Перициты (ранее называвшиеся клетками Руже ) [1] представляют собой многофункциональные муральные клетки микроциркуляции , которые окутывают эндотелиальные клетки , выстилающие капилляры по всему телу. [2] Перициты встроены в базальную мембрану кровеносных капилляров, где они взаимодействуют с эндотелиальными клетками посредством как прямого физического контакта, так и паракринной сигнализации . [3] Морфология, распределение, плотность и молекулярные отпечатки перицитов различаются в зависимости от органов и сосудистых русел. [4] [5] Перициты помогают поддерживать гомеостатические и гемостатические функции в мозге , где один из органов характеризуется более высоким покрытием перицитами, а также поддерживают гематоэнцефалический барьер . [6] Эти клетки также являются ключевым компонентом нейроваскулярной единицы , которая включает эндотелиальные клетки, астроциты и нейроны . [7] [8] Было высказано предположение, что перициты регулируют капиллярный кровоток [9] [10] [11] [12] , а также очистку и фагоцитоз клеточного детрита in vitro. [13] Перициты стабилизируют и контролируют созревание эндотелиальных клеток посредством прямой связи между клеточной мембраной, а также посредством паракринной сигнализации. [14] Дефицит перицитов в центральной нервной системе может привести к повышенной проницаемости гематоэнцефалического барьера. [6]
В центральной нервной системе (ЦНС) перициты обертываются вокруг эндотелиальных клеток, выстилающих внутреннюю часть капилляра. Эти два типа клеток можно легко отличить друг от друга по наличию выступающего круглого ядра перицита по сравнению с плоским удлиненным ядром эндотелиальных клеток. [7] Перициты также выступают в виде пальцевидных отростков, которые обертываются вокруг стенки капилляра, позволяя клеткам регулировать капиллярный кровоток. [6]
И перициты, и эндотелиальные клетки имеют общую базальную мембрану, где образуются различные межклеточные связи. Многие типы молекул интегрина облегчают связь между перицитами и эндотелиальными клетками, разделенными базальной мембраной. [6] Перициты также могут образовывать прямые связи с соседними клетками, формируя штифтовые и гнездовые структуры, в которых части клеток сцепляются, подобно шестеренкам часов. В этих местах сцепления могут образовываться щелевые контакты , которые позволяют перицитам и соседним клеткам обмениваться ионами и другими малыми молекулами. [6] Важные молекулы в этих межклеточных связях включают N-кадгерин , фибронектин , коннексин и различные интегрины. [7]
В некоторых областях базальной мембраны можно обнаружить адгезионные бляшки, состоящие из фибронектина. Эти бляшки облегчают соединение базальной мембраны с цитоскелетной структурой, состоящей из актина , и плазматической мембраной перицитов и эндотелиальных клеток. [6]
Перициты в скелетных поперечно-полосатых мышцах делятся на две различные популяции, каждая из которых играет свою собственную роль. Первый подтип перицитов (тип 1) может дифференцироваться в жировые клетки, а другой (тип 2) — в мышечные клетки. Тип 1 характеризуется отрицательной экспрессией нестина (PDGFRβ+CD146+Nes-), а тип 2 характеризуется положительной экспрессией нестина (PDGFRβ+CD146+Nes+). Хотя оба типа способны пролиферировать в ответ на повреждение, вызванное глицерином или BaCl 2 , перициты типа 1 дают начало адипогенным клеткам только в ответ на инъекцию глицерина, а тип 2 становится миогенным в ответ на оба типа повреждений . Степень, в которой перициты типа 1 участвуют в накоплении жира, неизвестна.
Перициты также связаны с дифференцировкой и размножением эндотелиальных клеток, ангиогенезом , выживанием апоптотических сигналов и перемещением. Определенные перициты, известные как микрососудистые перициты, развиваются вокруг стенок капилляров и помогают выполнять эту функцию. Микрососудистые перициты могут не быть сократительными клетками, поскольку у них отсутствуют изоформы альфа- актина , структуры, которые распространены среди других сократительных клеток. Эти клетки взаимодействуют с эндотелиальными клетками через щелевые контакты и, в свою очередь, заставляют эндотелиальные клетки пролиферировать или избирательно ингибироваться. Если бы этот процесс не происходил, могли бы возникнуть гиперплазия и аномальный сосудистый морфогенез . Эти типы перицитов также могут фагоцитировать экзогенные белки. Это говорит о том, что тип клеток мог произойти от микроглии . [15]
Была предложена родственная связь с другими типами клеток, включая гладкомышечные клетки , [16] нервные клетки, [16] глию NG2 , [17] мышечные волокна , адипоциты , а также фибробласты [18] и другие мезенхимальные стволовые клетки . Однако, дифференцируются ли эти клетки друг в друга, является нерешенным вопросом в этой области. Регенеративная способность перицитов зависит от старения. [18] Такая универсальность полезна, поскольку они активно ремоделируют кровеносные сосуды по всему телу и, таким образом, могут однородно смешиваться с местной тканевой средой. [19]
Помимо создания и ремоделирования кровеносных сосудов, было обнаружено, что перициты защищают эндотелиальные клетки от смерти посредством апоптоза или цитотоксических элементов. Было показано in vivo , что перициты выделяют гормон, известный как перицитарная аминопептидаза N/pAPN, который может способствовать ангиогенезу. Когда этот гормон смешивался с церебральными эндотелиальными клетками, а также с астроцитами, перициты группировались в структуры, напоминающие капилляры. Более того, когда экспериментальная группа содержала все следующее, за исключением перицитов, эндотелиальные клетки подвергались апоптозу. [ необходимо дальнейшее объяснение ] Таким образом, был сделан вывод, что перициты должны присутствовать для обеспечения надлежащей функции эндотелиальных клеток, а астроциты должны присутствовать для обеспечения того, чтобы оба оставались в контакте. В противном случае надлежащий ангиогенез не может произойти. [20] Также было обнаружено, что перициты способствуют выживанию эндотелиальных клеток, поскольку они секретируют белок Bcl-w во время клеточного перекрестного взаимодействия. Bcl-w является инструментальным белком в пути, который усиливает экспрессию VEGF-A и препятствует апоптозу. [21] Хотя есть некоторые предположения относительно того, почему VEGF напрямую отвечает за предотвращение апоптоза, считается, что он отвечает за модуляцию путей передачи апоптотического сигнала и ингибирование активации ферментов , индуцирующих апоптоз . Два биохимических механизма, используемых VEGF для достижения этого, - это фосфорилирование внеклеточной регуляторной киназы 1 (ERK-1, также известной как MAPK3), которая поддерживает выживание клеток с течением времени, и ингибирование активируемой стрессом протеинкиназы/киназы c-jun-NH2, которая также способствует апоптозу. [22]
Перициты играют решающую роль в формировании и функционировании гематоэнцефалического барьера . Этот барьер состоит из эндотелиальных клеток и обеспечивает защиту и функциональность мозга и центральной нервной системы. Было обнаружено, что перициты имеют решающее значение для постнатального формирования этого барьера. Перициты отвечают за формирование плотных контактов и перемещение везикул среди эндотелиальных клеток. Кроме того, они позволяют формировать гематоэнцефалический барьер, подавляя эффекты иммунных клеток ЦНС (которые могут повредить формированию барьера) и снижая экспрессию молекул, которые увеличивают проницаемость сосудов. [23]
Помимо формирования гематоэнцефалического барьера, перициты также играют активную роль в его функциональности. Животные модели потери перицитов в процессе развития показывают повышенный эндотелиальный трансцитоз, а также скошенную артериовенозную зональность, повышенную экспрессию молекул адгезии лейкоцитов и микроаневризмы. [24] [25] Также предполагается, что потеря или дисфункция перицитов способствует нейродегенеративным заболеваниям, таким как болезнь Альцгеймера , [26] [27] [28] болезнь Паркинсона и БАС [29] через разрушение гематоэнцефалического барьера.
Все больше доказательств свидетельствуют о том, что перициты могут регулировать кровоток на уровне капилляров. Для сетчатки были опубликованы фильмы [12], показывающие, что перициты сужают капилляры, когда их мембранный потенциал изменяется, вызывая приток кальция, а в мозге сообщалось, что нейронная активность увеличивает локальный кровоток, побуждая перициты расширять капилляры до того, как произойдет расширение артериол выше по течению. [11] Эта область является спорной, так как исследование 2015 года утверждает, что перициты не экспрессируют сократительные белки и не способны сокращаться in vivo, [10] хотя последняя статья подверглась критике за использование крайне нетрадиционного определения перицита, которое явно исключает сократительные перициты. [30] Похоже, что разные сигнальные пути регулируют сужение капилляров перицитами и артериол гладкомышечными клетками. [31] Недавние исследования на крысах обнаружили такой сигнальный путь, при котором после повреждения спинного мозга и вызванной гипоксии ниже места повреждения наблюдается избыточная активность моноаминовых рецепторов на перицитах, что локально сужает капилляры и снижает приток крови до ишемического уровня. [32]
Перициты важны для поддержания кровообращения. В исследовании с участием взрослых мышей с дефицитом перицитов мозговой кровоток был снижен с сопутствующей сосудистой регрессией из-за потери как эндотелия, так и перицитов. Значительно большая гипоксия была зарегистрирована в гиппокампе мышей с дефицитом перицитов, а также воспаление и ухудшение обучения и памяти . [33]
Из-за их решающей роли в поддержании и регуляции структуры эндотелиальных клеток и кровотока, нарушения функции перицитов наблюдаются при многих патологиях. Они могут присутствовать в избытке, что приводит к таким заболеваниям, как гипертония и образование опухолей, или в недостатке, что приводит к нейродегенеративным заболеваниям.
Клинические фазы гемангиомы имеют физиологические различия, коррелирующие с иммунофенотипическими профилями Такахаши и др. Во время ранней пролиферативной фазы (0–12 месяцев) опухоли экспрессируют пролиферирующий клеточный ядерный антиген (перициты), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) и коллагеназу типа IV, первые два локализуются как в эндотелии, так и в перицитах, а последний — в эндотелии. Сосудистые маркеры CD31, фактор фон Виллебранда (vWF) и гладкомышечный актин (маркер перицитов) присутствуют во время пролиферирующей и инволюционной фаз, но теряются после полной инволюции поражения. [34]
Гемангиоперицитома — редкое сосудистое новообразование или аномальный рост, которое может быть как доброкачественным, так и злокачественным. В злокачественной форме может наблюдаться метастазирование в легкие, печень, мозг и конечности. Чаще всего оно проявляется в бедренной кости и проксимальном отделе большеберцовой кости как костная саркома и обычно встречается у пожилых людей, хотя были случаи и у детей. Гемангиоперицитома вызвана чрезмерным наслоением листов перицитов вокруг неправильно сформированных кровеносных сосудов. Диагностика этой опухоли затруднена из-за невозможности отличить перициты от других типов клеток с помощью световой микроскопии. Лечение может включать хирургическое удаление и лучевую терапию в зависимости от уровня проникновения в кость и стадии развития опухоли. [35]
Сетчатка диабетиков часто демонстрирует потерю перицитов, и эта потеря является характерным фактором ранних стадий диабетической ретинопатии . Исследования показали, что перициты необходимы диабетикам для защиты эндотелиальных клеток капилляров сетчатки. С потерей перицитов в капиллярах образуются микроаневризмы. В ответ сетчатка либо увеличивает свою сосудистую проницаемость, что приводит к отеку глаза через макулярный отек , либо образует новые сосуды, которые проникают в стекловидную оболочку глаза. Конечным результатом является снижение или потеря зрения. [36] Хотя неясно, почему перициты теряются у диабетиков, одна из гипотез заключается в том, что токсичный сорбитол и конечные продукты гликирования (AGE) накапливаются в перицитах. Из-за накопления глюкозы полиоловый путь увеличивает свой поток, и внутриклеточный сорбитол и фруктоза накапливаются. Это приводит к осмотическому дисбалансу, что приводит к повреждению клеток. Наличие высокого уровня глюкозы также приводит к накоплению AGE, которые также повреждают клетки. [37]
Исследования показали, что потеря перицитов во взрослом и стареющем мозге приводит к нарушению надлежащей церебральной перфузии и поддержанию гематоэнцефалического барьера, что вызывает нейродегенерацию и нейровоспаление. [38] Апоптоз перицитов в стареющем мозге может быть результатом сбоя в коммуникации между факторами роста и рецепторами на перицитах. Фактор роста B, полученный из тромбоцитов ( PDGFB ), высвобождается из эндотелиальных клеток в сосудистой системе мозга и связывается с рецептором PDGFRB на перицитах, инициируя их пролиферацию и инвестиции в сосудистую систему.
Иммуногистохимические исследования тканей человека при болезни Альцгеймера и боковом амиотрофическом склерозе показывают потерю перицитов и разрушение гематоэнцефалического барьера. Модели мышей с дефицитом перицитов (у которых отсутствуют гены, кодирующие этапы в каскаде сигналов PDGFB:PDGFRB) и имеющие мутацию, вызывающую болезнь Альцгеймера, усугубили патологию, подобную болезни Альцгеймера, по сравнению с мышами с нормальным покрытием перицитов и мутацией, вызывающей болезнь Альцгеймера.
В условиях инсульта перициты сужают капилляры мозга и затем погибают, что может привести к длительному снижению кровотока и потере функции гематоэнцефалического барьера, увеличивая гибель нервных клеток. [11]
Эндотелиальные клетки и перициты взаимозависимы, и отсутствие надлежащей коммуникации между двумя типами клеток может привести к многочисленным патологиям человека. [39]
Существует несколько путей коммуникации между эндотелиальными клетками и перицитами. Первый — это сигнализация трансформирующего фактора роста (TGF), которая опосредована эндотелиальными клетками. Это важно для дифференциации перицитов. [40] [41] Сигнализация ангиопоэтина 1 и Tie-2 необходима для созревания и стабилизации эндотелиальных клеток. [42] Сигнализация пути тромбоцитарного фактора роста (PDGF) от эндотелиальных клеток рекрутирует перициты, так что перициты могут мигрировать в развивающиеся кровеносные сосуды. Если этот путь заблокирован, это приводит к дефициту перицитов. [43] Сигнализация сфингозин-1-фосфата (S1P) также помогает в рекрутировании перицитов путем коммуникации через рецепторы, сопряженные с G-белком . S1P посылает сигналы через ГТФазы , которые способствуют перемещению N-кадгерина в эндотелиальные мембраны. Это перемещение усиливает эндотелиальные контакты с перицитами. [44]
Связь между эндотелиальными клетками и перицитами жизненно важна. Ингибирование пути PDGF приводит к дефициту перицитов. Это вызывает эндотелиальную гиперплазию, аномальные соединения и диабетическую ретинопатию. [36] Недостаток перицитов также вызывает повышенную регуляцию фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), что приводит к утечке сосудов и кровоизлиянию . [45] Ангиопоэтин 2 может действовать как антагонист Tie-2, [46] дестабилизируя эндотелиальные клетки, что приводит к меньшему взаимодействию эндотелиальных клеток и перицитов. Это иногда приводит к образованию опухолей. [47] Подобно ингибированию пути PDGF, ангиопоэтин 2 снижает уровень перицитов, что приводит к диабетической ретинопатии. [48]
Обычно астроциты связаны с процессом рубцевания в центральной нервной системе , образуя глиальные рубцы . Было высказано предположение, что подтип перицитов участвует в этом рубцевании независимо от глии. Благодаря исследованиям по отслеживанию линий эти подтипы перицитов были прослежены после инсульта, что показало, что они способствуют образованию глиального рубца, дифференцируясь в миофибробласты и откладывая внеклеточный матрикс. [49] Однако это остается спорным, поскольку более поздние исследования показывают, что тип клеток, отслеживаемый в этих исследованиях рубцов, скорее всего, будет не перицитами, а фибробластами. [50] [51]
Новые данные (по состоянию на 2019 год) свидетельствуют о том, что нейронные микрососудистые перициты под руководством резидентных глиальных клеток перепрограммируются в интернейроны и обогащают локальные нейронные микросхемы. [52] Этот ответ усиливается сопутствующим ангиогенезом.