Fejezetek az agy vérellátásának szabályozásából 3

Az agyi erek endotheliuma-2019. szeptember 19.

Fejezetek az agy vérellátásának szabályozásából 3.

Az agyi érendothelium életana.

Bari Ferenc

egyetemi tanár



Endothel diszfunkció (vaszkuláris diszfunkció)és egyes betegségek

Bár az endotheliális rendszer számos vonatkozásban heterogenitást mutat a keringési rendszer egészében számos betegség egyértelműen endotheliális diszfunkcióhoz köthető. Ennek megfelelőn az endothelvédelme kiemelt fontosságú prevenciós és terápiás célpont, ugyanakkor egyre több kísérlet van arra is, hogy már a korai szakban szűrni lehessen az endothelium funkciójának károsodását. Ennek megfelelően egyre több endothelhez köthető vaszkuláris mechanizmust ismetek fel.

A prevenció és a terápia szempontjából az endothel funkció ismerete elengedhetetlen.


• az erek belső felszínét bélelő egyrétegű laphám

• Központi szerepet játszik a vazomotor tónus szabályozásában (értágulat. Érszűkület)

• Szabályozza a homeosztázist és az alvadási/trombolitikusfolyamatokat (szabályozza z életfolyamatokhoz szükséges anyagok célba juttatását és eltávolítását)

• Az endothel sejtek szenzorként működnek és mediátorokat választanak el

• Felszínükön sokféle funkcionális molekulát expresszálnak

Az ér endothelium


Az endothelium számos egyéb sejttípussal van interakcióban


Vazodilatáció Vazokonstrikció

NO, PGI2, EDHF, BK, C type NP

ROS, ET-1, TxA2, A-II, PGH2

ThrombolysisThrombosis

Platelet Disaggregation

NO, PGI2

Adhesion Molecules

CAMs, Selectins

Antiproliferation

NO, PGI2, TGF-, Hep

Growth Factors

ET-1, A-II, PDGF, bFGF, ILGF, Interleukins

Lipolysis Inflammation

ROS, NF-B

PAI-1, TF, TxA2tPA, Protein C, TF-I,

vonWF

LPLVogel R


Az értónus szabályozásának legjelentősebb útvonalai

Tousoulis et al., Heart 2005; 91: 353-358.


Izolált/nyomás alá helyezett (perfundált) erek vizsgálata



Furchgott, R., Zawadzki, J., “The Obligatory Role of Endothelial Cells in the Relaxation of Arterial

Smooth Muscle by Acetylcholine,” Nature, vol. 288, Nov. 27, 1980, pp. 373-376;

NOL-Arginine Nitrate/nitrite

O2

NADPH

NO synthase

Oxidized

Nitric oxide (NO) synthesis


Furgchgott's Sandwich

Robert F Furchgott mutatta ki, hogy az acetilkolin által létrehozott vazodilatáció az

endotheliumtól függő. Az ú.n "sandwich" kísérlek segítségével bizonyította, hogy

dilatáció csak intakt endothelium mellett alakul ki.


L. Ignarro segítette az EDRF azonosítását

Louis Ignarro írta le, hogy az EDRF tágítja az ereket. Szintén ő határozta meg-

spektrális analízis segítségével- az anyag természetét és azonosította, hogy ez nem

más, mint az NO.


Murad felfedezése: az enzimek aktivációja

Ferid Murad ismerte, hogy a nitroglicerin az érsimaizom relaxációját okozza. Amikor a guanylyl cikláz aktiválódik és nő a cGMP szintje bekövetkezik az izom relaxációja. Azt bizonyította, hogy a nitroglicerin NO felszabaduláson keresztül hat. NO gázt buborékoltatott olyan folyadékon keresztül, amelyben volt GC; és a ciklikus GMP szint emelkedett.


Az endothelium által befolyásolt sejtek (bal oldalon) és az endothelium diszfunkció

következményei az agyban (balra).

Faraci F M Am J Physiol Heart Circ Physiol 2011;300:H1566-

H1582

©2011 by American Physiological Society


An illustration depicting purposed access routes of materials across the endothelial cells of the blood-brain barrier (BBB). The pathways for cellular molecular movement from the

circulation across the BBB may include (a) paracellular aqueous pathway across tight junctions, (b) transcellular pathways including the lipophilic pathway, (c) transport proteins, (d)

receptor-mediated transcytosis, and (e) adsorptive transcytosis. Cytokine trafficking may occur via receptor-mediated transcytosis or possibly across disrupted tight junctions in the setting

of inflammation. Cytokine movement is thought to occur mainly in the blood-to-brain direction; however, in the blood-cerebrospinal fluid barrier, bulk flow movement may lead to cytokine

absorption into blood. Mononuclear cells may penetrate the BBB by a process of transcellular diapedesis, directly through the cytoplasm of the endothelial cells without tight junction

disruption. During proinflammatory conditions, tight junctions between endothelial cells may be disrupted allowing mononuclear cells to gain access from the blood to the brain via

paracellular routes, along with cytokines

•Neurology Research International 2012(2):561494

Az endotheliumon keresztül történő transzport


Transport across brain endothelial cells can be divided into three distinct processes: internalization, sorting, and exocytosis. For simplicity, only transport from the luminal (apical) to the abluminal (basolateral) membrane is shown, but the same mechanisms may also occur for basolateral-to-apical trafficking. Internalization into brain endothelial cells can occur via caveolae, clathrin-dependent endocytosis, or clathrin-independent endocytosis pathways such asfast endophilin-mediated endocytosis (FEME) or clathrin-independent carriers/glycosylphosphatidylinositol-anchored protein-enriched endocytic compartment (CLIC/GEEC). Internalization pathways converge in the early

endosome network, which functions as an intracellular sorting station. Caveolae are thought to undergo transcytosis without fusion with early endosomes to promote transport of receptor-independent molecules (e.g., HRP, dextran, and albumin). Clathrin-coated vesicles (CCV) fuse with early endosomes after shedding the clathrin coat. From early endosomes, cargo can be transported via sorting tubules for transcytosis (e.g., Monovalent TfR and cation-independent mannose-6-phosphate receptor (CI-MPR) antibodies). Alternatively, endosomes mature into late endosomes and multi-vesicular bodies (MVB) which undergo fusion with lysosomes for cargo degradation (e.g., BivalentTfR antibody, IgG). The retrograde transport pathway can shuttle cargo (e.g., CI-MPR antibody) from lysosomes to the Golgi apparatus and early endosomes. Exocytosis occurs when the sorting/transport compartment fuses with theabluminal membrane and is the least characterized process during endothelial transcytosis. Sorting tubules can fuse directly with the abluminal membrane or they can fuse with an intermediate basolateral sorting endosome (BSE) prior to exocytosis, as observed for transcytosis in epithelial cells. From the Golgi, cargo exocytosis can occur directly by polarized secretion to the abluminal membrane or indirectly by transport to early endosomes and subsequentsorting into tubules. A subpopulation of MVBs is thought to promote transcytosis by fusing with the abluminal membrane and releasing cargo (e.g., FC5 antibody) bound to exosomes. Dotted lines reflect pathways or compartmentswhich have not been experimentally verified

Cellular and Molecular Life Sciences March 2019, Volume 76, Issue 6, pp 1081–1092

Az agyi endothel sejtek intracelluláris transzport útvonalai

https://link.springer.com/journal/18/76/6/page/1


The junctional proteins between cerebrovascular endothelial cells (Ecs) that are classified into two types: tight junctions (TJs), and adherent junctions (AJs). TJs are mainly composed of claudins, occludins and junction adhesion molecules; and vascular endothelial cadherin (VE-cadherin) is the main component of AJs. The TJs and AJs function together to seal the cleft between CECs and limit the hydrophilic molecules and blood cells entering the brain. The TJs seem to play the primary role in the sealing activity and the AJs are essential for the localization and stabilization of the TJs

Az agyi endothel sejteket összekapcsoló fehérjék


Az endothel sejtek részt vesznek az „up-stream” vazodilatáció közvetítéséban

Microcirculation, Volume: 24, Issue: 3, First published: 30 December 2016, DOI: (10.1111/micc.12348)


Az endothelium szerepe a leukocita vándorlásban


eNOS is activated by Acetylcholine (ACh), bradykinin, shear stress, etc., and then catalyzes L-arginine to generate NO. It translates into vascular smooth muscle cells, reacts with guanylatecyclase (GC), and promotes the conversion of guanosine triphosphate (GTP) into cyclic guanosine monophosphate (cGMP), resulting in vascular smooth muscle relaxation and the CBF increase

Endothelium eredetű nitrogén oxide szintáz (eNOS) és szerepe az agyi értónus szabályozásában


Az endothelium eredetű depolarizáció néhány lehetséges mechanizmusa.

Acta Physiologica, Volume: 219, Issue: 1, Pages: 22-96, First published: 26 December 2015, DOI: (10.1111/apha.12646)

Substances such as acetylcholine (Ach), bradykinin (BK) and substance P (SP), through the activation of M3‐muscarinic, B2‐bradykinin and NK1‐neurokinin receptor subtypes, respectively, and agents that increase

intracellular calcium, such as the calcium ionophore A23187, release endothelium‐derived hyperpolarizing factors. CaM, calmodulin; COX, cyclooxygenase; EET, epoxyeicosatrienoic acid; IP3, inositol

trisphosphate; GC, guanylate cyclase; NAPE, N‐acylphosphatidylethanolamine; NOS, NO synthase; , superoxide anions; PGI2, prostacyclin; P450, cytochrome P450 monooxygenase; R, receptor; X, putative

EDHF synthase. SR141716 is an antagonist of the cannabinoid CB, receptor subtype (CB1). Glibenclamide (Glib) is a selective inhibitor of ATP‐sensitive potassium‐channels (K+ ATP). Tetraethylammonium (TEA)

and tetrabutylammonium (TBA) are non‐specific inhibitors of potassium‐channels when used at high concentrations (>5 mm), while at lower concentrations (1–3 mm) these drugs are selective for calcium‐activated

potassium‐ channels (K+Ca2+). Iberiotoxin (IBX) is a specific inhibitor of large conductance K+Ca2+. Charybdotoxin (CTX) is an inhibitor of large conductance K+Ca2+ as well as of intermediate conductance

K+Ca2+(IK+Ca2+) and voltage‐dependent potassium channels. Apamin is a specific inhibitor of small conductance K+Ca2+ (SK+Ca2+). Barium (Ba2+), in the micromolar range, is a specific inhibitor of the inward

rectifier potassium channel (Kir). GAP 27 (an 11‐amino acid peptide possessing conserved sequence homology to a portion of the second extracellular loop of connexins), 18a‐glycyrrhetinic acid (aGA) and

heptanol are gap junction uncouplers.


Endotheliális eredetű hiperpolarizáló faktor (EDHF)

• ACh, SP, Uridin trifoszfát (UTP), ADP az eNOS gátlása esetén is relaxálnak

• Hasonlóan a ciklooxigenáz (COX) gátlása után is létrejön a dilatáció - dilatátorprosztanoidok sem okozzák

• A simaizon sejtben hyperpolarizáció jön létre-amit a K+ csatornák megnyílása okoz

• EDRF lehet epoxieikozatetraénsavak (EET-k), endogén cannabinoid (anandamide), hydroxil gyökök, O2

- és K+

• Másik lehetőség a gap junctionon keresztül érvényesülő közvetlen hiperpolarizáció

• Az EET tűnik a legvalószínűbbnek-

• Az NO a nagyobb erekben- az EET-k a kisebb erekben hatnak

•



Copyright ©2006 American Physiological Society

Andresen, J. et al. J Appl Physiol 100: 318-327 2006;

Az agyi artériák EDHF-által kiváltott dilatációja


-10

0

10

20

30

40

50

60

Az endothelium funkciójának gátlása (PDB) csökkenti az erek dilatációs

készségét

BK PDB

+BK

5% CO2

PDB+

5% CO2

OXIPDB+

OXI

*

**

3 M 0.1 M

Az é

rátm

érő

vá

lto

zá

ssa

(%

)


-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

K1 K2 H

I2

Oxitocin hatására endothelium-függő vazodilatáció jön létre, amely elfedi a simaizomra gyakorolt konstriktor hatást

*

I1

* *

* *

I4

* *

10-8 és 10-6 mol/L



A hypercapnia által okozott vazodilatáció endothelium függő és érzékeny az ischaemiára

Az a

laptó

l való

eltéré

s %

-ba

n

0

5

10

15

20

25

30

35

40

10% CO2

5% CO2

kontroll 1 hr 2 hr 4 hr

Ischaemia után

+

+

+*

*

*

+

+

+

Bari et al, Brain Res, (1998)


Endothelium eredetű konstrikció

• A bazális dilatátor hatások hiánya (NO, PGI2, PGE2)

• Tromboxán A2 (TXA2), PGF2α

• Endothelin-1: főként patofiziológai szerepe van pl. TNF α , trombin , a shear stress hiánya stb. fokozza a termelését

• (nagy erekben szerotonin - indomethacin szenzitív vazokonstrikció)

• Egyensúly a konstriktor és dilatátor ágensek között

• Az NO elnyomja


- kórállapotok

- megváltozott antikoaguláns és

gyulladás gátló hatások

- az ér növekedés és remodellezés(átépülés) gátlása

az endothelium eredetű vazodilatáció zavarát okozhatja, ha az NOelveszíti biológiai aktivitását.

Documents

Fejezetek az agy vérellátásának szabályozásából 3