高級病生第一次課內(nèi)皮細胞的病理生理學課件

1、Free template from brainybetty1內(nèi)皮細胞的病理生理學基礎(chǔ)醫(yī)學院 病理生理教研室 黃巧冰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 signific

2、antly from intensive research activities.血管性疾病與血管生物學血管生物學（Vascular Biology） The related diseases：Atherosclerosis, hypertension, diabetes, and pregnancy, ischemic diseases, congenital heart disorders, stroke, thrombosis, tumour, .The breadth （范疇） of vascular biologyfocus on：development, regeneration,

3、 endothelial 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內(nèi)皮細胞培養(yǎng)，開啟了現(xiàn)代血管生物學J. Clin. Invest. 114

4、:103710406The 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. 2019; 114:103710407 本次講座的主要內(nèi)容EC的特異性（自身、組織、器官水

5、平）EC的基本功能影響EC功能的因素EC功能障礙的表現(xiàn)和標志 EC的分化和發(fā)育EC與血液和血管細胞的相互作用EC功能檢測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-end, they wo

6、uld form a line that could circle the earth twice. 彩色掃描電鏡的ECBAECHUVECCVEC培養(yǎng)的不同內(nèi)皮細胞1. EC的特異性HMVECs內(nèi)皮細胞的自身特異性（分子特異性）1. EC的特異性Markers of ECWeibel-Palade bodies: organelles in EC, named after the two scientists who first described them in 1964.The main constituent of Weibel-Palade bodies: von Willebrand

7、 factor (vWF), also called “Factor VIII-related antigen”), a multimeric （多亞基） protein involved in blood coagulation. It is defective in von Willebrand disease. 1. EC的特異性Mouse anti-Factor VIII Related Antigen stained lung cancer. (BCIP/NBT, purple)1. EC的特異性 Human Endothelial Cell Surface Marker PECAM

8、-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的特異性Uptaking of Dil-Ac-LDL（功能特異性）(There are two kinds of cells have this uptaking function.fluorescein isothiocyanatelabeled acetyl-

9、LDL is used. )1. EC的特異性內(nèi)皮細胞異質(zhì)性（endothelial cell heterogeneity）（組織特異性） 用DNA芯片技術(shù)，選用來自不同身體部位的內(nèi)皮細胞，觀察它們在同樣培養(yǎng)條件下內(nèi)在整體的基因表達程序的差異，探索來源于不同種類血管和不同解剖位置內(nèi)皮細胞的多樣性。 分析表明，來自不同組織的內(nèi)皮細胞有相應的特異基因表達程序，并分化出特異的細胞類型，并影響其對生理和病理變化的獨特適應方式。1. EC的特異性原因：16不同組織的內(nèi)皮細胞有相應的特異基因表達程序1. EC的特異性17內(nèi)皮細胞的組織特異性：不同部位分子表達的特異性Cell Tissue Res (200

10、9) 335:205222表面受體表達（組胺、P物質(zhì)受體等）黏附分子表達 （p-selectin, ICAM-1）表面復合糖的表達（唾液酸殘基亞型）異質(zhì)性的表現(xiàn)1. EC的特異性18微靜脈具有對炎性介質(zhì)高度敏感的特性。在組胺、緩激肽和5-HT等的刺激下，微靜脈比微動脈和毛細血管更易引起血漿外滲、細胞粘附。1. EC的特異性VasodilationFluid filtrationAlbumin leakageLeukocyte-capillary pluggingOxidant productionPlatelet rolling and adherenceLeukocyte rolling,

11、adherence, emigrationAdhesion molecule expression內(nèi)皮細胞的功能異質(zhì)性：Nature Reviews | Immunology Volume 7 , OCT. 2019, 815內(nèi)皮細胞的功能異質(zhì)性cme.medscape/viewarticle/527850 2. 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

12、by Gram negative bacteria and recruiting neutrophils to peripheral tissues.J Clin Invest. 2009 July 1; 119(7): 19211930. Nat Rev Immunol. 2009 May;9(5):364-75.內(nèi)皮細胞的基本功能（一） 襯附與屏障（二） 物質(zhì)交換（三）調(diào)節(jié)血管張力（四）影響凝血纖溶過程（五）調(diào)節(jié)血管新生（六）對生物活性物質(zhì)的代謝功能cme.medscape/viewarticle/527850 內(nèi)皮細胞在血腦屏障中的作用2. EC的基本功能2. EC的基本功能Tight

13、junction (TJ) and adherens junction (AJ)內(nèi)皮屏障功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)-細胞間連接結(jié)構(gòu)的組成Representation of three types of endothelial junctions (left) andthe corresponding electron micrographs.Cell Tissue Res (2009) 335:1725The endothelial cell as the maestro of thromboregulationJ. Clin. Invest. 114:103710402. EC的基本功能內(nèi)皮細胞在調(diào)整血

14、管張力中的作用-NO擴血管作用2. EC的基本功能2. EC的基本功能內(nèi)皮素的血管收縮效應cme.medscape/viewarticle/527850 3. 影響EC功能的因素宏觀的主要影響因素微環(huán)境的影響因素 體液滲透壓的改變、血管張力變化（血流動力學變化）、炎性介質(zhì)和細胞因子的釋放、激素水平的變化、血糖濃度、代謝產(chǎn)物（特別是氧化產(chǎn)物）的堆積等都在影響內(nèi)皮細胞的功能。3. 影響EC功能的因素 /en/releases/printview.asp?175內(nèi)皮細胞功能障礙是多種疾病發(fā)病的前提和重要因素。4. EC功能障礙的表現(xiàn) 內(nèi)皮細胞功能障礙的表現(xiàn)和標志（一）

15、內(nèi)皮細胞功能損傷和激活的表現(xiàn) 內(nèi)皮依賴性的血管舒縮功能障礙 凝血/纖溶功能障礙 血管通透性升高 促炎作用明顯 Role of endothelial function in maintaining balance of thrombosis and fibrinolysis.Bone Marrow Transplantation (2019) 41, 677686cme.medscape/viewarticle/527850 4. EC功能障礙的表現(xiàn) 內(nèi)皮細胞功能障礙的主要表現(xiàn)plus： barrier dysfunction內(nèi)皮細胞緊密連接和黏附連接結(jié)構(gòu)松解基底膜粘附斑形成為細胞收縮提供錨點

16、氧自由基細胞因子（PAF、TNF等）炎癥介質(zhì)（組胺、緩激肽等）血液流變學變化白細胞作用IP3Ca2+DAGPKCcGMPPKGPI3-KPKB各種影響血管通透性的刺激因素嚴重燒傷第二信使-蛋白激酶小G蛋白Rho酪氨酸激酶 肌動肌球蛋白相互作用，細胞收縮細胞間縫隙增大血管通透性升高MAPKKKMKK3/MKK6p38/p38PRAK/MAPKAP2?HSP27 (P)MYPT1/ 2ROCK休克微循環(huán)實驗室在內(nèi)皮細胞屏障功能方面做的工作受體4. EC功能障礙的表現(xiàn) 內(nèi)皮細胞損傷和激活的標志（血清學檢查）Weibel-Palade 小體釋放的物質(zhì) von Willebrand factor, vW

17、F;Thrombomodulin, TM;Angiopoietin-2（血管生成素-2, Ang-2）2.粘附分子3.其它標記物cme.medscape/viewarticle/527850 4. EC功能障礙的表現(xiàn) 以血管病變?yōu)橹鞯奶悄虿∫暰W(wǎng)膜病非增生性微小動脈瘤 點狀出血堅硬或柔軟分泌物棉絮狀血管梗塞斑點樣水腫增生性新血管形成 (angiogenesis)視網(wǎng)膜剝離4. EC功能障礙的表現(xiàn) 四、改善內(nèi)皮細胞功能的策略（一）活化蛋白C (activated Protein C, APC)（二）維生素C（三）組織因子途徑抑制劑（TFPI）（四）糖皮質(zhì)激素和胰島素（五）具有內(nèi)皮屏障保護功能的內(nèi)源

18、性介質(zhì)Tight junction (TJ) and adherens junction (AJ)內(nèi)皮屏障功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)-細胞間連接結(jié)構(gòu)的組成Barrier Stabilizing Mediators1. Glucocorticoids2. Angiopoietin-1/Tie2 system3. Adrenomedullin (AM) and Intermedin/AM2 4. Sphingosine 1-phosphate (S1P)5. Activated protein C6. Statins, Vit C, PGE2 and PGI2, Insulin, .2022/7/30Nat

19、Rev Mol Cell Biol. 2009 Mar;10(3):165-77.Postgrad Med J 2019;79:5-10. Drotrecogin alfa (activated,APC): a novel therapeutic strategy for severe sepsisMullard A. Drug withdrawal sends critical care specialists back to basics. Lancet. 2019 Nov 19;378(9805):1769.激活的蛋白C（activated Protein C， APC）具有阻斷凝血、促

20、進纖溶、降低炎癥反應等作用。美國FDA曾批準重組APC的臨床使用，但因其導致出血的副作用，已于2019.10從歐洲市場撤出。2022/7/30 The Signal Pathways in Enhancement of Endothelial Barrier Function1. Cyclic nucleotide second messengers cAMP2. Rho GTPases Rac1 Barrier protecting mediators (S1P, APC, Ang-1/Tie2, AM, Statins,.)Edemagenic mediators(Thrombin, LP

21、S, TNF-,.)cAMPRac1AJ, TJBarrier RhoAactin/myosincontractilityROCK內(nèi)皮屏障保護因子的作用及其信號轉(zhuǎn)導機制46 內(nèi)皮細胞的譜系和來源（注意冠狀血管和心內(nèi)膜內(nèi)皮細胞來源的特異性)Cell Tissue Res (2009) 335:67735. EC的分化和發(fā)育47轉(zhuǎn)錄因子對內(nèi)皮細胞分化和發(fā)育的影響Dev Cell. 2009 ;16(2):180-95.5. EC的分化和發(fā)育48 In zebrash, the segregation of endothelial cells within a common progenitor v

22、essel 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的分化和發(fā)育49Timothy J.A. Chico, et al.Trends Cardiovasc Med 2019;18:150155.50 內(nèi)皮祖細胞的分化和作用 周圍成熟內(nèi)皮細胞的遷移和增殖可發(fā)生內(nèi)皮的重建，但是，成熟內(nèi)皮細胞是終末分化型細胞，增殖潛能低，替代損傷內(nèi)皮的能力有限，可見，

23、內(nèi)皮的修復需要其它的細胞類型，如EPC。5. EC的分化和發(fā)育51骨髓內(nèi)皮組細胞的動員eNOSNOMMP-9KitL cascademediated mobilization of bone marrow EPCs.Antioxid. Redox Signal. 2019;10, 18691882.5. EC的分化和發(fā)育52 糖尿病小鼠骨髓內(nèi)皮祖細胞動員障礙，影響傷口愈合Antioxid. Redox Signal. 2019;10, 18691882.5. EC的分化和發(fā)育53缺氧處理和給予SDF-1可能可以促進骨髓內(nèi)皮祖細胞的動員Antioxid. Redox Signal. 2019;1

24、0, 18691882.5. EC的分化和發(fā)育54One of the chemoattractants, Stromal cellderived factor (基質(zhì)細胞衍生因子，SDF)-1 is the predominant chemokine that is upregulated in ischemic (injured tissue and acts as a homing signal for EPCs . 近年來，SDF-1促進血管生成細胞動員和新血管形成的效應受到了廣泛關(guān)注。缺血部位局部注射SDF-1基因或高表達SDF-1的轉(zhuǎn)基因細胞后，均能有效動員并趨化EPC至缺血部位，

25、顯著促進血流恢復和新血管形成。Circulation 110: 33003305, 2019.2009年05月21日 中國醫(yī)學論壇報5. EC的分化和發(fā)育55SDF-1等促進血管生成細胞動員和新血管形成的效應J. Clin. Invest. 118(2): 467-470 (2019). 5. EC的分化和發(fā)育56 然而，由于SDF-1/趨化因子CXC受體4（CXCR4）具有許多復雜、重要的生理功能，例如SDF-1不但能動員和趨化正常的HSC和EPC，而且也能趨化CXCR4+的腫瘤細胞和腫瘤干細胞，促進腫瘤血管形成和腫瘤轉(zhuǎn)移，所以很難直接在臨床上利用SDF-1來動員促血管生成細胞，從而使缺血性

26、血管再生。最近研究發(fā)現(xiàn)，利用特異性拮抗劑拮抗CXCR4能有效動員HSC和EPC從骨髓進入外周血，但不會激活CXCR4介導的下游信號通路，這使利用CXCR4特異性拮抗劑動員成血管細胞治療局部缺血等心血管疾病成為可能。2009年05月21日 中國醫(yī)學論壇報5. EC的分化和發(fā)育572009年05月21日 中國醫(yī)學論壇報5. EC的分化和發(fā)育58Inflammatory and oxidative factors influencing endothelial progenitor cell (EPC) number and functional activity.Atherosclerosis 2

27、01 (2019) 2362475. EC的分化和發(fā)育59Therapeutic interventions for quantitative and functional improvement of endothelial progenitor cells (EPCs) targeting inflammatory processes and oxidative stress.Atherosclerosis 201 (2019) 2362475. EC的分化和發(fā)育60 隨著年齡的增長，內(nèi)皮祖細胞功能受損，血液中來源于骨髓的的內(nèi)皮祖細胞逐漸耗竭，修復內(nèi)皮損傷的能力下降，粥樣斑塊更容易形成，所

28、以高齡者更容易患疾病。血管性疾病的發(fā)生與循環(huán)中內(nèi)皮祖細胞數(shù)量的減少和功能減退相關(guān)，血液中內(nèi)皮祖細胞數(shù)量的減少可作為危險性的一個標志。5. EC的分化和發(fā)育61動脈粥樣硬化的內(nèi)皮祖細胞療法-一把雙刃劍Ageing Res Rev. 2009 Apr;8(2):83-935. EC的分化和發(fā)育62 Selective cell-cell adhesion is mediated by transmembrane proteins called cell adhesion molecules, which can be divided into four major groups: the sele

29、ctins, the integrins, the immunoglobulin (Ig) superfamily (so named because they contain structural domains similar to immunoglobulins), and the cadherins. Cell adhesion mediated by the selectins, integrins, and cadherins requires Ca2+ or Mg2+, so many adhesive interactions between cells are Ca2+- o

30、r Mg2+-dependent.6. EC與血液和血管細胞的相互作用63與內(nèi)皮細胞相互作用的主要細胞類型64Sequence of steps during leukocyte recruitment culminating in transendothelial migrationMicrocirculation. 2009 Jan;16(1):43-57.6. EC與血液和血管細胞的相互作用65Live imaging of endothelial cell VE-Cadherin gaps and ICAM-1 rings dynamics during leukocyte trans

31、migrationMicrocirculation. 2009 Jan;16(1):43-57.6. EC與血液和血管細胞的相互作用663. Outside-in signaling resulting in leukocyte transmigration at the junctions throughactivated endothelium: Interplay of endothelial cell molecules that participate actively in the dynamic reorganization of the adherens junctionsMicrocirculation. 2009 Jan;16(1):43-57.6. EC與血液和血管細胞的相互作用67cme.medscape/viewarticle/527850 7. EC功能的檢測68內(nèi)皮機制：內(nèi)皮細胞在正常血管的維持中作用重大，其功能障礙又是動脈粥樣硬化的早期事件，開發(fā)無創(chuàng)性內(nèi)皮細胞功能檢測是一個新的話題，并有強烈的訴求。在一段時間里，通過無創(chuàng)性檢測分析心血管疾病危險因素是心臟病學的“圣杯”。但到目前為止，開發(fā)一個無創(chuàng)、可行、重復性好并可獲得足夠信息的內(nèi)皮細胞功能檢測辦法仍然是十分困難的。7. EC功能的檢測69臨床上常用的幾種方法7. EC功