内皮祖细胞作为工具来研究血管疾病

文摘

内皮祖细胞(epc)有很大的临床价值,因为它们可以作为诊断生物标记和细胞治疗促进缺血性血管修复组织。然而,内皮祖细胞在血管疾病也有额外的研究价值建模来审问人类疾病机制。EPC这个词是用来描述不同种类的细胞,我们已经确定了一个特定的EPC亚型称为内皮细胞产物(OEC)作为血管疾病模型的最佳人选,因为它high-proliferative潜力和明确的内皮的承诺。近年从人血中分离,可以接触到病理条件(方法)或被孤立从病人(反向方法)来研究人类疾病血管。近年来模拟血管疾病的使用将极大地提高我们对内皮发病机制的理解,这可能会导致发现的血管疾病的新治疗策略。

1。介绍

越来越多的内皮祖细胞(epc)的兴趣,因为他们相关的诊断和治疗的临床应用。协会的内皮祖细胞与心血管事件(1)和癌症进展(2)表明,内皮祖细胞有潜在的诊断和预后的生物标志物。此外,有许多临床前和临床试验报告的好处基于交付内皮祖细胞的细胞疗法对缺血性心脏等组织(3),大脑4,视网膜5),和四肢(6]。在缺血性心脏病和缺血性四肢,尽管相互矛盾的数据,荟萃分析表明,一个EPC-based cytotherapy是可行的,安全的,有益的(7,8]。本文将不会进一步讨论内皮祖细胞的诊断和治疗价值,但对内皮祖细胞将专注于一个不为人知的应用程序,也就是说,他们的潜力模拟人类疾病发病机理。创建细胞模型的人类疾病是一个重要的研究领域,内皮祖细胞很容易,并允许用于血管性疾病的细胞和分子机制的研究在一个“培养皿”。在这里,我们将讨论方法EPC隔离和不同的细胞亚型和也呈现策略使用EPC模式血管疾病的有价值的工具。

2。内皮祖细胞疾病模型

人类疾病的研究在体外基于模型通常需要大量的细胞。这就是为什么经典被永久细胞系建立了这一目的。然而,这些细胞系缺乏大量的肿瘤抑制基因或致癌基因过表达,这是一个主要的缺点当评估细胞增殖和生存。因此,最近的兴趣渐渐的使用人类胚胎干细胞(他)和诱导多能干细胞(iPS)细胞(9,10),理论上可以转换成任何体细胞类型。我们相信,内皮祖细胞,作为一个特定类型的成人血管干细胞(11人类疾病模型),有很大的潜力。内皮祖细胞很容易从外围和脐带血中分离出来,它们是高度增殖,拥有一个稳定的和二倍体核型,代表内皮lineage-committed非常均匀的细胞群,并服从在体外操作和基因改造。此外,疾病相关的表观遗传变化通过内皮祖细胞可以持续研究细胞功能,不需要重新编程过程,去除甲基化和乙酰化事件,作为“诱导多能性”细胞的情况。

3所示。内皮祖细胞的分离

epc孤立使用两个主要方法:(a)细胞分选技术使用不同的细胞表面标记物或(b)在体外细胞培养的血液单核细胞比例使用特定底物和媒体。

EPC细胞分类依赖于所使用的类型和数量的标记。然而,由于没有达成共识的最合适的组合EPC-linked标记(12),不同的研究小组已经排序不同的细胞使用不同的标记。因此,尽管排序细胞都叫内皮祖细胞,它们实际上代表不同的细胞类型,缺乏一致性,这是证明了使用“epc”在不同的研究报道在体外和动物模型系统。

另一种方法隔离内皮祖细胞是细胞培养。这是基于微分粘附到特定的底物和随后的孤立的细胞在文化的增长潜力。使用这种方法,两种截然不同的类型的epc已确定(13,14]。一周内出现的早期内皮祖细胞在文化纺锤状细胞表现出一些内皮属性在体外AcLDL吸收等Isolectin绑定,和外观VEGFR2 / CD31在细胞表面。尽管有这些内皮细胞特征,这些细胞保持其造血的性质,证明了高CD14和CD45的表情。事实上,我们最近表明早期内皮祖细胞代表M2 alternative-activated巨噬细胞和提出他们的重命名骨髓血管生成细胞(mac) [15]。其他名字的细胞类型文学中常见的循环血管生成细胞,造血的内皮祖细胞,proangiogenic单核细胞,血管辅助细胞(16]。

另一个EPC亚型被称为内皮细胞产物(近年)[17]。近年出现在四个星期内文化cobblestone-shaped细胞单层,表现出巨大的增殖潜力和一个明确的承诺内皮血统(18,19]。许多研究已经清楚地描述了OEC immunophenotype VE-cadherin内皮标记是非常积极的,vWF、CD31, CD36, CD105, CD146, VEGFR2, Tie2;对造血的不利CD45标记和CD14;并表现出一些祖细胞标记CD34的表达,CD117和CD133 (5,17,20.]。近年也被称为内皮细胞克隆形成(ECFCs),晚期内皮祖细胞,nonhaematopoietic内皮祖细胞。近年不同于循环成熟内皮细胞由于他们有更高的增殖潜能,倍增时间短,单细胞克隆能力与成熟的内皮细胞,增殖潜力有限13,17,21]。此外,近年保留的属性不成熟的细胞,如更大的响应/敏感性VEGF, FGF-2, PlGF [21),和持续的祖细胞标记CD34的表达,CD133和CD117 [5]。

近年已被证明新创tubulogenic能力在体外通过形成三维管状结构,细胞相互作用通过结蛋白VE-cadherin和形成一个独特的vessel-like腔(22]。这新创血管形成也证明在活的有机体内人类近年在collagen-fibronectin矩阵皮下移植到免疫缺陷小鼠灌注和有效地形成嵌合血管(18,23,24]。使用恒河monkey-derived近年在这老鼠实验系统中,这是最近表明,有一个减少潜在形成功能性毛细血管实足年龄(25]。最重要的是,它已经表明,近年直接纳入缺血性血管受损在活的有机体内报道使用不同的动物模型(如小鼠后肢缺血13),兔颈动脉损伤(26),猪心肌梗死(27[],小鼠视网膜缺血5]。

血管疾病的特定目的造型,近年应首选使用EPC亚型,因为他们目前唯一内皮祖细胞与伟大的增殖潜力和明确的内皮细胞表型。

4所示。与近年疾病建模方法

在疾病的造型,经典的“反向”和“转发”方法用于为完全适用于近年(图1)。“逆向”的方法是基于研究近年隔离病人,所以“特异”细胞推导和比较“无病”细胞。这种方法是非常有用的,因为它提供了一个有意义的见解生理病理学虽然它有两个缺点。首先,隔离近年从某些病人团体可能有问题。例如,众所周知,糖尿病患者循环内皮祖细胞的数量较低,当他们是孤立的,这些细胞显示功能失调的反应(28,29日]。第二个缺点是,从患者分离出近年“已病”,和“逆向”的方法从根本上是回顾,它可能不可能准确地模型致病过程的早期阶段。

“向前”的方法由研究“无病”近年公开disease-relevant定义条件,可以简单环境变化(缺氧、高葡萄糖和辐射)到更复杂的基因改造推倒疾病相关基因。这种方法是潜在的,允许从早期阶段疾病发病机理的研究;然而,也有一些技术挑战。试图模仿病理环境可以是非常复杂的在活的有机体内环境通常由多种多样的因素组合在一起。繁殖的在活的有机体内环境在体外需要多单元的类型文化系统。另一个困难出现在感兴趣的疾病是non-cell自治,因此直接依赖于不同的信息交互,需要不止一个细胞类型疾病发展和进展。一种策略,可以很容易地解决这一问题的多种细胞类型是“诱导多能性”细胞的辅助使用方法(30.]。代的“诱导多能性”细胞,近年来自同一个捐赠者可以提供研究近年在各种细胞培养的方法设置,包括与“诱导多能性”细胞共培养或任何其他“诱导多能性”细胞衍生体细胞类型。这个的优点是所有不同的细胞类型研究与近年捐赠者相同这是理想,以避免可能的免疫反应引起的同种异体移植。

虽然近年可以直接学习,他们也可以间接地促进其他支持细胞的研究,可以调节vasculogenic活动在体外或在活的有机体内。与完全分化的内皮细胞,血管生成活动近年可以由细胞因子释放近端髓细胞,间充质干细胞(msc) [24,31日间充质基质细胞,成纤维细胞(23),脂肪基质细胞(32),外膜细胞祖细胞(33),星形胶质细胞、神经元和mac (15,34]。有趣的是,一种机制涉及运输形成的纳米管的细胞器如线粒体和溶酶体也被报道(35- - - - - -37]。交付microrna在微泡和液代表另一种细胞可以与近年[38,39]。

尽管有这些技术挑战,利用近年来产生疾病的细胞模型是一个有吸引力的方法,已经被使用和优化。我们预计,血管生物学领域的研究人员将支持使用epc /近年疾病模型。

5。近年用于疾病的细胞模型

近年来自慢性骨髓增生障碍患者(CMD) [40)表示,这种疾病的目标主要是血液系统,随着bcr - abl重排或在近年JAK2-V617F突变不在。这个发现强调,近年不成人“haemangioblast”,但代表成人干细胞完全致力于内皮血统。

近年来自患者遗传性出血性毛细血管扩张(HHT) [41]显示异常与血管病变,如减少endoglin表达式,TGF -受损β信号、组织细胞骨架,未能形成cord-like结构。这些研究结果描述了分子机制来解释小血管脆弱和频繁的这些患者的出血。

阐明内皮祖细胞在肺动脉高血压(多环芳烃)的病理学,近年被隔绝的PAH突变患者外周血基因编码骨形态形成蛋白受体II型(BMPRII)和对照组。近年来自PAH BMPRII突变患者hyperproliferative相比,控制。此外,人工基底膜血管生成试验证明在体外管的形成也显著受损OEC隔绝PAH患者(42]。

血管性血友病(血管性血友病)经常与血管畸形;因此,vWF表达式测试的重要性在内皮细胞和动物模型。vWF-deficient细胞显示增强的血管生成在体外,vWF-deficient老鼠显示增加血管生成在活的有机体内。这些结果进一步证实了隔离近年血管性血友病患者从[43]显示增加在体外血管生成、增殖和迁移。

研究糖尿病环境EPC的角色功能,近年被暴露于高葡萄糖,糖尿病母亲的脐带被用作EPC源隔离近年曾经历过糖尿病条件在活的有机体内(44]。结果表明,暴露在高葡萄糖在体外或糖尿病环境在活的有机体内大大减少了OEC集落形成等功能,自我更新能力,capillary-like管形成。这项研究提供了潜在的机械的见解的长期心血管并发症观察新生儿糖尿病怀孕。

6。最后的想法

近年是一个特定的EPC子类型,开始被用于血管病理学的研究。我们鼓励研究人员血管生物学领域的应用他们的不同在体外和在活的有机体内近年的血管生成模型。正向和反向的组合方法与近年人类疾病模型是一种有效的系统血管疾病发病机理的研究。与任何新技术一样,我们预见一些技术挑战时建立疾病模型在细胞水平上;尽管如此,我们仍乐观地认为,利用近年来血管疾病模型将提高我们对疾病的理解,随后导致新的治疗方法的发展。

确认

本文由争取支持,英国医学研究理事会(MRC),青少年糖尿病研究基金会,D.E.L.(倪),和爵士朱尔斯刺信任。

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