- •Ангиогенез
- •Глава 1 12
- •Глава 2 18
- •Глава 3 41
- •5.7. Резюме 70
- •Глава 6 72
- •6.7. Резюме 91
- •Глава 7 92
- •7.7. Резюме 102
- •Введение
- •Глава 1 методы изучения ангиогенеза
- •1.1 Метод прозрачной камеры
- •1.2. Васкуляризация роговицы
- •1.3. Васкуляризации хориоаллантоисной мембраны
- •1.4. Метод тканевых культур
- •1.5. Трансплантация органов и тканей
- •1.6. Наблюдение роста сосудов на различных объектах
- •Глава 2 ангиогенез и васкулогенез в пренатальном и постнатальном периодах онтогенеза
- •2.1. Вводные замечания
- •2.2. Ранние этапы образования и развития кровеносных сосудов в эмбриональном периоде
- •2.2.1. Механизмы васкуло- и ангиогенеза в эмбрионе
- •2.3. Гистогенез стенок сосудов
- •2.3.1. Механизмы формирования просвета сосудов
- •2.3.2. Изменения структурной организации компонентов сосудистых стенок в процессе эмбриогенеза
- •2.3.3. Процессы регрессии сосудов
- •2.3.4. Гистогенез стенки аорты человека (раздел написан с участием м.Д.Рехтера и в.А.Колпакова)
- •2.3.5. Гистогенез эндотелия аорты крысы в постнатальном онтогенезе (раздел написан с участием о.А.Салапиной)
- •2.4. Механизмы формирования кровеносного русла некоторых органов в эмбриогенезе
- •2.4.1. Васкуляризация мозга
- •2.4.2. Васкуляризация сердца
- •2.4.3. Васкуляризация надпочечников
- •2.4.4. Формирование внутриорганного сосудистого русла в плаценте
- •2.4.5. Васкуляризация конечностей
- •2.4.6. Васкуляризация почек
- •2.4.7. Закономерности организации и формирования внутриорганного кровеносного русла большого сальника (раздел написан совместно с а.В.Кораблевым)
- •2.5. Резюме
- •Глава 3 развитие сосудистого эндотелия в филогенезе
- •3.1. Простейшие
- •3.2. Черви
- •3.3. Моллюски
- •3.4. Позвоночные
- •3.5. Резюме
- •Глава 4 морфологические механизмы роста новых сосудов
- •4.1. Последовательность явлений
- •4.1.1. Механизмы образования просвета нового сосуда
- •4.1.2. Механизмы образования сосудистых сетей
- •4.2. Строение и проницаемость новообразованных сосудов
- •4.2.1. Топический анализ субмикроскорической организации растущих сосудов
- •4.3. Резюме
- •Глава 5 регуляция ангиогенеза
- •5.1. Оценка ангиогенной активности
- •5.2. Индукторы ангиогенеза
- •5.2.1. Стимуляторы ангиогенеза
- •5.2.1.1. Характеристика основных са пептидной природы
- •5.2.2. Ангиогенная активность различных клеток и тканей
- •5.2.2.1. Эндотелиоциты как источники са
- •5.2.3. Стимуляторы ангиогенеза в опухолях
- •5.2.4. Механизмы действия индукторов ангиогенеза
- •5.2.5. Ангиогенез и воспаление
- •5.2.5.1. Гепарин - естественный модулятор ангиогенеза
- •5.2.6. Неспецифические ангиогенные факторы
- •5.3. Роль внеклеточного матрикса в ангиогенезе
- •5.3.1. Участие в регуляции ангиогенеза окружающих тканей
- •5.4. Влияние на ангиогенез механических факторов
- •5.4.1. Моделирование ангиогенеза при растяжении тканей (раздел написан с участием м.Д.Рехтера и с.В.Филиппова)
- •5.5. Управление процессами ангиогенеза (раздел написан с участием о.Ю.Гуриной)
- •5.6. Ингибиторы ангиогенеза
- •5.6.1. Механизмы действия ингибиторов ангиогенеза
- •5.6.2. Ангиостатнческие стероиды - новый класс иа
- •5.7. Резюме
- •Глава 6 особенности ангиогенеза в различных условиях
- •6.1. Физиологический (циклический) ангиогенез
- •6.1.1. Закономерности ангиогенеза
- •6.2. Регенерационный ангиогенез
- •6.2.1. Развитие и рост сосудов при заживлении ран
- •6.2.2. Особенности ангиогенеза при заживлении кожных ран . В условиях воздействия жидкой среды и некоторых ферментов (раздел написан с участием т.В.Ершовой)
- •6.2.3. Регенерация кровеносных сосудов париетальной брюшины при инкапсуляции инородного тела
- •6.3. Коллатеральный ангиогенез
- •6.4. Реактивный (адаптационный) ангиогенез
- •6.4.1. Реактивный (рабочий) ангиогенез в скелетных мышцах (б.С.Шенкман и т.Л.Немировская)
- •6.5. Опухолевый ангиогенез
- •6.5.1. Методы изучения опухолевого ангиогенеза
- •6.5.2. Механизмы роста сосудов при опухолевом ангиогенезе
- •6.5.3. Морфология прорастающих в опухоль сосудов
- •6.5.4. Морфологические особенности сосудистого русла опухолей
- •6.5.5. Причины хаотичного роста сосудов в опухолях
- •6.6. Моделирование ангиогенеза in vitro
- •6.6.1. Значение экспериментов с моделированием ангиогенеза in vitro
- •6.7. Резюме
- •Глава 7 репаративный ангиогенез
- •7.1. Восстановление эндотелия
- •7.2. Интрамуральный ангиогенез (раздел написан с участием с.Л.Вялова)
- •7.3. Регенерация эндотелия in vitro
- •7.4. Взаимодействие эндотелия и гмк
- •7.5. Регенерация эндотелия в патологии
- •7.6. Регенерация гладких мышечных клеток (раздел написан с участием м.Д.Рехтера и о.А.Бауман)
- •7.7. Резюме
- •Вместо заключения
- •Использованная литература
- •60Х90 1/16. Усл. Печ. Л. 12,5. Тираж 2500 экз.
- •101882, Москва, Петроверигский пер., 6/8
2.2. Ранние этапы образования и развития кровеносных сосудов в эмбриональном периоде
Сосудистая система в эмбрионе начинает развиваться тогда, когда процессы диффузии не могут обеспечить метаболические требования пролиферирующих клеток. На этой стадии экстраэмбриональное боковое скопление мезодермальных клеток (они носят название гемангиобластов и находятся в тесном контакте с энтодермой стенки желточного мешка) в висцеральной (спланхноплевральной) мезодерме начинает дифференцироваться с образованием изолированных кластеров клеток. Эти кластеры дают начало центрально расположенным КРОВЯНЫМ ОСТРОВКАМ, которые формируют примитивные клетки крови (эритробласты). Напротив, клетки, расположенные на периферии, уплощаются и начинают детерминироваться в сторону образования ЭК. Эти клетки из прилежащих клеточных кластеров устанавливают контакты друг с другом с помощью отростков, а затем после слияния в монослой дают начало мелким желточным сосудам. Ангиобластические кластеры и тяжи, ведущие свое происхождение из мезодермы на боковых сторонах эмбриона, дают начало выстланным ЭК сосудам, лишенным кровяных островков (355) (рис.1.I).
Вторым шагом в развитии сосудистой системы является ВАСКУЛОГЕНЕЗ - развитие кровеносных сосудов из in situ дифференцирующихся эндотелиоцитов кровяных островков. Кровяные островки растут и сливаются, что приводит к образованию так называемого ПЕРВИЧНОГО КАПИЛЛЯРНОГО СПЛЕТЕНИЯ. Очень важным является вопрос, есть ли процесс васкулогенеза в самом теле зародыша. Последние работы с трасплантационными химерами и специфическими моноклональными антителами (316, 317) убедительно продемонстрировали, что кровеносные сосуды действительно дифференцируются in situ в теле зародыша. Малочисленность внутриэмбриональных кровяных островков свидетельствует о том, что увеличение числа эндотелиоцитов здесь достигается путем интенсивной пролиферации в большей степени, чем за счет дифференцировки in situ. Кроме того, дифференцировка ЭК in situ в теле зародыша происходит без параллельной конкурентной дифференцировки клеток крови (356).
Во время формирования энтодермы сосудистая зона в эмбрионе подразделяется на две концентрические зоны: внутреннюю прозрачную: area pellucida, непосредственно окружающую эмбрион, и более наружно расположенную менее прозрачную: area opaca. Энтодерма этих зон существенно различается не только по своей структуре, но и по своему происхождению. Если непрозрачная зона происходит из зародышевой стенки, то прозрачная формируется путем инвагинации через первичную полоску. Граница между зонами прослеживается четко. В мезодерме сосудистой зоны, лежащей поверх энтодермы, можно заметить существенные различия в распределении сосудов между прозрачной и плотной зонами. В последней сосуды имеют множественные ветвления. Напротив, в прозрачной зоне ветвлений почти не обнаруживается. Граница между двумя типами строения сосудистого русла соответствует границе между областями энтодермы.
С помощью QH1 антител показано, что механизмами формирования сосудов в плотной зоне являются как образование сосудистых выростов, так и удлинение сосудов без образования почек роста. Предполагается (355), что дифференцировка ангиобластов и васкулогенез связаны (или индуцируются) с энтодермой, тогда как ангиогенез является определяющим механизмом развития сосудистой системы тех тканей и органов, которые свободны от производных энтодермы. Однако проверка этого предположения при культивировании in vitro и на хориоаллантоисной мембране не обнаружила ангиогенных свойств энтодермы сосудистой зоны (147).
Итак, спланхноплевральный листок индуцирует формирование 1) ЭК, 2) остеокластов красного костного мозга, 3) кровяных островков или групп гемопоэтических клеток в дорзальной брыжейке. Напротив, соматоплевра (эктодерма+мезодерма) или соматоплевральная мезодерма не обладает свойствами индуцировать образование гемопоэтических или ЭК. Способность индуцировать ангиогенез распределена широко по всей спланхноплевральной мезодерме, тогда как способность индуцировать гемопоэз ограничена в эмбрионе близким соседством к дорзальной аорте от уровня приблизительно 10-го сомита и каудальнее (127). Способы образования кровеносных сосудов в эмбрионе схематично представлены на рис.2.
Тип мезодермальных тканей, образуемых в изолированной эктодерме, зависит от концентрации так называемых вегетализирующих факторов. При высоких концентрациях формируются мышцы и хорда, а при низких - кровяные островки, кроветворные стволовые клетки и эндотелий. Индуцирующими потенциями обладают щелочной и кислый факторы роста фибробластов (ФРФ), трансформирующие факторы-бета 1 и 2 (228).
Скопления и тяжи внутриэмбриональных клеток-предшественников ЭК появляются по бокам и близко от средней линии эмбриона и параллельно ей. Сначала между клетками образуется просвет, а затем формируется пара продольно расположенных сосудов - дорзальные аорты, которые затем соединяются с сердцем. Отток венозной крови в раннем эмбрионе обеспечивается передней и задней кардинальными венами, которые также развиваются in situ и анастомозируют с сердцем с помощью капиллярных выростов. Вместе взятые, эти элементы формируют примитивную сосудистую систему раннего эмбриона. Пустые микрососуды в теле эмбриона анастомозируют с капиллярами в плотной зоне и вторично заполняются эритробластами из сосудов желточного мешка.
В желточном мешке ЭК и предшественники эритробластов имеют общее происхождение и называются ГЕМАНГИОБЛАСТАМИ. Предшественники ЭК, которые не связаны с образованием гемопоэтических стволовых клеток, называются АНГИОБЛАСТАМИ. В теле эмбриона скопления клеток, образующиеся в тесной связи с аортами, рассматриваются в качестве источника дефинитивных гемопоэтических стволовых клеток, однако до сих пор не ясно, имеют эти кластеры и ЭК общее или раздельное происхождение.
Процессы васкуло- и ангиогенеза идут параллельно как при образовании вне- и внутриэмбриональных кровеносных сосудов, так и в последующем при органогенезе. В отдельных частях зародыша: в боковой пластинке, головной мезодерме - формируются изолированные от имеющихся сосудов пузырьки, состоящие из ЭК. Во время роста сосудистые почки сливаются с этими пузырьками. Наряду с этим в состав эндотелиальной выстилки кровеносных сосудов встраиваются образующиеся in situ инвазивные ангиобласты (рис.2 В) (307). Все это приводит к тому, что уже в течение первых двух - трех дней эмбрион трансформируется из бессосудистой структуры в организм, в котором каждая ткань обеспечена кровеносными сосудами и примитивными капиллярными сплетениями. Одновременная дифференцировка и тесная связь клеток крови и ЭК в кровяных островках свидетельствуют, что эти клетки имеют общую стволовую клетку. Об этом также говорит и получение антител, реагирующих как с ЭК, так и с клетками крови. Однако прямые доказательства данной гипотезы пока отсутствуют (356).
На самых ранних стадиях развития зародыша все части бессосудистой внутриэмбриональной мезодермы могут стать источником образования ЭК (431). Так, если пересадить эмбриональные стволовые клетки в брюшинную полость мышей, то там образуются первичные капиллярные сплетения (352).
Факт образования кровяных островков доказан экспериментально in vitro. При выращивании в культуре ткани суспензии эмбриональных стволовых клеток, которые были получены прямо из мышиного бластоциста, происходило образование цистоидных эмбриональных телец, содержащих клетки крови. Этот процесс стимулировался сывороткой, полученной из пупочного канатика. Если пересадить эмбриональные стволовые клетки сингенным мышам интраперитонеально, то образуются более или менее дифференцированные кровеносные сосуды. А при пересадке цистоидных телец или агрегатов эмбриональных стволовых клеток на хориоаллантоисную мембрану, они вызывают стандартный ангиогенный эффект (356).
Доказано, что ангиобласты, развивающиеся в эмбрионе, полностью отделены от желточного мешка (341). Дифференцировка ангиобластов в головной области эмбриона ограничена околоосевой и боковой мезодермой, так что цефалическая область вначале свободна от ангиобластов (110). Ангиобласты найдены во всей внутриэмбриональной мезодерме за исключением хорды и прехордальной пластинки в начале сомитогенеза. Они являются высоко инвазивными и движутся через эмбриональную мезодерму во всех направлениях. Эти подвижные клетки могут срастаться друг с другом или внедряться в эндотелиальные цисты или каналы и тем самым способствовать удлинению сосудов. Процесс миграции стимулируется энтодермой. Места формирования периферических эндотелиальных тяжей определяются окружающей мезенхимой (308).
Предшественники ЭК в большом количестве обнаружены и в зачатках различных органов. Так, зачаток конечности колонизирован экзогенными предшественниками ЭК. Скорость колонизации зависит от миграционной активности ангиобластов, которые позднее подвергаются морфогенезу и формируют сосуды. Кроме центрифугальной миграции ЭК доказано существование процессов центропетального внедрения ЭК, например, в стенки сосудов. В этом случае из дистальных участков мезенхимы ЭК могут перемещаться к аорте и встраиваться в нее. Этот процесс меньше выражен в венах (102).
ЭК в артериях в процессе дифференцировки плода активно мигрируют и в пределах пласта (не по току крови и не в окружающей ткани). Если инъецировать синтетический пептид GRGDS, напоминающий фибронектин и содержащий RGD-группировки, то миграция ЭК резко уменьшается (102). В процессе эмбрионального развития миграция и пролиферация предшественников эндотелиальных клеток приводит к экспрессии фибронектина, затем ЭК начинают секретировать ламинин и тем самым инициируют дифференцировку примордиальных сосудов (353).
Таким образом, формирование сосудов может происходить не только из местных клеток, но и из ангиобластов, мигрирующих из других участков зародыша. Эти два процесса названы соответственно ВАСКУЛОГЕНЕЗОМ 1-го и 2-го ТИПА. В образовании различных органов определяющими являются разные типы васкулогенеза. К примеру, дорзальная аорта формируется с помощью васкулогенеза первого типа; эндокард, вентральные аорты и задняя кардиальная вена - с использованием васкулогенеза второго типа (333).
Следовательно, в процессе эмбрионального ВАСКУЛОГЕНЕЗА можно выделить несколько стадий: 1) коммитирование мезодермальных клеток, 2) движение ангиобластов, 3) группирование эндотелиальной ткани, 4) рост кровеносных сосудов, который включает удлинение, ветвление, слияние с близлежащими сосудами и формирование открытого просвета (308).
Последовательность событий, задействованных в процессах формирования сосудистой системы в период раннего пренатального онтогенеза, суммирована в таблице №2.
Таблица 2.
Ранние стадии развития человека в соотношении с развитием сосудистой системы (по 196)
Размер зародыша (мм) |
Дни после оплодотворения |
Характеристика зародыша |
Стадии развития сосудистой системы |
0,7 |
19 |
Примитивная полоска |
Образование кровяных островков и сегментов эндотелия. Васкуляризация желточного мешка |
НЕЙРУЛА |
|||
1,5 |
20 |
Пресомитная нейрула |
|
2,0 |
22 |
Затылочные сомиты
Шейные сомиты |
Образование первичного миокарда предсердий и двух пар трубок: дозальной – рудимента дорзальной аорты и вентральной – рудимента вентральной аорты |
3,3 |
27 |
Грудные сомиты (13-20) |
Образование первичного миокарда желудочков |
3,5 |
28 |
Грудные сомиты (21-24) |
Верхние концы трубочек сливаются и позднее формируют дуги аорты |
ХВОСТОВАЯ ПОЧКА |
|||
3,8-4,0 |
29-30 |
Поясничные сомиты (25-29) |
Присутствуют первые три дуги аорты. Появляется менингеальное сплетение |
4,3 |
31 |
Крестцовые сомиты (30-32) |
Прерывистость первой дуги аорты. Парные аорты сливаются |
4,6 |
32 |
Крестцовые сомиты (33-34) |
Появляется четвертая дуга аорты. Вторая исчезает. |
4,8-5,0 |
33-34 |
Хвостовые сомиты (35-38) |
5-я и 6-я дуги аорты различимы в сплетении небольших сосудов. Завершение образования вен сердца. Формирование примордиальных атриовентркулярных клапанов |
ЭМБРИОН |
|||
6,0 |
35-37 |
Конец образования сомитов |
Образование примордиального артериального протока и легочной артерии |