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Damian美第奇, ”在再生医学Endothelial-Mesenchymal过渡”,干细胞国际, 卷。2016年, 文章的ID6962801, 7 页面, 2016年。 https://doi.org/10.1155/2016/6962801
在再生医学Endothelial-Mesenchymal过渡
文摘
Endothelial-mesenchymal过渡(EndMT)是一个基本的细胞机制,调节胚胎发育和疾病,如癌症和纤维化。最近的事态发展在生物医学研究显示非凡的潜力利用EndMT过程对组织工程和再生。替代传统的或人工干细胞疗法,EndMT工程新组织可能代表一个安全的方法来治疗退化性疾病通过模拟这一过程发生在自然。本文讨论了信号机制和治疗EndMT抑制剂,以及EndMT在发展中的作用,疾病,获得干细胞属性和生成结缔组织,及其潜在的一种新型组织再生的机制。
1。介绍
内皮细胞线内部的血管和淋巴管1]。内皮细胞可塑性中扮演着一个关键的角色在不同的发育和病理过程(2]。EndMT被定义为损失的细胞粘附和肌动蛋白细胞骨架重组和中间丝apical-basal极性转换为前飞回结束极性形成纺锤状细胞。转换期间,有一个显著的减少内皮生物标志物如VE-cadherin、CD31, TIE1、vWF、以及增加间充质等生物标志物的表达CD44,波形蛋白,FSP1,αsma (3]。基膜,主要由IV型胶原蛋白、层粘连蛋白等,是由分泌基质金属蛋白酶(MMPs),取而代之的是细胞外基质组成的I型和III型胶原、纤连蛋白,促进细胞活性(4]。这些细胞也获得干细胞表达间充质干细胞生物标记和属性获得multipotency [5]。这种转变是可逆的,通过这一过程称为mesenchymal-endothelial过渡,这是一个重要的机制,调节心脏新血管形成6]。
信号EndMT机制。自分泌或旁分泌信号分子可以诱导EndMT。这些可能是由组织损伤或免疫细胞产生招募的损伤在炎症反应中的7]。最常见的细胞因子刺激EndMT转化生长因子(TGF -β)总科的蛋白质,其中包括亚型TGF -β1、TGF -β2和骨形成蛋白(bmp) BMP2, BMP4, BMP6, BMP9, BMP10 [8- - - - - -14]。其他信号通路如Wnt /β连环蛋白(15),切口(16),和各种受体酪氨酸激酶(17)也可以激活EndMT。所有这些通路诱导转录因子的表达如蜗牛、蛞蝓、扭曲、LEF-1 ZEB1, ZEB2引起内皮基因的镇压和/或间充质基因的表达(17,18]。这些确定通路允许治疗目标有可能抑制这一过程治疗EndMT-related病态。
描述了几种小分子核糖核酸来调节内皮可塑性。miR-9, microRNA受肿瘤坏死因子-α(肿瘤坏死因子-α)信号,诱导EndMT淋巴内皮细胞(19]。miR-21目标PTEN和介导EndMT诱导TGF -β信号(20.]。miR-31目标VAV3控制肌动蛋白重构,促进各种炎性细胞因子的分泌,促进EndMT [21]。
其他积极的监管机构EndMT包括博来霉素、促进EndMT通过mTOR信号通路的激活22]。黄樟油精氧化物诱发EndMT通过启动ATF4 / p75NTR引发途径(23]。甲状旁腺素刺激EndMT提高核的本地化β连环蛋白(24]。卡波西肉瘤的疱疹病毒已被证明诱导EndMT提高Notch信号(16]。
内皮细胞凋亡等生理过程也可能导致EndMT通过upregulation TGF -β1在凋亡细胞和相邻的可行的细胞(25]。流体剪切应力的研究显示没有EndMT层流流体剪切应力但感应EndMT与紊流切应力(26]。心室机械拉伸导致EndMT与dyssynchronous心力衰竭(27]。高葡萄糖水平可导致内皮细胞损伤和随后的刺激EndMT [28]。缺氧与组织损伤、缺血和/或炎症最常见的促进了血管生成,还能有助于EndMT [29日,30.]。
EndMT抑制剂。虽然大多数最佳管理促进EndMT BMP7似乎是一个消极的调节器EndMT [31日],尽管不同个人的下游信号BMP亚型之间的差异仍然是难以捉摸的。血管内皮生长因子a (VEGF-A)被抑制EndMT通过VEGFR2信号(32]。相反,VEGR1能有积极的效果在EndMT隔绝VEGF-A和防止其与VEGFR2互动(33]。最近的证据表明,BMP信号也可以抑制VEGF-A促进EndMT (34]。纤维母细胞生长因子受体1 (FGFR1)信号可以抑制TGF -β全身EndMT [35]。FGF-2,尽管发现EndMT在某些类型的内皮细胞的诱导物(36),也已被证明能够抑制EndMT在别人miR-20a-mediated抑制TGF -β信号(37]。
小分子核糖核酸miR-15a miR-23b, mir - 199 -心脏发育期间损害EndMT,虽然miR-15a-dependent抑制部分(38]。TGF - mir - 126块β1-induced EndMT的骨髓内皮祖细胞通过直接针对PI3K的亚基p85 [39]。mir - 155损害TGF -β全身EndMT通过抑制RhoA表达式(40]。mir - 302 c的负调节表达metadherin (MTDH)损害EndMT与肝细胞癌(41]。N-acetyl-seryl-aspartyl-lysyl-proline (AcSDKP),血管紧张素转换酶(ACE)的肽底物抑制EndMT通过upregulation microRNA let-7和恢复的FGF受体(42]。
硫化氢可以改善EndMT引起内质网应激通过激活Src信号通路(43]。水提取物的补骨脂l可以抑制lipopolysaccharide-induced EndMT通过抑制NF -κB-dependent表达式的蜗牛44]。Glucagon-like peptide-1 (GLP-1)块高glucose-induced EndMT通过减少活性氧簇(ROS)的表达和抑制聚(ADP-ribose)聚合酶1 (PARP-1) [45]。细胞外基质蛋白fibulin-1 TGF -可以抑制EndMT减少表达式β2 (46]。高密度脂蛋白(HDL)已被证明能够抑制EndMT诱导TGF -β1信号[47]。
一些药物已经被提议作为EndMT抑制剂。Linagliptin DPP-4抑制剂,损害与整合素的相互作用β1,已被证明阻止TGF -β2-induced EndMT [48]。雷帕霉素块EndMT通过抑制mTOR信号通路(49]。松弛素(RLX)已被证明能够抑制isoproterenol-induced EndMT心脏纤维化模型大鼠通过notch-mediated信号(50]。Macitentan endothelin-1受体抑制剂,被证明损害引起的EndMT endothelin-1或TGF -β1 (51]。Marimastat广谱MMP抑制剂,防止FGF-2-dependent EndMT角膜内皮细胞(52]。Kallistatin块TGF -β全身EndMT通过upregulation内皮一氧化氮合酶(以挪士)和微分调节的miR-21 [53]。螺内酯、醛固酮受体阻断剂,还可以抑制TGF -β全身EndMT通过控制Notch1表达式(54]。黄岑素还可以调节Notch1和Jagged1表达式,以防止isoprenaline-induced EndMT [55]。洛沙坦,血管紧张素ⅱ1型受体的抑制剂,损害EndMT通过阻断TGF -β信号(56]。Cinacalcet变弱EndMT在心脏纤维化与血清甲状旁腺激素水平升高(素通过抑制激素水平(57]。有趣的是,氢化可的松提出了扭转EndMT通过增强内皮细胞粘附[mesenchymal-endothelial过渡58]。这些功能抑制剂可能作为潜在的治疗药物扰乱EndMT病理的影响。
EndMT发展和疾病。EndMT可以调节血管生成(59),以及心脏发展(60]。EndMT引起心脏的阀门和隔膜的形成在胚胎发生(60,61年]。在产后机体组织损伤和/或炎症可以刺激这胚胎机制引起成纤维细胞和myofibroblasts形成疤痕组织在伤口愈合或纤维化疾病(2]。
EndMT有着至关重要的作用在肾脏成纤维细胞的生成(62年)、肺(29日],肠[63年),和心脏纤维化64年]。这EndMT-dependent纤维化表型导致疾病,如系统性硬化症(65年),动脉粥样硬化(66年),肺动脉高压(67年),糖尿病肾病(68年),糖尿病性视网膜病变(69年),脓毒症(70年),和脑海绵状畸形(71年]。它还在静脉移植重建中扮演着中心角色72年]。
进一步,epithelial-mesenchymal过渡(EMT)已被证明是癌症转移的主要机制(73年和肿瘤干细胞的形成74年],EndMT形成癌症相关的成纤维细胞发生在肿瘤微环境,帮助控制疾病的进展75年]。EndMT也被提出在癌细胞的转移性外渗作用[76年]。也可能参与中枢神经系统疾病相关的血脑屏障的功能障碍(77年]。
EndMT代的结缔组织。除了成纤维细胞,最近的研究表明EndMT的能力来生成各种不同类型的结缔组织。血统追踪和生物标志物研究表明内皮异位起源软骨和骨形成在一种罕见的疾病称为fibrodysplasia ossificans progressiva (FOP) [5,78年,79年]。这种疾病患者携带的功能获得突变基因编码activin-like激酶2 (ALK2)受体(80年]。表达内皮细胞的突变基因,他们接受EndMT并获得间充质干细胞的特性能够转化为骨,软骨,脂肪细胞(5]。最近的一项研究表明,肾细胞分离FOP病人可以转化为诱导多能干细胞(iPSC),随后分化成内皮细胞,而自发地接受EndMT文化(81年]。
EndMT生成osteoprogenitor细胞的能力也被观察到在血管钙化82年,83年],瓣膜钙化[84年),和肿瘤钙化(85年]。另一个最近的研究表明,BMP6有能力刺激EndMT和随后的分化成骨细胞独立和协同氧化低密度脂蛋白(86年]。唐等人表明,高葡萄糖水平调节内皮分化通过EndMT软骨细胞(87年]。
血统跟踪研究使用VE-cadherin-Cre老鼠记者展示了白色和棕色脂肪细胞的内皮来源(88年]。最近的一项研究,孤立的肿瘤血管内皮显示,这些细胞自发地在文化和有能力接受EndMT等形式组织和壁画细胞和平滑肌细胞周围的周89年]。内皮祖细胞(epc)也被诱导接受EndMT和转变成平滑肌细胞(90年]。
内皮可塑性也与一代的骨骼细胞对肌肉的修复(91年]。此外,血统追踪Tie1-Cre和VE-cadherin-Cre记者老鼠却展现出了内皮的起源在心脏心肌细胞内稳态,由EndMT提出出现(92年]。
EndMT组织工程和再生。EndMT的能力来生成各种不同类型的结缔组织(图1)提供了希望使用它作为一个潜在的组织再生的方法。例如,EndMT-dependent骨可以用来治疗疾病如骨质疏松症或骨坏死。EndMT-induced软骨形成可用于治疗骨关节炎或颞下颌关节紊乱(TMJD)。使用EndMT诱导肌发生可能有利于肌肉萎缩症,虽然cardiomyogenesis可能有利于再生心肌梗死后心肌。过程也可能帮助维管组织再生,尤其是在血管生成通过其产生平滑肌细胞和周的能力。EndMT已经发现重要的心血管组织工程移植物通过其提高生产能力和细胞外基质的重塑93年]。
组织工程体外可能通过EndMT退化的替代组织。个性化医学,以避免任何潜在的主机拒绝,血管内皮细胞可以很容易地获得病人的皮肤样本。组织可以保持酶的消化和内皮细胞可以使用磁珠隔离共轭endothelial-specific抗体。然后可以将这些孤立的内皮细胞和扩大培养,然后加载到三维支架由胶原蛋白组成,聚乳酸,水凝胶,等等。内皮细胞可以诱导接受EndMT使用任何已知细胞因子刺激转换,其次是分化培养基的改变新形成的间充质细胞所需的组织类型(94年]。策划组织可能手术移植到病人。
为组织再生在活的有机体内的潜在用途EndMT以来几乎是无穷无尽的几乎每一个组织在体内高度血管化,因此血管内皮细胞的丰富来源应该出现在损坏或退化组织需要修复。可以开发药物和局部应用于退化组织血管内皮转换成所需要的细胞类型。如果有些毛细血管失去了这种细胞转换期间,他们应该自然补充通过诱导血管生成95年]。因此,EndMT应该提供一个自然和有效的方法来构建新的结缔组织血管。
2。讨论
尽管EndMT积极作用在胚胎发育和伤口愈合,它一直被认为有负面影响的疾病。虽然大多数治疗方法的研究,试图抑制EndMT的有害影响进步的疾病,如癌症和纤维化,现在提出,研究人员利用这种自然机制,诱导组织再生治疗退化性疾病。尽管会有潜在风险的血管内皮转换成其他类型的细胞组织再生,如血管渗漏或细胞死亡与缺氧有关,目标组织已经退化和血管生成的自然机制应该补充血管。因此,恢复退化的潜在好处组织使用EndMT远远大于再生医学的风险。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作是R01HL112860赠款支持和P20GM104937来自美国国立卫生研究院和约翰·巴特勒马利肯基金会的资助。
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