1.3.2. Sprouting Angiogenesis
De grundläggande stegen i sprouting angiogenesis omfattar enzymatisk nedbrytning av kapillärt basalmembran, endotelcellsproliferation (EC), riktad migration av EC:s, tubulogenes (bildning av EC-rör), kärlfusion, kärlbeskärning och pericytstabilisering. Sprouting angiogenes inleds i dåligt genomblödda vävnader när syreavkänningsmekanismerna upptäcker en nivå av hypoxi som kräver att nya blodkärl bildas för att tillgodose parenkymcellernas metaboliska behov (figur 1.4). De flesta typer av parenkymceller (myocyter, hepatocyter, neuroner, astrocyter osv.) reagerar på en hypoxisk miljö genom att utsöndra en viktig proangiogen tillväxtfaktor som kallas vascular endothelial growth factor (VEGF-A). Det verkar inte finnas redundanta tillväxtfaktormekanismer som kan ersätta VEGF-A:s roll i hypoxiinducerad angiogenes.
FIGUR 1.4
VEGF-A styrde kapillärtillväxten till dåligt genomblödda vävnader. (A) Endotelceller som utsätts för den högsta VEGF-A-koncentrationen blir spetsceller (grönt). Hypoxisk vävnad indikeras av den cirkulära blå blekningen. (B) Spetscellerna leder det framväxande spretet (more…)
En endotelspetscell leder det framväxande kapillärspretet genom ECM mot ett angiogent stimulus, t.ex. VEGF-A . Långa, tunna cellprocesser på spetsceller som kallas filopoder utsöndrar stora mängder proteolytiska enzymer, som smälter en väg genom ECM för den framväxande spiran . Spetscellernas filopodier är starkt utrustade med VEGF-A-receptorer (VEGFR2), vilket gör att de ”känner av” skillnader i VEGF-A-koncentrationer och får dem att anpassa sig till VEGF-A-gradienten (figur 1.5). När ett tillräckligt antal filopoder på en viss spetscell har förankrats i substratet drar kontraktion av aktinfilamenten i filopoderna bokstavligen spetscellen med sig i riktning mot VEGF-A-stimulansen. Under tiden förökar sig endotelcellerna när de följer efter en spetscell, vilket leder till att kapillärutskottet förlängs. Vacuoler utvecklas och sammanfogas och bildar ett lumen inom en rad stjälkceller. Dessa stjälkceller blir stammen i den nybildade kapillären. När spetscellerna i två eller flera kapillärutskott sammanstrålar vid källan till VEGF-A-sekretionen smälter spetscellerna samman och skapar ett kontinuerligt lumen genom vilket syresatt blod kan flöda. När de lokala vävnaderna får tillräckligt med syre återgår VEGF-A-nivåerna till nästan normala nivåer. Mognad och stabilisering av kapillären kräver rekrytering av pericyter och deponering av ECM tillsammans med skjuvspänning och andra mekaniska signaler .
FIGUR 1.5
Mikroanatomi av en kapillär grodd och urval av spetsceller. (A) En interstitiell gradient för VEGF-A och en endotelcellsgradient för VEGFR2 visas. Spetscellsmigration tros vara beroende av VEGF-A-gradienten och stamcellsproliferation är (mer…)
Delta-Notch-signalering är en nyckelkomponent i groddbildningen (figur 1.5). Det är ett cell-cell-signaleringssystem där liganden Delta-like-4 (Dll4) parar sig med sin notch-receptor på grannceller. Både receptorn och liganden är cellbundna och verkar därför endast genom kontakt mellan cell och cell. VEGF-A inducerar Dll4-produktion av toppceller, vilket leder till aktivering av notchreceptorer i stjälkceller. Aktiveringen av Notch-receptorerna dämpar VEGFR2-produktionen i stjälkcellerna, vilket dämpar migrationsbeteendet jämfört med toppcellerna. Därför är det troligt att endotelceller som utsätts för den högsta VEGF-A-koncentrationen kommer att bli spetsceller . Även om spetscellerna utsätts för den högsta VEGF-A-koncentrationen är deras proliferationshastighet mycket lägre jämfört med stamcellernas.
Inte alla aspekter av Delta-Notch-signalvägen är helt förstådda, men det står klart att produktionen av ett normalt kärlsystem är starkt beroende av koncentrationen av VEGF-A i vävnaderna. En 50-procentig minskning av VEGF-A-uttrycket är embryonalt dödligt på grund av kärldefekter , och ett överskott av VEGF-A i tumörer inducerar överproduktion av spetsceller vilket leder till en oorganiserad vaskulatur . Detta kritiska beroende av fysiologiska koncentrationer av VEGF-A för att bygga livskraftiga blodkärl kan bidra till att förklara varför försöken att inducera angiogenes i dåligt genomblödda vävnader med VEGF-A-administration och genterapi inte har varit särskilt framgångsrika.