高级病生第一次课内皮细胞的病理生理学课件

1、Free template from brainybetty1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 signific

2、antly from 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,

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内皮细胞培养，开启了现代血管生物学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 本次讲座的主要内容EC的特异性（自身、组织、器官水

5、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-end, they wo

6、uld form a line that could circle the earth twice. 彩色扫描电镜的ECBAECHUVECCVEC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 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 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的特异性Uptaking of Dil-Ac-LDL（功能特异性）(There are two kinds of cells have this uptaking function.fluorescein isothiocyanatelabeled acetyl-

9、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内皮细胞的组织特异性：不同部位分子表达的特异性Cell Tissue Res (200

10、9) 335:205222表面受体表达（组胺、P物质受体等）黏附分子表达 （p-selectin, ICAM-1）表面复合糖的表达（唾液酸残基亚型）异质性的表现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VasodilationFluid filtrationAlbumin leakageLeukocyte-capillary pluggingOxidant productionPlatelet rolling and adherenceLeukocyte rolling,

11、adherence, emigrationAdhesion molecule expression内皮细胞的功能异质性：Nature Reviews | Immunology Volume 7 , OCT. 2019, 815内皮细胞的功能异质性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.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cme.medscape/viewarticle/527850 内皮细胞在血脑屏障中的作用2. EC的基本功能2. EC的基本功能Tight

13、junction (TJ) and adherens junction (AJ)内皮屏障功能的结构基础-细胞间连接结构的组成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的基本功能内皮细胞在调整血

14、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cme.medscape/viewarticle/527850 3. 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）的堆积等都在影响内皮细胞的功能。3. 影响EC功能的因素 /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）

15、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 Transplantation (2019) 41, 677686cme.medscape/viewarticle/527850 4. EC功能障碍的表现 内皮细胞功能障碍的主要表现plus： barrier dysfunction内皮细胞紧密连接和黏附连接结构松解基底膜粘附斑形成为细胞收缩提供锚点

16、氧自由基细胞因子（PAF、TNF等）炎症介质（组胺、缓激肽等）血液流变学变化白细胞作用IP3Ca2+DAGPKCcGMPPKGPI3-KPKB各种影响血管通透性的刺激因素严重烧伤第二信使-蛋白激酶小G蛋白Rho酪氨酸激酶 肌动肌球蛋白相互作用，细胞收缩细胞间缝隙增大血管通透性升高MAPKKKMKK3/MKK6p38/p38PRAK/MAPKAP2?HSP27 (P)MYPT1/ 2ROCK休克微循环实验室在内皮细胞屏障功能方面做的工作受体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, vW

17、F;Thrombomodulin, TM;Angiopoietin-2（血管生成素-2, Ang-2）2.粘附分子3.其它标记物cme.medscape/viewarticle/527850 4. 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 (angiogenesis)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

18、性介质Tight junction (TJ) and adherens junction (AJ)内皮屏障功能的结构基础-细胞间连接结构的组成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）具有阻断凝血、促

20、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2019.10从欧洲市场撤出。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) 335:67735. 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):180-95.5. EC的分化和发育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的分化和发育49Timothy J.A. Chico, et al.Trends Cardiovasc Med 2019;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，

23、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. 2019;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Antioxid. Redox Signal. 2019;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. 2019;1

24、0, 18691882.5. EC的分化和发育54One 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 acts 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，

25、显著促进血流恢复和新血管形成。Circulation 110: 33003305, 2019.2009年05月21日 中国医学论坛报5. EC的分化和发育55SDF-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 (2019). 5. EC的分化和发育56 然而，由于SDF-1/趋化因子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

26、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572009年05月21日 中国医学论坛报5. EC的分化和发育58Inflammatory and oxidative factors influencing endothelial progenitor cell (EPC) number and functional activity.Atherosclerosis 2

27、01 (2019) 2362475. EC的分化和发育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

28、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):83-935. EC的分化和发育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64Sequence of steps during leukocyte recruitment culminating in transendothelial migrationMicrocirculation. 2009 Jan;16(1):43-57.6. EC与血液和血管细胞的相互作用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与血液和血管细胞的相互作用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与血液和血管细胞的相互作用67cme.medscape/viewarticle/527850 7. 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