Кіріспе

Қан тамырларының қалыптасуы, яғни жаңа қан тамырларының ескі тамырлардан пайда болуы. Ангиогенез – бұл физиологиялық процесс, оның нәтижесінде алдыңғы кезеңде васкулогенез арқылы қалыптасқан ескі қан тамырлардан жаңа қан тамырлары пайда болады. Ангиогенез тамырлардың өсуін негізінен бүршіклену және бөліну процестері арқылы жалғастырады, бірақ коалесцентті ангиогенез, тамырлардың ұзартылуы және тамырлардың бірігуі сияқты процестер де маңызды рөл атқарады, сондай-ақ неоваскуляризациядан да пайда болады, бірақ бұл мәселелер әрқашан нақты айтылмайды (әсіресе ескі мәтіндерде). Дамып келе жатқан эмбриондағы алғашқы тамырлар васкулогенез арқылы қалыптасады, содан кейін ангиогенез даму кезінде және ауру кезінде қан тамырларының көпшілігіне, тіпті барлық өсуіне жауапты болады. Ангиогенез – өсу мен дамудың, жараның жазылуының және грануляциялық тіндердің қалыптасуының қалыпты және маңызды процесі. Дегенмен, бұл ісіктердің қатерсіз күйден қатерлі күйге өтуінің маңызды кезеңі болып табылады, сондықтан қатерлі ісіктерді емдеу үшін ангиогенезді тежегіштер қолданылады. Ангиогенездің ісіктердің өсуіндегі маңызды рөлін алғаш рет 1971 жылы Джуда Фолкман ұсынды, ол ісіктерді "қызған және қанды" деп сипаттады, яғни көптеген ісік түрлері үшін толыққанды қанмен қамтылу және тіпті гипермия тән екенін көрсетеді.

Жаңғақ angiogenesis

Өскіндік ангиогенез – ангиогенездің алғаш рет анықталған түрі, сондықтан ол интуссусцептивтік ангиогенезден гөрі жақсырақ зерттелген. Ол бірнеше жақсы сипатталған кезеңдерден өтеді. Алғашқы сигнал қан тамырлары жоқ тіндердің аймақтарынан келеді. Осы аймақтардағы гипоксия тіндерге қоректік заттар мен оттегінің қажеттігін тудырады, бұл тіндерге метаболизмдік қызметті жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Осының салдарынан паренхималық жасушалар тамыр эндотелийлік өсу факторын (VEGF A) бөліп шығарады, ол проангиогендік өсу факторы болып табылады. Бұл биологиялық сигналдар алдын-ала бар қан тамырларындағы эндотелий жасушаларындағы рецепторларды белсендіреді. Екіншіден, белсенділенген эндотелий жасушалары, сондай-ақ "ұш жасушалары" деп белгілі, базалық мембрананы ыдыратып, эндотелий жасушаларының бастапқы (аналық) тамыр қабырғаларынан шығуына мүмкіндік беретін протеазалар деп аталатын ферменттерді бөліп шығара бастайды. Эндотелий жасушалары қоршаған матрицаға көбейіп, көршілес тамырларды байланыстыратын қатты өскіндерді құрайды. Көбейіп жатқан жасушалар "ұш жасушаларының" артында орналасқан және олар "сабақ жасушалары" деп аталады.

Коалесценттік ангиогенез

Коалесцентті ангиогенез – интуссуцептивті ангиогенезге керісінше саналатын ангиогенездің бір түрі, онда капиллярлар бірігіп, үлкен қан тамырларын құрайды, соның нәтижесінде қан ағыны мен қан айналымы артады. Коалесцентті ангиогенез енді тек эмбриология саласымен ғана шектелмейді. Ол жаңа қан тамырлардың (неоваскулятура) пайда болуында, мысалы, ісікте маңызды рөл атқарады деп есептеледі.

Механикалық ынталандыру

Ангиогенезді механикалық стимуляциялау жетік зерттелмеген. Ангиогенезді тудыруға капиллярларға тиетін серпімді күштердің (shear stress) әсеріне қатысты көптеген пікір қақтығыстары бар, бірақ қазіргі білім бұлшықет жиырылуының күшеюі ангиогенезді арттыруы мүмкін екенін көрсетеді. Бұл, мүмкін, жаттығу кезінде азот оксидінің өндірісінің артуымен байланысты болуы мүмкін. Азот оксиді қан тамырларының кеңеюіне себеп болады.

Химиялық ынталандыру

Ангиогенезді химиялық түрғысынан ынталандыру әртүрлі ангиогендік ақуыздар арқылы жүзеге асырылады, мысалы, интеграли́ндер және простагландиндер, соның ішінде бірнеше өсу факторлары, мысалы, VEGF, FGF.

Шолу

Стимулятор механизмі FGF Эндотелийлік жасушалардың, тегіс бұлшық еттер жасушаларының және фибробластардың көбеюі мен дифференциациясын ынталандырады. VEGF VEGFR және NRP 1 өткізгіштігіне әсер етеді. Тіршілік сигналдарын біріктіреді. Ang1 және Ang2 қан тамырларын тұрақтандырады. PDGF (BB гомодимері) және PDGFR тегіс бұлшық еттер жасушаларын тартады. TGF β, эндоглин және TGF β рецепторлары клеткадан тыс матрица өндірісін арттырады. CCL2 лимфоциттерді қабыну орындарына тартады. Гистамин. Интегриндер αVβ3, αVβ5 (?) және α5β1 матрица макромолекулаларымен және протеиназалармен байланысады. VE кадхерин және CD31 эндотелийлік жасушалардың біріктіруші молекулалары. Эфриндер артериялардың немесе веналардың қалыптасуын анықтайды. Плазминоген активаторлары клеткадан тыс матрицаны қайта қалыптастырады, өсім факторларын бөліп шығарады және белсендіреді. Плазминоген активаторы ингибиторы 1 жақын маңдағы қан тамырларын тұрақтандырады. eNOS және COX 2. AC133 ангиобласт дифференциациясын реттейді. ID1/ID3 эндотелийлік трансдифференциацияны реттейді. 3-сыныпты семафориндер эндотелийлік жасушалардың жабысуын, миграциясын, көбеюін және апоптозын реттейді. Қан тамырларының өткізгіштігін өзгертеді. Nogo A эндотелийлік жасушалардың миграциясын және көбеюін реттейді. Қан тамырларының өткізгіштігін өзгертеді.

FGF

Фибробласт өсу факторы (FGF) отбасы, оның прототиптік мүшелері FGF 1 (қышқыл FGF) және FGF 2 (негізгі FGF) қазіргі таңдағыда кем дегенде 22 белгілі мүшеден тұрады. Көпшілігі 16-18 кДа бір тізбекті пептидтер болып табылады және гепарин мен гепаран сульфатына жоғары сәйкестік көрсетеді. Жалпы алғанда, FGF-тар гепарин протеогликандарының қатысуымен жасуша бетіндегі FGF рецепторларына байланысу арқылы әртүрлі жасушалық функцияларды стимуляциялайды. FGF рецепторлар отбасы жеті мүшеден тұрады, ал барлық рецепторлы ақуыздар – FGF-тың араласуымен рецепторлардың димеризациясының механизмі арқылы шақырылатын аутофосфорилирлеу арқылы белсендірілетін бір тізбекті рецепторлы тирозинкиназалар. Рецепторлардың белсенділігі гендердің белсенділігіне және жасушалардың дифференциациялануы, көбеюі және матрицаның ыдырауы сияқты әртүрлі биологиялық жауаптарға әкелетін сигнал трандукциясы тізбегін тудырады, соның салдарынан эндотелиялық жасушалардың, фибробластардың және тегіс бұлшық ет жасушаларының өсуі үшін маңызды митогендік белсенділік процесі басталады. FGF 1, FGF отбасының барлық 22 мүшесінің арасында ерекше, барлық жеті FGF рецептор субтиптерімен байланыса алады, осылайша FGF отбасының ең кең спектрлі мүшесі болып табылады және зақымдалған (гипоксиялық) тіндерде ангиогендік жауапты қамтамасыз етуге қажетті әртүрлі жасуша түрлері үшін қуатты митоген болып табылады, онда FGF рецепторларының жоғары реттелуі орын алады. FGF 1 артериялық қан тамырларын құруға қажетті барлық жасуша түрлерінің, соның ішінде эндотелиялық жасушалар мен тегіс бұлшықет жасушаларының көбеюін және дифференциациялануын стимуляциялайды; бұл факт FGF 1-ді негізінен жаңа капиллярлардың қалыптасуын қамтамасыз ететін тамырлар эндотелиялық өсу факторы (VEGF) сияқты басқа проангиогендік өсу факторларынан ерекшелендіреді. FGF 1-ден басқа, фибробласт өсу факторы 2-нің (FGF 2 немесе bFGF) маңызды функцияларының бірі – эндотелиялық жасушалардың көбеюін және эндотелиялық жасушалардың түтік тәрізді құрылымдарға физикалық ұйымдасуын стимуляциялау, осылайша ангиогенезді ынталандыру. FGF 2, VEGF немесе PDGF (тромбоциттен туындаған өсу факторы) -на қарағанда күштірек ангиогендік фактор болып табылады; алайда, ол FGF 1-ге қарағанда нашар. Қан тамырларының өсуін стимуляциялаумен қатар, aFGF (FGF 1) және bFGF (FGF 2) жараның жазылуында маңызды рөл атқарады. Олар фибробластар мен эндотелиялық жасушалардың көбеюін стимуляциялайды, бұл ангиогенезге және грануляциялық тіндердің дамуына әкеледі; екеуі де қанмен қамтамасыз етуді арттырады және жараның жазылу процесінің бастапқы кезеңінде жара кеңістігін/қуысын толтырады.

VEGF

Ағзалар эндотелийлік өсу факторы (АЭЖФ) ангиогенездің маңызды факторы болып табылады, ол белгілі бір желідегі капиллярлардың санын арттырады. Алғашқы in vitro зерттеулер VEGF және bFGF стимуляциясы кезінде сиыр капиллярларының эндотелий жасушаларының көбейіп, түтік тәрізді құрылымдардың белгілерін көрсетуін дәлелдеді, бірақ VEGF-мен нәтижелер айқынрақ болды. VEGF деңгейінің жоғарылауы физиологиялық жаттығуларға жауап берудің маңызды бөлігі болып табылады және оның ангиогенездегі рөлі қан тамырларының зақымдануын емдеудің мүмкін болатын жолы ретінде қарастырылуда. In vitro зерттеулер VEGF-нің ангиогенезді күшті түрде ынталандыратынын нақты көрсетеді, себебі осы өсу факторының қатысуымен енгізілген эндотелий жасушалары көбейіп, қозғалып, ақырында капиллярларға ұқсас түтік тәрізді құрылымдарды құрайды. Ang1 және Ang2 – бұл олардың рецепторлары Tie 1 және Tie 2 арқылы әрекет ететін белоктық өсу факторлары; бұл мәселе даулы болғанымен, жасуша сигналдары көбінесе Tie 2 арқылы беріледі деп есептеледі; алайда, кейбір зерттеулер физиологиялық сигналдың Tie 1 арқылы да жүзеге асатынын көрсетеді. Бұл рецепторлар тирозинкиназалар болып табылады. Осылайша, лиганд байланысы димеризацияны тудырса, олар негізгі тирозиндерде фосфорилирлеуді бастайтын жасушалық сигналды іске қоса алады.

МПП

Ангиогенезге басқа да маңызды фактор – матрицалық металлопротеиназа (ММП). ММП қан тамырларының қабырғаларын берік ұстайтын белоктарды ыдыратады. Бұл протеолиз эндотелий жасушаларының өскіндік ангиогенезінде көрініп тұрғандай, интерстициалдық матрицаға енуіне мүмкіндік береді. ММП-ні тежеу жаңа капиллярлардың пайда болуын болдырмайды. Бұл ферменттер тамырлардың қалыптасу процесінде қатаң реттеледі, себебі жасушадан тыс матрицаның бұзылуы микроқан тамырларының тұтастығын азайтады. Dll4 – ноч (notch) рецепторлар отбасының трансмембраналық лигандысы. Дельта-сияқты лиганд 4-тің (Delta-like Ligand 4) салдарына анықтау үшін көптеген зерттеулер жүргізілді. Атап айтқанда, бір зерттеу Dll4-тің ісік тамырларының таралуы мен өсуіне тигізетін әсерін бағалады. Ісіктің өсуі мен дамуы үшін оған дұрыс қан тамырлары қажет. VEGF жолы қан тамырларының дамуы үшін маңызды, бұл өз кезегінде ісіктердің өсуіне көмектеседі. VEGF және Dll4-тің біріктірілген блокадасы ісіктің прогрессиясын және ісіктегі ангиогенезді тежеуге әкеледі. Бұл эндотелий жасушаларының сигнал беруін бәсеңдетуге байланысты, ол осы жасушалардың көбеюі мен өскініне кедергі келтіреді. Бұл тежелім арқасында жасушалар бақылаусыз өспейді, сондықтан қатерлі ісік осы кезеңде тоқтатылады. Егер блокада алынса, жасушалар қайтадан көбейе бастайды.

3-сыныптағы семафориндер

3-класты семафориндер (SEMA3s) эндотелийлік жасушалардың жабысуын, қозғалысын, көбеюін, тірі қалуын және перициттердің тартылуын реттей отырып, ангиогенезді реттейді. Сондықтан SEMA3s және VEGF A-ның салыстырмалы экспрессия деңгейі ангиогенез үшін маңызды болуы мүмкін. Денеде жаңа қан тамырларының пайда болуын тежейтін немесе ынталандыратын арнайы заттарды қолдану мұндай аурулармен күресуге көмектеседі. Қан тамырларының қажет емес жерде болуы тіндердің механикалық қасиеттеріне әсер етіп, зақымдану мүмкіндігін арттырады. Жөндеуге немесе белсенді метаболизмге қатысқан тіндерде қан тамырларының жетіспеуі жөндеуді немесе басқа да маңызды функцияларды тежеуі мүмкін. Бірнеше ауру, мысалы, ишемиялық созылмалы жаралар, қан тамырларының жеткіліксіз қалыптасуының немесе жетіспеуінің салдары болып табылады және оларды қан тамырларының жергілікті кеңеюі арқылы емдеуге болады, осылайша жаңа қоректік заттар зақымдалған жерге жеткізіліп, жаңару процесі жеңілдеді. Басқа аурулар, мысалы, жасқа байланысты макулярлық дегенерация, қан тамырларының жергілікті кеңеюінен туындауы мүмкін, бұл қалыпты физиологиялық процестерге кедергі келтіреді. Ангиогенез принципін қазіргі клиникалық қолдануды екі негізгі салаға бөлуге болады: ангиогенезді зерттеулермен басталған антиангиогендік терапия және проангиогендік терапия. Антиангиогендік терапиялар қатерлі ісіктермен күресу үшін қолданылады, олар өсу үшін көп мөлшерде оттегі мен қоректік заттарды қажет етеді, ал проангиогендік терапиялар жүрек-қан тамырлары ауруларын емдеу мүмкіндігі ретінде зерттеледі, бұл Батыс әлемінде өлімнің басты себебі. Адамдарда проангиогендік әдістерді алғаш қолданудың бірі – фибробласт өсу факторы 1 (FGF 1) арқылы коронарлық артерия ауруын емдеу үшін неміс клиникалық сынағы. Әрекет ету механизмі тұрғысынан проангиогендік әдістерді үш негізгі санатқа бөлуге болады: гендік терапия, мақсатты гендерді күшейту немесе тежеу үшін бағытталған; белокты алмастыру терапиясы, ол негізінен FGF 1 немесе тамыр эндотелийлік өсу факторы (VEGF) сияқты ангиогендік өсу факторларын қолданады; және белгілі бір жасуша түрлерін имплантациялауды қамтитын жасушалық терапия. Гендік терапиямен байланысты әлі де шешілмеген маңызды мәселелер бар. Оларға терапиялық гендерді мақсатты жасушалардың геномына тиімді енгізу, жағымсыз иммундық реакция қаупін азайту, потенциалды уыттылық, иммуногенділік, қабыну реакциялары және гендерді имплантациялау үшін қолданылатын вирус векторларымен байланысты онкогенез, сондай-ақ ангиогенездің генетикалық негізінің күрделілігі жатады. Адамдарда ең көп кездесетін аурулар, мысалы, жүрек ауруы, жоғары қан қысымы, қант диабеті және Альцгеймер ауруы, көбінесе көптеген гендердегі өзгерістердің жиынтық әсерінен туындайды, сондықтан бір генді енгізу мұндай жағдайларда айтарлықтай пайдалы болмауы мүмкін. Керісінше, проангиогендік белок терапиясы жақсы анықталған, нақты құрылымдалған белоктарды қолданады, олардың әрқайсысының аурулар үшін алдын ала анықталған оңтайлы дозалары және белгілі биологиялық әсерлері бар. Оғрықтар (ісіктер) әртүрлі өсу факторларын (мысалы, VEGF) және белоктарды бөліп шығару арқылы қан тамырларының өсуін (ангиогенезді) ынталандырады. bFGF және VEGF сияқты өсу факторлары ісікке капиллярлардың өсуін тудырады, бұл кейбір зерттеушілердің пікірінше, ісіктің өсуіне қажетті қоректік заттарды жеткізеді. Қалыпты қан тамырларынан айырмашылығы, ісіктің қан тамырлары кеңейген және дұрыс емес пішінге ие. Басқа клиникалық мамандар ангиогенездің қалдықтарды шығару жолы ретінде қызмет ететініне сендіреді, ол тез бөлінетін қатерлі жасушалардың бөлінетін биологиялық өнімдерін алып тастайды. Қай жағдайда болса да, ангиогенез – бұл зиянсыз жасушалардың кішкентай тобының, көбінесе қаламсаптың ұшындағы металл шардың мөлшерімен тең, ірі ісікке айналуы үшін қажетті және міндетті қадам. Ангиогенез ісіктің таралуы немесе метастаздануы үшін де қажет. Мұндай метастаздардың одан әрі өсуі үшін қоректік заттармен және оттегімен қамтамасыз ету, сондай-ақ қалдықтарды шығару қажет. Эндотелийлік жасушалар қатерлі жасушаларға қарағанда генетикалық тұрақтырақ деп саналады. Бұл геномдық тұрақтылық антиангиогендік терапияны эндотелийлік жасушаларға бағытталған химиялық терапиямен салыстырғанда артықшылық береді, себебі қатерлі жасушалар тез мутацияға ұшырайды және емге қарсы тұрақтылықты дамытады. Осы себепті эндотелийлік жасушалар оларға қарсы бағытталған терапия үшін идеалды нысана болып саналады.

Қатерлі ісік қан тамырларының пайда болуы

Ангиогенез арқылы қан тамырларының пайда болу механизмі ісік жасушаларының мутацияға байланысты спонтанды бөлінуімен басталады. Содан кейін ісік жасушалары ангиогендік стимуляторларды бөліп шығарады. Бұл стимуляторлар жақын жердегі қалыптасқан қан тамырларына жетеді және олардың эндотелийлік жасушаларының рецепторларын белсендіреді. Бұл қан тамырларынан протеолиттік ферменттердің шығарылуына әкеледі. Бұл ферменттер қан тамырының нақты бір нүктесін нысанаға алады, нәтижесінде тесік пайда болады. Осы тесіктен жаңа қан тамыры өсе бастайды. Ісік жасушаларына қанмен қамтамасыз ету қажет, өйткені олар қалыптасқан қан жеткізілімі болмаса, 2-3 миллиметрден артық өсе алмайды, бұл шамамен 50-100 жасушаға тең. Белгілі бір зерттеулер ісік тінінің ішінде пайда болған тамырлардың көбірек бұзық екенін және олардың мөлшері үлкен екенін көрсетті, бұл жағдай нашар болжаммен байланысты.

Жүрек- қан тамырлары ауруларының ангиогенезі

Ангиогенез жүрек-қан тамырлары ауруларын емдеу үшін тамаша терапиялық мақсат болып табылады. Бұл – организмнің өмірлік маңызды органдарға қан жеткізілуі төмендеген кезде табиғи түрде жауап беретін қуатты физиологиялық процесс, атап айтқанда неоангиогенез: ишемиялық зардаптан құтылу үшін жаңа қан тамырларының пайда болуы. Бұл сәтсіздіктер неоваскуляризацияны ынталандыруға арналған молекулалық мақсаттардың дұрыс таңдалмағанын, оларды тиімді пайдалану үшін дұрыс формуланы қолданып, дұрыс жеткізу қажеттігін, немесе олардың жалпы жасушалық микроортадағы көрсетілуі олардың тиімділігінде маңызды рөл атқаратынын көрсетеді. Бұл белоктарды табиғи сигнал беру оқиғаларын имитациялап ұсыну қажет болуы мүмкін, оның ішінде концентрация, кеңістіктік және уақыттық профильдерді, сондай-ақ оларды басқа да тиісті факторлармен бірдей немесе кезекті түрде ұсынуды қамту керек.

Жаттығу

Ангиогенез көбінесе аэробтық және төзімділік жаттығуларымен байланысты. Артериогенез желідегі жалпы ағын мөлшерін күрт арттыруға мүмкіндік беретін желілік өзгерістерді тудырса, ангиогенез ұзақ мерзімде қоректік заттардың жеткізілуін арттыратын өзгерістерді тудырады. Капиллярлар максималды қоректік заттарды жеткізу тиімділігін қамтамасыз ету үшін жасалған, сондықтан капиллярлардың санының артуы желіге бірдей уақыт ішінде көбірек қоректік заттар жеткізуге мүмкіндік береді. Капиллярлардың санының көп болуы желідегі оттегі алмасуын да жақсартады. Бұл төзімділік жаттығулары үшін өте маңызды, себебі адамға жаттығуды ұзаққа созуға мүмкіндік береді. Дегенмен, эксперименттік деректер төзімділік жаттығуларында максималды оттегі жеткізуді арттыру үшін капиллярлық қабілетті арттыру қажет екенін көрсетпейді. PDGF коллаген гликозаминогликан қаңқаларындағы тамырларды тұрақтандырады.

Тарих

Ангиогенез туралы алғашқы хабарлама 1794 жылы жарық көрген, шотланд анатомы Джон Хантердің зерттеу нәтижелері жинақталған «Қан, қабыну және оқтан туған жаралар туралы трактат» кітабына дейін жетеді. Зерттеу жұмысында Хантер қоянның жаңа қан тамырларының өсу процесін байқады. Дегенмен, ол қазіргі ғалымдар арасында кеңінен қолданылатын «ангиогенез» терминін ойлап тапқан жоқ. Хантер сондай-ақ жаңа қан тамырларының өсу процесін қанның ішкі, туа біткен өмірлік принципінің әсеріне қателікпен жатқызды. «Ангиогенез» терминінің 1900 жылдарға дейін пайда болмағаны айтылады. Қазіргі заманғы ангиогенез зерттеулерінің бастауы Джуда Фолкманның ісік өсуінде ангиогенездің маңызды рөлі туралы баяндамасымен белгіленді.

Сандық анықтау

Микроқан тамырларының тығыздығы сияқты қан тамырлары параметрлерін анықтауда, таңдамалы бояну немесе тіндердің гистологиялық кесінділерде толыққанды көрсетілмеуі салдарынан түрлі қиындықтар туындайды. Жақындағы зерттеулер жануарлар моделіндегі ісіктердің толық 3D құрылымын қайта жасау және тамырлардың құрылымын сандық түрде өлшеу мүмкіндігін көрсетті.