1.3.2. Sprouting angiogenese
De grundlæggende trin i sprouting angiogenese omfatter enzymatisk nedbrydning af kapillær basalmembran, endotelcelleproliferation (EC), målrettet migration af EC’er, tubulogenese (EC-rørdannelse), karfusion, karbeskæring og stabilisering af pericyter. Sprouting angiogenese indledes i dårligt perfunderede væv, når iltsensoreringsmekanismer registrerer et hypoxi niveau, der kræver dannelse af nye blodkar for at opfylde parenkymcellernes metaboliske behov (figur 1.4). De fleste typer parenkymceller (myocytter, hepatocytter, neuroner, astrocytter osv.) reagerer på et hypoxisk miljø ved at udskille en vigtig proangiogen vækstfaktor kaldet vascular endothelial growth factor (VEGF-A). Der synes ikke at være redundante vækstfaktormekanismer, der kan erstatte VEGF-A’s rolle i hypoxiinduceret angiogenese.
FIGUR 1.4
VEGF-A dirigerede kapillærvækst til dårligt perfunderede væv. (A) Endothelceller, der udsættes for den højeste VEGF-A-koncentration, bliver spidsceller (grøn). Hypoxisk væv er angivet med den cirkulære blå udtoning. (B) Spidscellerne leder den spirende spiring i udvikling (mere…)
En endotelspidscelle leder den spirende kapillær spiring i udvikling gennem ECM’en mod en angiogen stimulus såsom VEGF-A . Lange, tynde cellulære processer på spidscellerne kaldet filopodier udskiller store mængder proteolytiske enzymer, som fordøjer en vej gennem ECM for den udviklende spiral . Spidscellernes filopodier er stærkt udstyret med VEGF-A-receptorer (VEGFR2), hvilket gør det muligt for dem at “fornemme” forskelle i VEGF-A-koncentrationer og får dem til at tilpasse sig VEGF-A-gradienten (Figur 1.5). Når et tilstrækkeligt antal filopodier på en given spidscelle har forankret sig til substratet, trækker sammentrækning af aktinfilamenter i filopodierne spidscellen bogstaveligt talt med i retning af VEGF-A-stimulansen. I mellemtiden formerer de endotheliale stængelceller sig, mens de følger efter en spidscelle, hvilket får kapillærspiren til at strække sig. Vacuoler udvikles og samler sig og danner et lumen inden for en række stilkceller. Disse stængelceller bliver stammen i den nyligt dannede kapillær. Når spidscellerne i to eller flere kapillærspirer konvergerer ved kilden til VEGF-A-sekretionen, smelter spidscellerne sammen og skaber et kontinuerligt lumen, hvorigennem iltet blod kan strømme. Når de lokale væv får tilstrækkelige mængder ilt, vender VEGF-A-niveauet tilbage til næsten det normale niveau. Modning og stabilisering af kapillæret kræver rekruttering af pericytter og deponering af ECM sammen med shear stress og andre mekaniske signaler .
FIGUR 1.5
Mikroanatomi af en kapillær spiring og udvælgelse af spidsceller. (A) En interstitiel gradient for VEGF-A og en endothelcellegradient for VEGFR2 er vist. Spidscellemigration menes at afhænge af VEGF-A-gradienten og stængelcelleproliferation er (mere…)
Delta-Notch-signalering er en nøglekomponent i spiredannelsen (Figur 1.5). Det er et celle-celle-signaleringssystem, hvor ligand, Delta-like-4 (Dll4) parrer sig med sin notch-receptor på naboceller. Både receptor og ligand er cellebundne og virker således kun gennem celle-cellekontakt. VEGF-A inducerer Dll4-produktion af spidsceller, hvilket fører til aktivering af notch-receptorer i stængelceller. Aktivering af Notch-receptorerne undertrykker VEGFR2-produktionen i stængelcellerne, hvilket dæmper migrationsadfærden i forhold til spidscellerne. Derfor er det mest sandsynligt, at endothelceller, der udsættes for den højeste VEGF-A-koncentration, bliver til spidsceller . Selv om spidscellerne udsættes for den højeste VEGF-A-koncentration, er deres proliferationshastighed langt mindre sammenlignet med stængelcellernes.
Det er ikke muligt at forstå alle aspekter af Delta-Notch-signalvejen fuldt ud, men det er klart, at produktionen af et normalt vaskulatur i høj grad afhænger af VEGF-A-koncentrationen i vævene. En 50% reduktion af VEGF-A-ekspression er embryonalt dødelig på grund af vaskulære defekter , og overskydende VEGF-A i tumorer inducerer overproduktion af spidsceller, hvilket fører til en desorganiseret vaskulatur . Denne kritiske afhængighed af fysiologiske koncentrationer af VEGF-A til opbygning af levedygtige blodkar kan være med til at forklare, hvorfor forsøg på at inducere angiogenese i dårligt perfunderede væv med VEGF-A-administration og genterapi ikke har været meget vellykkede.