Unterstützung für die postnatale Vaskulogenese. Stattdessen wird die Angiogenese wahrscheinlich durch einen Prozess physischer Kraft angetrieben.
Rolle bei Endometriose
Bei Endometriose scheint es, dass bis zu 37% des mikrovaskulären Endothels des ektopen Endometriumgewebes aus endothelialen Vorläuferzellen stammen.
Siehe auch
Verweise
Weiterlesen
- Aird, William C. "Blut-Endothelzellen" in Endothelzellen bei Gesundheit und Krankheit . Boca Raton: Taylor & Francis, 2005.