CÈL·LULES ENDOTELIALS: CARACTERÍSTIQUES, ESTRUCTURA, TIPUS, FUNCIONS - BIOLOGIA - 2025

Les cèl·lules endotelials són cèl·lules metabòlicament actives que pertanyen a l'endoteli, la línia unicel·lular interna dels vasos sanguinis. Aquesta capa cel·lular té importants funcions fisiològiques en el cos, especialment pel que fa a el sistema circulatori.

El terme «endoteli» va ser encunyat per l'anatomista suís Wilhelm His en l'any 1865 per distingir entre la capa interna de les cavitats corporals i l'epiteli (que és la capa externa).

Diagrama de la paret d'un vas sanguini mostrant les cèl·lules endotelials (Font: User: VS6507, via Wikimedia Commons)

La definició inicial emprada per His incloïa no només la capa cel·lular interna dels vasos sanguinis, sinó també dels vasos limfàtics i de les cavitats mesoteliales. No obstant això, poc temps després aquesta definició es va reduir únicament a la vasculatura sanguínia i limfàtica.

La ubicació estratègica d'aquestes cèl·lules els permet actuar com una interfície directa entre els components de la sang (o la limfa) i els teixits, el que les fa imprescindibles per a la regulació de nombrosos processos fisiològics relacionats amb el sistema vascular.

Entre aquests processos estan el manteniment de la fluïdesa sanguínia i la prevenció de formació de trombes, així com la regulació de l'transport de fluids i soluts com hormones, factors proteics i altres macromolècules.

El fet que l'endoteli exerceixi complexes funcions en el cos dels animals implica que les seves cèl·lules són susceptibles a diferents malalties, que són de gran interès per diferents investigadors.

Característiques

La superfície ocupada per les cèl·lules endotelials de el cos d'un ésser humà adult pot abastar més de 3.000 metres quadrats i pesar més de 700 g.

Aquesta capa cel·lular, considerada com un "òrgan" extensament distribuït pel cos, s'encarrega de rebre i traduir els senyals moleculars que es transporten a la sang cap als teixits, orquestrant gran quantitat de fenòmens essencials per al funcionament de tot l'organisme.

Una característica de les cèl·lules endotelials és que aquestes, i els seus nuclis, estan alineades de tal manera que es "veuen" dirigides en el mateix sentit que el flux sanguini que transita dins dels conductes on es troben.

Les cèl·lules endotelials són altament heterogènies, i això té a veure amb el fet que els vasos sanguinis i limfàtics estan distribuïts per tot el cos, exposats a gran varietat de microambients diferents, que imposen condicions a cada endoteli particular.

Aquests microambients vasculars poden afectar considerablement les característiques epigenètiques de les cèl·lules endotelials, el que resulta en processos de diferenciació diferents.

Això ha estat demostrat mitjançant l'estudi dels patrons d'expressió genètica teixit-específics, mitjançant els quals ha estat comprovada la increïble capacitat d'aquestes cèl·lules per ajustar-se, tant en nombre com en disposició, als requeriments locals on es troben.

senyalització

L'endoteli és un sofisticat centre de processament de senyals que controla virtualment totes les funcions cardiovasculars. La característica distintiva d'aquest sistema sensorial és que cada cèl·lula endotelial és capaç de detectar diferents tipus de senyals i generar diferents tipus de respostes.

Això és, potser, el que li permet a aquest òrgan tan especial exercir funcions reguladores sobre la pressió sanguínia i la taxa i distribució de la sang, a més de controlar la proliferació i migració cel·lular en les parets dels vasos sanguinis.

generació

El sistema vascular és el primer sistema d'òrgans que es desenvolupa en el cos d'un embrió animal. Durant el procés de gastrulació, l'epiteli embrionari s'invagina mitjançant l'esquerda primitiva i és llavors quan es indueixen les cèl·lules mesodèrmiques.

Les cèl·lules progenitores de les cèl·lules endotelials es diferencien a partir d'el teixit mesodèrmic, a través d'un procés que sembla ser independent de la gastrulació. Aquestes cèl·lules resideixen a la medul·la òssia en estreta associació amb les cèl·lules hematopoètiques.

Les cèl·lules progenitores es coneixen com angioblastos i / o hemangioblastos. No obstant això, altres llinatges cel·lulars corporals poden «transdiferenciarse» en cèl·lules epitelials i viceversa.

Els angioblastos es defineixen com les cèl·lules que tenen el potencial per diferenciar-se en cèl·lules endotelials, però que no posseeixen els marcadors moleculars característics i no han format un «lumen» (aquests marcadors apareixen durant la diferenciació).

La taxa de diferenciació i proliferació de les cèl·lules endotelials és summament alta durant el desenvolupament embrionari i durant el desenvolupament postnatal, però disminueix considerablement en l'adult.

La identitat de les cèl·lules epitelials usualment és verificada gràcies a l'estudi de la presència o de l'expressió de proteïnes o ARN missatgers específics, encara que, moltes vegades, aquests "marcadors" poden ser compartits amb altres llinatges cel·lulars.

Diferenciació de les cèl·lules progenitores

Les cèl·lules progenitores de les cèl·lules endotelials poden sorgir a partir de la medul·la òssia, però no poden ser incorporades immediatament a les parets vasculars internes (endoteli).

Diferents autors han demostrat que aquestes cèl·lules es dirigeixen cap o s'agrupen en llocs de neovascularització activa, diferenciant-se en resposta a processos isquèmics (manca d'oxigen o de flux sanguini), traumes vasculars, creixement de tumors o altres.

proliferació

Les cèl·lules endotelials presents en el sistema vascular mantenen la capacitat de dividir-se i moure. Els nous vasos sanguinis són formats gràcies a la proliferació de cèl·lules endotelials preexistents i això passa tant en els teixits embrionaris (a mesura que es dóna el creixement) i en els teixits adults (per remodelació o reconstrucció de teixits).

apoptosi

L'apoptosi, o mort cel·lular programada, és un procés normal que es dóna virtualment en totes les cèl·lules dels organismes vius i que té diverses funcions fisiològiques en aquests.

Es caracteritza per la condensació de l'citoplasma i de el nucli, per l'encongiment de les cèl·lules i per l'exposició, en la superfície cel·lular, de molècules específiques per a la fagocitosi. Durant aquest procés també es dóna el trencament de la cromatina (ADN cromosòmic) i la deformació de la membrana plasmàtica.

La mort cel·lular programada pot ser disparada, en les cèl·lules endotelials, per diferents estímuls i factors moleculars. Això té importants implicacions en l'hemostàsia (prevenció de la sortida de sang líquida).

Tal procés és essencial en el remodelat, la regressió i l'angiogènesi (formació de nous vasos sanguinis). Ja que pot afectar la integritat i la funció de l'endoteli vascular, l'apoptosi endotelial pot contribuir a la patogènesi de gran varietat de malalties humanes.

Experiments in vivo suggereixen que aquestes patologies poden incloure arteriosclerosi, falles cardíaques congènites, retinopatia diabètica, emfisemes, esclerodèrmia, malaltia de cèl·lula falciforme, lupus eritematós sistèmic o púrpura trombocitopènica trombòtica, entre d'altres.

On es troben?

Les cèl·lules endotelials, com el seu nom indica, es troben en els diferents tipus de endotelis que recobreixen la superfície interna dels vasos sanguinis i limfàtics.

En l'endoteli vascular sanguini, per exemple, les cèl·lules endotelials de les venes i les artèries formen una capa cel·lular ininterrompuda, on les cèl·lules estan unides entre si per unions estretes o «tight junctions».

estructura

Lluny de ser col·lectivament idèntiques, les cèl·lules endotelials poden contemplar-se com un consorci gegantí de diferents empreses, cadascuna amb la seva pròpia identitat.

Al llarg de les ramificacions vasculars, la forma de les cèl·lules endotelials varia considerablement. Més encara, poden existir diferències fenotípiques considerables entre cèl·lules pertanyents a segments diferents de el mateix sistema vascular, òrgan o tipus de got.

Malgrat aquesta afirmació, aquestes són cèl·lules típicament planes, que poden ser "rabassudes" o cuboidales en les vènules endotelials.

El seu gruix varia des de menys de 0.1μm a les venes i en els capil·lars, fins 1μm en l'artèria aorta, i la seva estructura és remodelada en resposta a múltiples factors, especialment a l'anomenat «estrès de tall hemodinàmic».

La longitud de les cèl·lules endotelials difereix respecte a la seva localització anatòmica, ja que s'ha reportat que, en els vasos sanguinis de les rates, les cèl·lules endotelials aòrtiques són allargades i primes, mentre que en les artèries pulmonars són més curtes i rodones.

Així, com moltes altres cèl·lules de el cos, les cèl·lules endotelials estan recobertes per una coberta de proteïnes i sucres coneguda com glicocàlix, que forma part fonamental de la barrera vascular i que mesura entre 0.1 i 1 micra de gruix.

Aquesta "regió" extracel·lular és activament produïda per les cèl·lules endotelials i ocupa l'espai entre la sang circulant i les cèl·lules. S'ha comprovat que té funcions tant en la protecció vascular com en la regulació cel·lular i els mecanismes hemostàtics.

estructura subcel·lular

L'espai intracel·lular de les cèl·lules endotelials està ple de vesícules recobertes per clatrina, cossos multivesiculares i lisosomes, que són transcendentals per a les vies endocítiques de transport molecular.

Els lisosomes s'encarreguen de la degradació i de el reciclatge de les macromolècules que són dirigides a aquests per endocitosi. Aquest procés també pot ocórrer en la superfície cel·lular, en el complex de Golgi i el reticle endoplàsmic.

Aquestes cèl·lules també són riques en caveoles, que són unes vesícules amb forma de matràs associades amb la membrana plasmàtica i que usualment estan obertes cap al costat luminal o poden estar lliures al citosol. L'abundància d'aquestes estructures depèn de el tipus d'epiteli que es consideri.

tipus

Les cèl·lules endotelials poden tenir fenotips molt diferents, que estan regulats pel lloc on es troben i el moment de el desenvolupament. És per aquesta raó que molts autors consideren que aquestes són altament heterogènies, ja que no només varien quant a la seva estructura, sinó també a la seva funció.

L'endoteli es pot classificar com continu o discontinu. El endoteli continu, al seu torn, pot ser fenestrado o no fenestrado. Les fenestras són una espècie de "porus" intracel·lulars que s'estenen per tot el gruix cel·lular.

El endoteli continu no fenestrado forma el recobriment intern de les artèries, venes i capil·lars de el cervell, la pell, el cor i els pulmons.

L'epiteli continu fenestrado, d'altra banda, és comú en zones caracteritzades per alta filtració i transport transendotelial (capil·lars de les glàndules exocrines i endocrines, mucosa gàstrica i intestinal, glomèruls i túbuls renals).

Alguns llits vasculars sinusoïdals i part de el teixit hepàtic estan enriquit amb endoteli discontinu.

funcions

El endoteli té importants funcions fisiològiques entre les quals s'inclouen el control de to vasomotor, el tràfic de cèl·lules sanguínies, el balanç hemostàtic, la permeabilitat, la proliferació i la supervivència i immunitat innata i adaptativa.

Des d'un punt de vista funcional, les cèl·lules endotelials tenen una tasca fonamental de divisió. Usualment, aquestes es troben en estat de "quiescència", ja que no són actives des del punt de vista proliferatiu (el seu temps de vida mitjà pot ser de més d'1 any).

Les seves funcions generals, i les de l'endoteli que conformen, poden dividir-se en: permeabilitat, tràfic de cèl·lules sanguínies i hemostàsia.

Funcions de permeabilitat i tràfic cel·lular

L'endoteli és una estructura semipermeable, ja que ha de permetre el transport de diferents soluts i fluids des de i cap a la sang. En condicions normals, el flux des de la sang i cap a la mateixa a través de l'endoteli és continu, on participen, principalment, l'endoteli dels capil·lars.

Part de la funció de permeabilitat dels endotelis capil·lars consisteix a permetre el pas dels leucòcits i alguns mediadors inflamatoris a través dels gots, el que s'aconsegueix amb l'expressió de molècules i quimioatrayentes en les cèl·lules endotelials.

Per tant, el transport dels leucòcits des de la sang cap als teixits subjacents implica cascades d'adhesió de múltiples passos que inclouen adhesió inicial, rodament, arrest i transmigració, el que té lloc gairebé exclusivament en les vènules post-capil·lars.

Gràcies a la seva participació en el tràfic cel·lular, les cèl·lules endotelials estan implicades en els processos de cicatrització i inflamació, on participen en la formació de nous vasos a partir de gots preexistents. Es tracta d'un procés essencial per a la reparació dels teixits.

Funcions en l'hemostàsia

El endoteli participa en el manteniment de la sang, l'estat fluid i en la promoció de la formació limitada de coàguls quan hi ha danys en la integritat de les parets vasculars.

Les cèl·lules endotelials expressen factors que inhibeixen o que promouen la coagulació (anticoagulants i coagulants), depenent de les senyals específiques que reben al llarg de vida.

Si aquestes cèl·lules no fossin tan fisiològica i estructuralment plàstiques com ho són, el creixement i la reparació dels teixits corporals no seria possible.

referències

1. Aird, WC (2007). Phenotypic Heterogeneity of the Endothelium: I. Structure, Function, and Mechanisms. Circulation Research, 100, 158-173.
2. Aird, WC (2012). Endothelial Cell Heterogeneity. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine, 2, 1-14.
3. Alphonsus, CS, & Rodseth, RN (2014). The endothelial glycocalyx: a review of the vascular barrier. Anesthesia, 69, 777-784.
4. Back, N., & Luzio, NR Vaig donar (1977). The Thrombotic Process in Atherogenesis. (B. Chandler, K. Eurenius, G. McMillan, C. Nelson, C. Schwartz, & S. Wessler, Eds.). Plenum Press.
5. Chi, J., Chang, HY, Haraldsen, G., Jahnsen, FL, Troyanskaya, OG, Chang, DS,… Brown, PO (2003). Endothelial cell diversity revealed by global expression profiling. PNAS, 100 (19), 10.623-10.628.
6. Choy, JC, Granville, DJ, Hunt, DWC, & McManus, BM (2001). Endothelial Cell Apoptosi: Biochemical Characteristics and Potential Implications for Atherosclerosis. J. Mol. Cell. Cardiol., 33, 1673-1690.
7. Cinemes, BDB, Pollak, ES, Buck, CA, Loscalzo, J., Zimmerman, GA, MCEVER, RP,… Stern, DM (1998). Endothelial Cells in Physiology and in the Pathophysiology of Vascular Disorders. The Journal of the American Society of Hematology, 91 (10), 3527-3561.
8. Fajardo, L. (1989). The Complexity of endothelial Cells. Award Articles and Special Reports, 92 (2), 241-250.
9. Kharbanda, RK, & Deanfield, JE (2001). Functions of the healthy endothelium. Coronary Artery Disease, 12, 485-491.
10. Ribatti, D. (2007). The discovery of endothelial progenitor cells. An historical review. Leukemia Research, 31, 439-444.
11. Risau, W. (1995). Differentiation of endothelium. The FASEB Journal, 9, 926-933.
12. van Hinsberg, V. (2001). The endothelium: vascular control of haemostasis. European Journal of Obstetrics & Gynecology and Reproductive Biology, 95, 198-201.
13. Winn, R., & Harlan, J. (2005). El rol dels endothelial cell apoptosi in inflammatory and immune diseases. Journal of Thrombosis and Haemostasis, 3, 1815-1824.