Перициты: клетки капиллярной стенки и их функции.

Введение

Клетки, связанные с капиллярами

Перициты (ранее называемые клетками Руже) – это многофункциональные стеновые клетки микроциркуляции, которые охватывают эндотелиальные клетки, выстилающие капилляры по всему организму. Перициты встроены в базальную мембрану кровеносных капилляров, где они взаимодействуют с эндотелиальными клетками посредством как прямого физического контакта, так и паракринной сигнализации. Морфология, распределение, плотность и молекулярные характеристики перицитов варьируются в зависимости от органов и сосудистых русел. Перициты способствуют поддержанию гомеостатических и гемостатических функций в головном мозге, одном из органов с наибольшим перицитарным покрытием, а также поддерживают гематоэнцефалический барьер. Эти клетки также являются ключевым компонентом нейрососудистой единицы, включающей эндотелиальные клетки, астроциты и нейроны. Предполагается, что перициты регулируют кровоток в капиллярах. Перициты стабилизируют и контролируют созревание эндотелиальных клеток посредством прямого взаимодействия между клеточными мембранами, а также посредством паракринной сигнализации. Дефицит перицитов в центральной нервной системе может привести к увеличению проницаемости гематоэнцефалического барьера. Предложена родственная связь с другими типами клеток, включая гладкомышечные клетки, нервные клетки, мышечные волокна, адипоциты, а также фибробласты и другие мезенхимальные стволовые клетки. Однако вопрос о том, дифференцируются ли эти клетки друг в друга, остается открытым. Регенеративная способность перицитов снижается с возрастом. Помимо создания и ремоделирования кровеносных сосудов, было обнаружено, что перициты защищают эндотелиальные клетки от гибели посредством апоптоза или цитотоксических факторов. Показано in vivo, что перициты выделяют гормон, известный как перицитарная аминопептидаза N/pAPN, который может способствовать ангиогенезу. При смешивании этого гормона с эндотелиальными клетками головного мозга и астроцитами перициты группировались в структуры, напоминающие капилляры. Кроме того, когда в экспериментальной группе присутствовали все перечисленные клетки, за исключением перицитов, эндотелиальные клетки подвергались апоптозу. Таким образом, было сделано заключение, что перициты необходимы для обеспечения нормальной функции эндотелиальных клеток, а астроциты – для поддержания контакта между ними. В противном случае нормальный ангиогенез невозможен. Также было установлено, что перициты способствуют выживанию эндотелиальных клеток, секретируя белок Bcl-w во время межклеточного взаимодействия. Bcl-w является ключевым белком в пути, который стимулирует экспрессию VEGF A и подавляет апоптоз. Хотя существуют некоторые предположения о том, почему VEGF непосредственно предотвращает апоптоз, считается, что он модулирует пути передачи апоптотических сигналов и ингибирует активацию ферментов, индуцирующих апоптоз. Два биохимических механизма, используемых VEGF для этого, – это фосфорилирование внеклеточной регуляторной киназы 1 (ERK 1, также известной как MAPK3), которая поддерживает выживание клеток с течением времени, и ингибирование активированной стрессом протеинкиназы/c-Jun NH2-киназы, которая также способствует апоптозу.

Pericytes (formerly called Rouget cells) are multi functional mural cells of the microcirculation that wrap around the endothelial cells that line the capillaries throughout the body. Pericytes are embedded in the basement membrane of blood capillaries, where they communicate with endothelial cells by means of both direct physical contact and paracrine signaling. The morphology, distribution, density and molecular fingerprints of pericytes vary between organs and vascular beds. Pericytes help to maintain homeostatic and hemostatic functions in the brain, one of the organs with higher pericyte coverage, and also sustain the blood–brain barrier. These cells are also a key component of the neurovascular unit, which includes endothelial cells, astrocytes, and neurons. Pericytes have been postulated to regulate capillary blood flow Pericytes stabilize and monitor the maturation of endothelial cells by means of direct communication between the cell membrane as well as through paracrine signaling. A deficiency of pericytes in the central nervous system can cause increased permeability of the blood–brain barrier. A lineage relationship to other cell types has been proposed, including smooth muscle cells, neural cells, muscle fibers, adipocytes, as well as fibroblasts and other mesenchymal stem cells. However, whether these cells differentiate into each other is an outstanding question in the field. Pericytes' regenerative capacity is affected by aging. Aside from creating and remodeling blood vessels, pericytes have been found to protect endothelial cells from death via apoptosis or cytotoxic elements. It has been shown in vivo that pericytes release a hormone known as pericytic aminopeptidase N/pAPN that may help to promote angiogenesis. When this hormone was mixed with cerebral endothelial cells as well as astrocytes, the pericytes grouped into structures that resembled capillaries. Furthermore, when the experimental group contained all of the following with the exception of pericytes, the endothelial cells would undergo apoptosis. It was thus concluded that pericytes must be present to ensure the proper function of endothelial cells, and astrocytes must be present to ensure that both remain in contact. If not, then proper angiogenesis cannot occur. It has also been found that pericytes contribute to the survival of endothelial cells, as they secrete the protein Bcl w during cellular crosstalk. Bcl w is an instrumental protein in the pathway that enforces VEGF A expression and discourages apoptosis. Although there is some speculation as to why VEGF is directly responsible for preventing apoptosis, it is believed to be responsible for modulating apoptotic signal transduction pathways and inhibiting activation of apoptosis inducing enzymes. Two biochemical mechanisms utilized by VEGF to accomplish this would be phosphorylation of extracellular regulatory kinase 1 (ERK 1, also known as MAPK3), which sustains cell survival over time, and inhibition of stress activated protein kinase/c jun NH2 kinase, which also promotes apoptosis.

Кроваво-мозговый барьер

Перициты играют ключевую роль в формировании и функционировании гематоэнцефалического барьера. Этот барьер состоит из эндотелиальных клеток и обеспечивает защиту и функциональность мозга и центральной нервной системы. Установлено, что перициты необходимы для постнатального формирования этого барьера. Перициты отвечают за формирование плотных контактов и транспорт везикул между эндотелиальными клетками. Более того, они способствуют формированию гематоэнцефалического барьера, ингибируя действие иммунных клеток ЦНС (которые могут нарушить формирование барьера) и снижая экспрессию молекул, повышающих сосудистую проницаемость. Помимо формирования гематоэнцефалического барьера, перициты также активно участвуют в его функционировании. На животных моделях, имитирующих потерю перицитов в процессе развития, наблюдается увеличение эндотелиального транситоза, нарушение артериовенозного зонирования, повышенная экспрессия молекул адгезии лейкоцитов и образование микроаневризм. Потеря или дисфункция перицитов также предполагается как фактор, способствующий развитию нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и БАС, посредством разрушения гематоэнцефалического барьера.

Кровоток

Все больше данных свидетельствует о том, что перициты способны регулировать кровоток на уровне капилляров. Для сетчатки опубликованы видеозаписи, демонстрирующие, что перициты сужают капилляры при изменении их мембранного потенциала, вызывающем приток кальция, а в мозге сообщалось, что нейронная активность увеличивает локальный кровоток, стимулируя перициты к расширению капилляров перед расширением артериол выше по течению. Эта область остается предметом споров: исследование 2015 года утверждает, что перициты не экспрессируют сократительные белки и не способны к сокращению in vivo, однако эта работа подверглась критике за использование крайне нетрадиционного определения перицита, которое явно исключает сократительные перициты. Похоже, что различные сигнальные пути регулируют сужение капилляров перицитами и артериол гладкомышечными клетками. Недавние исследования на крысах выявили такой сигнальный путь, в котором после травмы спинного мозга и индуцированной гипоксии ниже уровня травмы наблюдается избыточная активность моноаминовых рецепторов на перицитах, что приводит к локальному сужению капилляров и снижению кровотока до ишемического уровня. Перициты играют важную роль в поддержании кровообращения. В исследовании на взрослых мышах с дефицитом перицитов наблюдалось снижение мозгового кровотока в сочетании с регрессией сосудов из-за потери как эндотелия, так и перицитов. В гиппокампе мышей с дефицитом перицитов также отмечалось значительное усиление гипоксии, воспаление, а также нарушение обучения и памяти.

Клиническое значение

Из-за их ключевой роли в поддержании и регулировании структуры эндотелиальных клеток и кровотока, нарушения функции перицитов наблюдаются при многих патологиях. Они могут проявляться как в избытке, вызывая такие заболевания, как гипертензия и образование опухолей, так и в дефиците, приводящем к нейродегенеративным заболеваниям.

Гемангиома

Клинические фазы гемангиомы имеют физиологические различия, коррелирующие с иммунофенотипическими профилями, как показано Такахаси и соавторами. В течение ранней пролиферативной фазы (0–12 месяцев) опухоли экспрессируют пролиферативный клеточный ядерный антиген (в перицитах), сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF) и коллагеназу типа IV, причем первые два локализуются как в эндотелии, так и в перицитах, а последний – в эндотелии. Сосудистые маркеры CD31, фактор фон Виллебранда (vWF) и актин гладкой мускулатуры (маркер перицитов) присутствуют в пролиферативной и инволютивной фазах, но исчезают после полного инволюционного разрешения поражения.

Гемангиоперицитома

Гемангиоперицитома – редкое сосудистое новообразование, или аномальный рост, который может быть как доброкачественным, так и злокачественным. В злокачественной форме возможны метастазы в легкие, печень, головной мозг и конечности. Чаще всего она проявляется в бедренной кости и проксимальном отделе большеберцовой кости в виде саркомы кости и обычно диагностируется у пожилых людей, хотя случаи встречаются и у детей. Гемангиоперицитома возникает из-за избыточного наслоения слоев перицитов вокруг неправильно сформированных кровеносных сосудов. Диагностика этой опухоли затруднена, поскольку перициты сложно отличить от других типов клеток при использовании световой микроскопии. Лечение может включать хирургическое удаление и лучевую терапию, в зависимости от степени проникновения в кость и стадии развития опухоли.

Диабетическая ретинопатия

В сетчатке пациентов с диабетом часто наблюдается потеря перицитов, и эта потеря является характерной особенностью ранних стадий диабетической ретинопатии. Исследования показали, что перициты необходимы для защиты эндотелиальных клеток капилляров сетчатки у пациентов с диабетом. При потере перицитов в капиллярах формируются микроаневризмы. В ответ на это сетчатка либо увеличивает свою сосудистую проницаемость, что приводит к отеку глаза, в частности, к отеку макулы, либо формирует новые сосуды, проникающие в стекловидное тело глаза. Конечным результатом является снижение или потеря зрения. Хотя причины потери перицитов у пациентов с диабетом остаются неясными, одна из гипотез заключается в накоплении токсичного сорбитола и продуктов поздней гликирования (AGE) в перицитах. Накопление глюкозы усиливает активность полиольного пути, что приводит к внутриклеточному накоплению сорбитола и фруктозы. Это вызывает осмотический дисбаланс и, как следствие, повреждение клеток. Высокий уровень глюкозы также способствует накоплению AGE, которые также повреждают клетки.

Нейродегенеративные заболевания

Исследования показали, что потеря перицитов во взрослом и стареющем мозге приводит к нарушению нормальной церебральной перфузии и поддержания гематоэнцефалического барьера, что вызывает нейродегенерацию и нейровоспаление. Апоптоз перицитов в стареющем мозге может быть следствием нарушения коммуникации между факторами роста и рецепторами на перицитах. Фактор роста тромбоцитов B (PDGFB) высвобождается из эндотелиальных клеток сосудов головного мозга и связывается с рецептором PDGFRB на перицитах, инициируя их пролиферацию и внедрение в сосудистую стенку. Иммуногистохимические исследования тканей мозга людей с болезнью Альцгеймера и боковым амиотрофическим склерозом демонстрируют потерю перицитов и нарушение целостности гематоэнцефалического барьера. Мышиные модели с дефицитом перицитов (у которых отсутствуют гены, кодирующие этапы сигнального каскада PDGFB:PDGFRB) и несущие мутацию, вызывающую болезнь Альцгеймера, проявляют более выраженную патологию, сходную с болезнью Альцгеймера, по сравнению с мышами с нормальным количеством перицитов и той же мутацией.

Инсульт

При инсульте перициты сужают мозговые капилляры и затем погибают, что может привести к длительному снижению кровотока и нарушению функции гематоэнцефалического барьера, усиливая гибель нервных клеток. Существует несколько путей коммуникации между эндотелиальными клетками и перицитами. Первый – сигналинг трансформирующего фактора роста (ТФР), опосредованный эндотелиальными клетками. Он важен для дифференцировки перицитов. Сигналинг ангиопоэтина 1 и Tie 2 необходим для созревания и стабилизации эндотелиальных клеток. Сигнализация фактора роста тромбоцитов (PDGF) от эндотелиальных клеток рекрутирует перициты, позволяя им мигрировать к развивающимся кровеносным сосудам. Блокировка этого пути приводит к дефициту перицитов. Сигналинг сфингозин-1-фосфата (S1P) также способствует рекрутированию перицитов посредством коммуникации через G-белок-связанные рецепторы. S1P передает сигналы через GTPазы, которые стимулируют транспорт N-кадхерина к эндотелиальным мембранам. Этот транспорт укрепляет контакты эндотелиальных клеток с перицитами. Коммуникация между эндотелиальными клетками и перицитами жизненно важна. Ингибирование пути PDGF приводит к дефициту перицитов. Это вызывает эндотелиальную гиперплазию, аномальные соединения и диабетическую ретинопатию. Ангиопоэтин 2 может выступать в качестве антагониста Tie 2, дестабилизируя эндотелиальные клетки, что приводит к снижению взаимодействия эндотелиальных клеток и перицитов. Это иногда приводит к образованию опухолей. Подобно ингибированию пути PDGF, ангиопоэтин 2 снижает уровень перицитов, что приводит к диабетической ретинопатии.

Оздоровительные

Обычно астроциты ассоциируются с процессом рубцевания в центральной нервной системе, формируя глиальные рубцы. Предполагалось, что подтип перицитов участвует в этом рубцевании независимо от глиальных клеток. Исследования прослеживания клеточного происхождения показали, что за этими подтипами перицитов наблюдали после инсульта, и выяснилось, что они вносят вклад в формирование глиального рубца, дифференцируясь в миофибробласты и откладывая внеклеточный матрикс. Однако это остается предметом споров, поскольку более поздние исследования указывают на то, что тип клеток, за которым наблюдали в этих исследованиях рубцов, скорее всего, был не перицитами, а фибробластами.

Вклад в нейрогенез взрослых

Появляющиеся данные (на 2019 год) указывают на то, что нейронные микрососудистые перициты, под воздействием резидентных глиальных клеток, перепрограммируются в интернейроны и расширяют локальные нейронные микроцепи. Этот процесс усиливается одновременным ангиогенезом.