CELLULE ENDOTELIALI: CARATTERISTICHE, STRUTTURA, TIPI, FUNZIONI - BIOLOGIA - 2025

Le cellule endoteliali sono cellule metabolicamente attive appartenenti all'endotelio, i vasi sanguigni della linea unicellulare interna. Questo strato cellulare ha importanti funzioni fisiologiche nel corpo, soprattutto per quanto riguarda il sistema circolatorio.

Il termine "endotelio" fu coniato dall'anatomista svizzero Wilhelm His nel 1865 per distinguere tra lo strato interno delle cavità corporee e l'epitelio (che è lo strato esterno).

Diagramma di una parete di un vaso sanguigno che mostra cellule endoteliali (Fonte: Utente: VS6507, tramite Wikimedia Commons)

La definizione iniziale utilizzata da His comprendeva non solo lo strato cellulare interno dei vasi sanguigni, ma anche i vasi linfatici e le cavità mesoteliali. Tuttavia, poco tempo dopo questa definizione fu ridotta solo al sistema vascolare sanguigno e linfatico.

La posizione strategica di queste cellule permette loro di agire come interfaccia diretta tra i componenti del sangue (o linfa) e dei tessuti, il che le rende indispensabili per la regolazione di numerosi processi fisiologici legati al sistema vascolare.

Tra questi processi vi sono il mantenimento della fluidità sanguigna e la prevenzione della formazione di trombi, nonché la regolazione del trasporto di fluidi e soluti come ormoni, fattori proteici e altre macromolecole.

Il fatto che l'endotelio svolga funzioni complesse nel corpo degli animali implica che le sue cellule siano suscettibili a diverse malattie, che sono di grande interesse per diversi ricercatori.

caratteristiche

La superficie occupata dalle cellule endoteliali nel corpo di un essere umano adulto può estendersi su più di 3.000 metri quadrati e pesare più di 700 g.

Questo strato cellulare, considerato un "organo" ampiamente distribuito in tutto il corpo, è responsabile della ricezione e della traduzione dei segnali molecolari che vengono trasportati nel sangue ai tessuti, orchestrando un gran numero di fenomeni essenziali per il funzionamento dell'intero organismo.

Una caratteristica delle cellule endoteliali è che esse e i loro nuclei sono allineati in modo tale da "guardare" diretti nella stessa direzione del flusso sanguigno che passa attraverso i condotti in cui si trovano.

Le cellule endoteliali sono altamente eterogenee e questo ha a che fare con il fatto che i vasi sanguigni e linfatici sono distribuiti in tutto il corpo, esposti a un'ampia varietà di microambienti diversi, che impongono condizioni a ciascun particolare endotelio.

Questi microambienti vascolari possono influenzare in modo significativo le caratteristiche epigenetiche delle cellule endoteliali, determinando processi di differenziazione distinti.

Ciò è stato dimostrato attraverso lo studio dei pattern di espressione genica tessuto-specifica, attraverso i quali è stata dimostrata l'incredibile capacità di queste cellule di adattarsi, sia in numero che nella disposizione, alle esigenze locali in cui si trovano.

segnalazione

L'endotelio è un sofisticato centro di elaborazione del segnale che controlla praticamente tutte le funzioni cardiovascolari. La caratteristica distintiva di questo sistema sensoriale è che ogni cellula endoteliale è in grado di rilevare diversi tipi di segnali e generare diversi tipi di risposte.

Questo è forse ciò che consente a questo organo molto speciale di esercitare funzioni regolatrici sulla pressione sanguigna e sulla velocità e distribuzione del sangue, oltre a controllare la proliferazione cellulare e la migrazione nelle pareti dei vasi sanguigni.

Generazione

Il sistema vascolare è il primo sistema di organi a svilupparsi nel corpo di un embrione animale. Durante il processo di gastrulazione, l'epitelio embrionale invagina attraverso la fessura primitiva ed è allora che vengono indotte le cellule mesodermiche.

Le cellule progenitrici delle cellule endoteliali si differenziano dal tessuto mesodermico, attraverso un processo che appare indipendente dalla gastrulazione. Queste cellule risiedono nel midollo osseo in stretta associazione con le cellule ematopoietiche.

Le cellule progenitrici sono note come angioblasti e / o emangioblasti. Tuttavia, altre linee cellulari del corpo possono essere "transdifferenziate" in cellule epiteliali e viceversa.

Gli angioblasti sono definiti come cellule che hanno il potenziale per differenziarsi in cellule endoteliali, ma non possiedono i marcatori molecolari caratteristici e non hanno formato un "lume" (questi marcatori compaiono durante il differenziamento).

Il tasso di differenziazione e proliferazione delle cellule endoteliali è estremamente alto durante lo sviluppo embrionale e durante lo sviluppo postnatale, ma diminuisce notevolmente nell'adulto.

L'identità delle cellule epiteliali viene solitamente verificata studiando la presenza o l'espressione di specifiche proteine ​​messaggere o RNA, sebbene questi "marcatori" possano spesso essere condivisi con altre linee cellulari.

Differenziazione delle cellule progenitrici

Le cellule progenitrici delle cellule endoteliali possono derivare dal midollo osseo, ma non possono essere immediatamente incorporate nelle pareti vascolari interne (endotelio).

Diversi autori hanno dimostrato che queste cellule sono dirette verso o sono raggruppate in siti di neovascolarizzazione attiva, differendo in risposta a processi ischemici (mancanza di ossigeno o flusso sanguigno), traumi vascolari, crescita del tumore o altri.

Proliferazione

Le cellule endoteliali presenti nel sistema vascolare mantengono la capacità di dividersi e muoversi. Nuovi vasi sanguigni si formano grazie alla proliferazione di cellule endoteliali preesistenti e ciò avviene sia nei tessuti embrionali (in fase di crescita) che in quelli adulti (per rimodellamento o ricostruzione tissutale).

L'apoptosi

L'apoptosi, o morte cellulare programmata, è un normale processo che si verifica praticamente in tutte le cellule degli organismi viventi e che ha in esse varie funzioni fisiologiche.

È caratterizzato dalla condensazione del citoplasma e del nucleo, dal restringimento delle cellule e dall'esposizione, sulla superficie cellulare, di molecole specifiche per la fagocitosi. Durante questo processo si verifica anche la rottura della cromatina (DNA cromosomico) e la deformazione della membrana plasmatica.

La morte cellulare programmata può essere innescata, nelle cellule endoteliali, da diversi stimoli e fattori molecolari. Ciò ha importanti implicazioni per l'emostasi (prevenzione della fuoriuscita di sangue liquido).

Un tale processo è essenziale per il rimodellamento, la regressione e l'angiogenesi (formazione di nuovi vasi sanguigni). Poiché può influenzare l'integrità e la funzione dell'endotelio vascolare, l'apoptosi endoteliale può contribuire alla patogenesi di un'ampia varietà di malattie umane.

Esperimenti in vivo suggeriscono che queste patologie possono includere arteriosclerosi, insufficienza cardiaca congenita, retinopatia diabetica, enfisema, sclerodermia, anemia falciforme, lupus eritematoso sistemico o porpora trombotica trombocitopenica, tra gli altri.

Dove si trovano?

Le cellule endoteliali, come suggerisce il nome, si trovano nei diversi tipi di endotelio che rivestono la superficie interna del sangue e dei vasi linfatici.

Nell'endotelio vascolare del sangue, ad esempio, le cellule endoteliali delle vene e delle arterie formano uno strato cellulare ininterrotto, dove le cellule sono unite tra loro da giunzioni strette.

Struttura

Lungi dall'essere collettivamente identiche, le cellule endoteliali possono essere viste come un gigantesco consorzio di diverse aziende, ciascuna con la propria identità.

Lungo i rami vascolari, la forma delle cellule endoteliali varia notevolmente. Inoltre, possono esserci notevoli differenze fenotipiche tra cellule appartenenti a diversi segmenti dello stesso sistema vascolare, organo o tipo di vaso.

Nonostante questa affermazione, si tratta di cellule tipicamente piatte, che possono essere "paffute" o cuboidali nelle venule endoteliali.

Il suo spessore varia da meno di 0,1 μm nelle vene e nei capillari a 1 μm nell'arteria aorta e la sua struttura viene rimodellata in risposta a molteplici fattori, in particolare il cosiddetto "sforzo di taglio emodinamico".

La lunghezza delle cellule endoteliali differisce rispetto alla loro posizione anatomica, poiché è stato riportato che, nei vasi sanguigni dei ratti, le cellule endoteliali aortiche sono allungate e sottili, mentre nelle arterie polmonari sono più corte e rotonde.

Così, come molte altre cellule del corpo, le cellule endoteliali sono ricoperte da un rivestimento di proteine ​​e zuccheri noto come glicocalice, che è una parte fondamentale della barriera vascolare e ha uno spessore compreso tra 0,1 e 1 micron.

Questa "regione" extracellulare è prodotta attivamente dalle cellule endoteliali e occupa lo spazio tra il sangue circolante e le cellule. È stato dimostrato che ha funzioni sia nella protezione vascolare che nella regolazione cellulare e nei meccanismi emostatici.

Struttura subcellulare

Lo spazio intracellulare delle cellule endoteliali è pieno di vescicole rivestite di clatrina, corpi multivesiculari e lisosomi, che sono fondamentali per le vie di trasporto molecolare endocitico.

I lisosomi sono responsabili della degradazione e del riciclaggio delle macromolecole che vengono loro dirette dall'endocitosi. Questo processo può verificarsi anche sulla superficie cellulare, nel complesso di Golgi e nel reticolo endoplasmatico.

Queste cellule sono anche ricche di caveole, che sono vescicole a forma di fiasco associate alla membrana plasmatica e sono generalmente aperte sul lato luminale o possono essere libere nel citosol. L'abbondanza di queste strutture dipende dal tipo di epitelio considerato.

tipi

Le cellule endoteliali possono avere fenotipi molto diversi, che sono regolati da dove si trovano e dal tempo di sviluppo. È per questo motivo che molti autori ritengono che questi siano molto eterogenei, poiché variano non solo in termini di struttura, ma anche di funzione.

L'endotelio può essere classificato come continuo o discontinuo. L'endotelio continuo, a sua volta, può essere fenestrato o non fenestrato. Le finestre sono una sorta di "pori" intracellulari che si estendono per tutto lo spessore delle cellule.

L'endotelio continuo non fenestrato forma il rivestimento interno delle arterie, delle vene e dei capillari del cervello, della pelle, del cuore e dei polmoni.

L'epitelio fenestrato continuo, invece, è comune nelle aree caratterizzate da elevata filtrazione e trasporto transendoteliale (capillari delle ghiandole esocrine ed endocrine, mucosa gastrica e intestinale, glomeruli e tubuli renali).

Alcuni letti vascolari sinusoidali e parte del tessuto epatico sono arricchiti con endotelio discontinuo.

Caratteristiche

L'endotelio ha importanti funzioni fisiologiche tra cui il controllo del tono vasomotorio, il traffico di cellule del sangue, l'equilibrio emostatico, la permeabilità, la proliferazione e la sopravvivenza e l'immunità innate e adattive.

Da un punto di vista funzionale, le cellule endoteliali hanno un fondamentale compito di divisione. Di solito si trovano in uno stato di "quiescenza", in quanto non attivi dal punto di vista proliferativo (la loro emivita può essere superiore a 1 anno).

Le loro funzioni generali e quelle dell'endotelio che compongono possono essere suddivise in: permeabilità, traffico di cellule del sangue ed emostasi.

Traffico cellulare e funzioni di permeabilità

L'endotelio è una struttura semipermeabile, poiché deve consentire il trasporto di diversi soluti e fluidi da e verso il sangue. In condizioni normali, il flusso da e verso il sangue attraverso l'endotelio è continuo, dove partecipa principalmente l'endotelio dei capillari.

Parte della funzione di permeabilità dell'endotelio capillare è quella di permettere il passaggio dei leucociti e di alcuni mediatori infiammatori attraverso i vasi, che si ottiene con l'espressione di molecole e chemioattrattivi nelle cellule endoteliali.

Pertanto, il trasporto dei leucociti dal sangue ai tessuti sottostanti coinvolge cascate di adesione in più fasi tra cui adesione iniziale, rotolamento, arresto e trasmigrazione, che si verificano quasi esclusivamente nelle venule post-capillari.

Grazie alla loro partecipazione al traffico cellulare, le cellule endoteliali sono coinvolte nei processi di guarigione e infiammazione, dove partecipano alla formazione di nuovi vasi da vasi preesistenti. È un processo essenziale per la riparazione dei tessuti.

Funzioni in emostasi

L'endotelio partecipa al mantenimento del sangue, allo stato fluido e alla promozione della limitata formazione di coaguli in caso di danno all'integrità delle pareti vascolari.

Le cellule endoteliali esprimono fattori che inibiscono o promuovono la coagulazione (anticoagulanti e coagulanti), a seconda dei segnali specifici che ricevono nel corso della vita.

Se queste cellule non fossero fisiologicamente e strutturalmente plastiche come sono, la crescita e la riparazione dei tessuti del corpo non sarebbero possibili.

Riferimenti

1. Aird, WC (2007). Eterogeneità fenotipica dell'endotelio: I. Struttura, funzione e meccanismi. Ricerca sulla circolazione, 100, 158-173.
2. Aird, WC (2012). Eterogeneità delle cellule endoteliali. Prospettive di Cold Spring Harbor in Medicina, 2, 1–14.
3. Alphonsus, CS e Rodseth, RN (2014). Il glicocalice endoteliale: una revisione della barriera vascolare. Anestesia, 69, 777-784.
4. Back, N., e Luzio, NR Di. (1977). Il processo trombotico nell'aterogenesi. (B. Chandler, K. Eurenius, G. McMillan, C. Nelson, C. Schwartz e S. Wessler, a cura di). Plenum Press.
5. Chi, J., Chang, HY, Haraldsen, G., Jahnsen, FL, Troyanskaya, OG, Chang, DS, … Brown, PO (2003). Diversità delle cellule endoteliali rivelata dal profilo di espressione globale. PNAS, 100 (19), 10623-10628.
6. Choy, JC, Granville, DJ, Hunt, DWC e Mcmanus, BM (2001). Apoptosi delle cellule endoteliali: caratteristiche biochimiche e potenziali implicazioni per l'aterosclerosi. J. Mol. Cellula. Cardiol., 33, 1673-1690.
7. Cinema, BDB, Pollak, ES, Buck, CA, Loscalzo, J., Zimmerman, GA, Mcever, RP, … Stern, DM (1998). Cellule endoteliali in fisiologia e fisiopatologia dei disturbi vascolari. The Journal of The American Society of Hematology, 91 (10), 3527-3561.
8. Fajardo, L. (1989). La complessità delle cellule endoteliali. Articoli di aggiudicazione e relazioni speciali, 92 (2), 241–250.
9. Kharbanda, RK e Deanfield, JE (2001). Funzioni dell'endotelio sano. Malattia coronarica, 12, 485–491.
10. Ribatti, D. (2007). La scoperta delle cellule progenitrici endoteliali. Una recensione storica. Leukemia Research, 31, 439–444.
11. Risau, W. (1995). Differenziazione dell'endotelio. The FASEB Journal, 9, 926–933.
12. van Hinsberg, V. (2001). L'endotelio: controllo vascolare dell'emostasi. European Journal of Obstetrics & Gynecology and Reproductive Biology, 95, 198–201.
13. Winn, R. e Harlan, J. (2005). Il ruolo dell'apoptosi delle cellule endoteliali nelle malattie infiammatorie e immunitarie. Journal of Thrombosis and Haemostasis, 3, 1815-1824.