Перициты (ранее называемые клетками Руже ) [1] представляют собой многофункциональные пристеночные клетки микроциркуляции , которые окружают эндотелиальные клетки , выстилающие капилляры по всему телу. [2] Перициты встроены в базальную мембрану кровеносных капилляров, где они связываются с эндотелиальными клетками посредством как прямого физического контакта, так и паракринной передачи сигналов . [3] Морфология, распределение, плотность и молекулярные характеристики перицитов различаются в зависимости от органа и сосудистого русла. [4] [5] Перициты помогают поддерживать гомеостатические и гемостатические функции в головном мозге , одном из органов с более высоким покрытием перицитов, а также поддерживают гематоэнцефалический барьер . [6] Эти клетки также являются ключевым компонентом нейрососудистой единицы , которая включает эндотелиальные клетки, астроциты и нейроны . [7] [8] Предполагается, что перициты регулируют капиллярный кровоток [9] [10] [11] [12] , а также очистку и фагоцитоз клеточного мусора in vitro. [13] Перициты стабилизируют и контролируют созревание эндотелиальных клеток посредством прямой связи между клеточной мембраной, а также посредством паракринной передачи сигналов. [14] Дефицит перицитов в центральной нервной системе может вызвать повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера. [6]
В центральной нервной системе (ЦНС) перициты окружают эндотелиальные клетки, выстилающие 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 образуют пальцеобразные отростки, которые охватывают стенку капилляра, позволяя клеткам регулировать капиллярный кровоток. [6]
И перициты, и эндотелиальные клетки имеют общую базальную мембрану, где образуются разнообразные 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, образуя колышки и гнезда, в которых части клеток сцепляются, подобно шестерням часов. В этих местах блокировки могут образовываться щелевые соединения , которые позволяют перицитам и соседним клеткам обмениваться ионами и другими небольшими молекулами. [6] Важные молекулы в этих межклеточных соединениях включают N-кадгерин , фибронектин , коннексин и различные интегрины. [7]
В некоторых участках базальной мембраны можно обнаружить адгезионные бляшки , состоящие из фибронектина. Эти бляшки облегчают соединение базальной мембраны со структурой цитоскелета , состоящей из актина , и плазматической мембраной перицитов и эндотелиальных клеток. [6]
Перициты скелетных поперечно-полосатых мышц состоят из двух отдельных популяций, каждая из которых выполняет 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 BaCl2 , перициты типа 1 дают начало адипогенным клеткам только в ответ на инъекцию глицерина, а перициты типа 2 становятся миогенными в ответ на оба типа повреждения . Степень участия перицитов типа 1 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 в них отсутствуют изоформы альфа- актина , структуры, которые являются общими для других сократительных клеток. Эти клетки связываются с эндотелиальными клетками через щелевые соединения и, в свою очередь, вызывают пролиферацию или избирательное ингибирование эндотелиальных клеток. Если бы этого процесса не произошло, это могло бы привести к гиперплазии и аномальному морфогенезу сосудов . Эти типы перицитов также могут фагоцитировать экзогенные белки. Это предполагает, что этот тип клеток мог произойти из микроглии . [15]
Было предложено родственное родство 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 вопрос о том, дифференцируются ли эти клетки друг в друга, остается нерешенным вопросом в этой области. Регенеративная способность перицитов зависит от старения. [18] Такая универсальность полезна, поскольку они активно реконструируют кровеносные сосуды по всему телу и, таким образом, могут гомогенно смешиваться с местной тканевой средой. [19]
Было обнаружено, что помимо создания и ремоделирования кровеносных сосудов перициты защищают эндотелиальные клетки от гибели в результате 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 смешивали с эндотелиальными клетками головного мозга , 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, чтобы гарантировать правильное функционирование эндотелиальных клеток, и астроциты должны присутствовать, чтобы гарантировать, что оба остаются в контакте. Если нет, то правильный ангиогенез не может произойти. [20] Также было обнаружено, что перициты способствуют выживанию эндотелиальных клеток, поскольку они секретируют белок Bcl-w во время клеточных перекрестных помех. Bcl-w является ключевым белком в пути, который усиливает экспрессию VEGF-A и препятствует апоптозу. [21] Хотя существуют некоторые предположения относительно того, почему VEGF несет прямую ответственность за предотвращение апоптоза, считается, что он отвечает за модуляцию путей передачи апоптотического сигнала и ингибирование активации ферментов , индуцирующих апоптоз . Двумя биохимическими механизмами, используемыми VEGF для достижения этой цели, являются 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. , что 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 ответственны за образование плотных контактов и перемещение везикул между эндотелиальными клетками. Кроме того, они способствуют формированию гематоэнцефалического барьера, ингибируя действие иммунных клеток ЦНС (которые могут повредить образование барьера) и уменьшая экспрессию молекул, повышающих проницаемость сосудов. [23]
Помимо формирования гематоэнцефалического барьера, перициты также играют активную роль в его функционировании. Животные модели потери перицитов в процессе развития демонстрируют повышенный эндотелиальный трансцитоз, а также искаженную артерио-венозную зональность, повышенную экспрессию молекул адгезии лейкоцитов и микроаневризмы. [24] [25] Также предполагается, что потеря или дисфункция перицитов способствуют нейродегенеративным заболеваниям, таким как болезнь Альцгеймера , [26] [27] [28] Паркинсона и БАС [29] из-за разрушения гематоэнцефалического барьера.
Все больше данных свидетельствует о том, что перициты могут регулировать кровоток на капиллярном уровне. Для сетчатки были опубликованы фильмы [12] , показывающие, что перициты сужают капилляры, когда их мембранный потенциал изменяется, вызывая приток кальция, а в мозге сообщалось, что активность нейронов увеличивает локальный кровоток, побуждая перициты расширять капилляры перед тем, как подняться вверх по течению. происходит расширение артериол. [11] Эта область является спорной: в исследовании 2015 года утверждается, что перициты не экспрессируют сократительные белки и не способны сокращаться in vivo, [10] хотя последняя статья подвергалась критике за использование весьма 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 травмы спинного мозга и индуцированной гипоксии ниже места травмы возникает избыточная активность моноаминовых рецепторов на перицитах, которая локально сужает капилляры и снижает кровоток до ишемического уровня. [32]
Перициты играют важную роль в поддержании кровообращения. В исследовании с участием взрослых мышей с дефицитом перицитов мозговой кровоток был уменьшен с одновременной сосудистой регрессией из-за потери как эндотелия, так и перицитов. Сообщалось о значительно большей гипоксии в гиппокампе мышей с дефицитом перицитов, а также о воспалении, а также нарушениях 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 либо присутствовать в избытке, что приводит к таким заболеваниям, как гипертония и образование опухолей, либо в дефиците, что приводит к нейродегенеративным заболеваниям.
Клинические фазы гемангиомы имеют физиологические различия, коррелирующие с иммунофенотипическими профилями Takahashi et al. На ранней пролиферативной фазе (0–12 месяцев) опухоли экспрессируют ядерный антиген пролиферирующих клеток (перициты), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) и коллагеназу IV типа, причем 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 фаз пролиферации и инволюции, но теряются после полной инволюции поражения. [34]
Гемангиоперицитома — редкое сосудистое новообразование или аномальный рост, которое может быть доброкачественным или злокачественным. При злокачественной форме могут возникать метастазы в легкие, печень, головной мозг и конечности. Чаще всего он проявляется в бедренной кости и проксимальном отделе большеберцовой кости в виде костной саркомы и обычно встречается у пожилых людей, хотя случаи были обнаружены и у детей. Гемангиоперицитома возникает в результате чрезмерного наслаивания 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]
В сетчатке больных диабетом часто наблюдается потеря перицитов, и эта потеря является характерным фактором ранних стадий диабетической ретинопатии . Исследования показали, что перициты необходимы людям с диабетом для защиты эндотелиальных клеток капилляров сетчатки. При потере перицитов в капиллярах формируются микроаневризмы. В ответ сетчатка либо увеличивает свою сосудистую проницаемость, что приводит к отеку глаза через макулярный отек , либо образует новые сосуды, проникающие в стекловидную оболочку глаза. Конечным результатом является снижение или потеря зрения. [36] Хотя неясно, почему перициты теряются у пациентов с диабетом, одна из гипотез заключается в том, что токсичный сорбит и конечные продукты гликирования (AGE) накапливаются в перицитах. Из-за накопления глюкозы полиоловый путь увеличивает ее поток, и внутриклеточно накапливаются сорбит и фруктоза. Это приводит к осмотическому дисбалансу, что приводит к повреждению клеток. Наличие высоких уровней глюкозы также приводит к накоплению КПГ, которые также повреждают клетки. [37]
Исследования показали, что потеря перицитов во взрослом и стареющем мозге приводит к нарушению правильной перфузии головного мозга и поддержанию гематоэнцефалического барьера, что вызывает нейродегенерацию и нейровоспаление. [38] Апоптоз перицитов в стареющем мозге может быть результатом нарушения связи между факторами роста и рецепторами на перицитах. Тромбоцитарный фактор роста B ( PDGFB ) высвобождается из эндотелиальных клеток сосудистой сети головного мозга и связывается с рецептором PDGFRB на перицитах, инициируя их пролиферацию и размещение в сосудистой сети.
Иммуногистохимические исследования тканей человека при болезни Альцгеймера и боковом амиотрофическом склерозе показывают потерю перицитов и разрушение гематоэнцефалического барьера. Мышиные модели с дефицитом перицитов (у которых отсутствуют гены, кодирующие этапы сигнального каскада PDGFB:PDGFRB) и имеющие мутацию, вызывающую болезнь Альцгеймера, усугубляют патологию, подобную болезни Альцгеймера, по сравнению с мышами с нормальным покрытием перицитов и мутацией, вызывающей болезнь Альцгеймера.
В условиях инсульта перициты сужают капилляры головного мозга, а 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 нарушение правильной связи между двумя типами клеток может привести к многочисленным патологиям человека. [39]
Существует несколько путей сообщения между эндотелиальными клетками и перицитами. Первым является передача сигналов трансформирующего фактора роста (TGF), которая опосредуется эндотелиальными клетками. Это важно для дифференцировки перицитов. [40] [41] Передача сигналов ангиопоэтина 1 и Tie-2 необходима для созревания и стабилизации эндотелиальных клеток. [42] Путь передачи сигналов фактора роста тромбоцитов (PDGF) от эндотелиальных клеток привлекает перициты, так что перициты могут мигрировать в развивающиеся кровеносные сосуды. Если этот путь заблокирован, это приводит к дефициту перицитов. [43] Передача сигналов сфингозин-1-фосфата (S1P) также помогает в рекрутировании перицитов посредством связи через рецепторы, связанные с G-белком . S1P посылает сигналы через GTPases , которые способствуют транспортировке N-кадгерина к эндотелиальным мембранам. Этот трафик усиливает контакты эндотелия с перицитами. [44]
Связь между эндотелиальными клетками и перицитами жизненно важна. Ингибирование пути PDGF приводит к дефициту перицитов. Это вызывает гиперплазию эндотелия, аномальные соединения и диабетическую ретинопатию. [36] Недостаток перицитов также вызывает активацию фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), что приводит к утечке из сосудов и кровоизлияниям . [45] Ангиопоэтин 2 может действовать как антагонист Tie-2, [46] дестабилизируя эндотелиальные клетки, что приводит к меньшему взаимодействию эндотелиальных клеток и перицитов. Иногда это приводит к образованию опухолей. [47] Подобно ингибированию пути PDGF, ангиопоэтин 2 снижает уровень перицитов, что приводит к диабетической ретинопатии. [48]
Обычно астроциты связаны с рубцовым процессом в ЦНС , образуя глиальные рубцы . Было высказано предположение, что в этом рубцевании участвует подтип перицитов глиально-независимым образом. Посредством исследований по отслеживанию происхождения эти подтипы перицитов были прослежены после инсульта и показали, что они вносят вклад в глиальный рубец, дифференцируясь в миофибробласты и откладывая внеклеточный матрикс. [49] Однако это остается спорным, поскольку более поздние исследования показывают, что тип клеток, использованный в этих исследованиях рубцов, скорее всего, будет не перицитами, а фибробластами. [50] [51]
Появляющиеся данные (по состоянию на 2019 год) свидетельствуют о том, что нервные микрососудистые перициты под руководством резидентных глиальных клеток перепрограммируются в интернейроны и обогащают локальные нейрональные микросхемы. [52] Этот ответ усиливается сопутствующим ангиогенезом.