Циклическое сжатие и расширение лимфатических сосудов окружающими тканями и прирожденные силы насосов, генерируемые с помощью спонтанных фазовых сокращений гладкомышечных клеток, регулирует продвижение лимфы (Zawieja, 2009). Источник лимфатических гладкомышечных клеток неизвестен, но они содержать сократительные белки гладких и поперечно исчерченных мышц и тем самым отличаются гладкомышечных клеток артериол (Muthuchamy et al., 2003). Nitric oxid, гормоны и prostanoids контролируют сокращения гладкомышечных клеток (Zawieja, 2009). У амфибий и рептилий специализированные пульсирующие мышечные органы или лимфатические сердца, расположенные в местах соединения лимфатической и венозной систем, контролируют ток лимфы (Kampmeier, 1969).
Развитие лимфатических сосудов нуждается в трансдифференцировке венозных эндотелиальных клеток в направлении лимфатического эндотелиального фенотипа, разделении кровеносных и лимфатических сосудов, врастании лимфатических сосудов и созревании лимфатических сосудов (Рис. 2 А). Более 20 генов контролируют этот процесс у мышей (Табл. 1).
Establishment of LEC identity and lymphatic sprouting
Лимфатические сосуды происходят от предсуществующих кровеносных сосудов. Отслеживание клонов Srinivasan et al. (2007) продемонстрировало венозное происхождение лимфатических сосудов млекопитающих, как и предполагалось ранее (Sabin, 1902; Kaipainen et al., 1995). Венозное происхождение LECs было подтверждено на Xenopus laevis и рыбках данио, путем получения картин в реальном времени, следовательно, оно эволюционно законсервировано (Ny et al.,2005; Yaniv et al., 2006; Hogan et al., 2009a).
У мышей LECs впервые специфицируются в передней кардинальной вене примерно на ст. Е9.5, когда субнабор венозных эндотелиальных клеток экспрессирует транскрипционный фактор Prox1, а лимфатические сосуды гиалуроновый рецептор-1 (LYVE-1) противоположным способом (Рис. 2В). Мыши Prox1-/- не формируют лимфатических структур, поскольку неспособны отпочковывать и распространять LECs (Wigle and Oliver, 1999). Транскрипционный фактор Sox18 индуцирует экспрессию Prox1, а мыши Sox18-/- обнаруживают отеки из-за блокады развития LECs в вене в определенных генетических условиях (Francois et al., 2008). Исследования in vitro продемонстрировали связывание SOX18 с с промотором гена Prox1 и показали, что PROX1 может обеспечивать лимфатические характеристики кровеносным эндотелиальным клеткам (ВЕСs; Hong et al., 2002; Petrova et al. 2002; Francois et al., 2008). Т.о., Sox18 и Prox1 являются важной сигнальной осью для спецификации LECs. Ядерный рецептор Coup-TFii (Lin et al., 2010; Srinivasan et al., 2010) обладает очень ранней ролью в развитии в качестве фактора венозных характеристик, но он также непосредственно взаимодействует с Prox1 (Lee et al., 2009; Yamazaki et al., 2009) и регулирует экспрессию генов, специфичных для LEC, таких как neuropilin-2 (Nrp2, Lin et al., 2010).
Prox1/LYVE-1-позитивные клетки отпочковываются и мигрируют дорсолатерально от центральных вен. Они последовательно образуют первые bona fide лимфатические структуры ( jugular лимфатические мешки) в регионах, где лимфангиогенный ростовой фактор Vegf-c предоставляется латеральной мезодермой (Рис. 2 А; Karkkainen et al., 2003). Этот процесс осуществляется в нескольких позициях вдоль передне-задней оси раннего эмбриона и приводит к формированию jugular, medial и axial лимфатических мешков, которые в дальнейшем дадут первичные капиллярные сплетения (Sabin, 1902). Vegf-c является критическим для этого процесса: Vegfc-/- мыши лишены всех лимфатических структур и даже обнаруживают лимфатическую гипоплазию (Karkkainen et al., 2003). Реакция врастания LECs на VEGF-C обеспечивается с помощью рецепторной тирозин киназы VEGFR-3 и её несигнального трансмембранного корецептора Nrp2 (Рис. 2С). Nrp2 экспрессируется на высоком уровне в лимфатических капиллярах и интернализуется вместе с VEGFR-3 после стимуляции ДУСы с помощью VEGF-C и VEGF-D (Karpanen et a;., 2006a). Nrp2 важен для врастания капилляров, но безразличен для формирования лимфатических мешков (Yuan et al., 2002; Xu et al., 2010), Vegfr-3 первоначально экспрессируется также в BECs, но становится ограниченным в основном LECs после Е10.5. Передача сигналов Vegfr-3 зависит от взаимодействия с claudin-подобным белком Cjp24 и от интернализации рецептора, процесса, нуждающегося в ephrin-B2 (Saharinen et al., 2010; Wang et al., 2010). Интересно, что комбинированная делеция Vegfr-3, лигандов Vegfc и Vegfd у мышей не фенокопирует инактивацию Vegfr3, подчеркивая тем самым независимую от лигандов функцию Vegfr-3 (Haiko et al., 2008). Отделение LECs от вен нуждается в киназной активности Vegfr-3, тогда как делеция в Vegfr3 лиганд связывающего домена не нарушает формирования лимфатического мешка (Рис. 2 А-С; Zhang et al, 2010). Протеолитически видоизмененный VEGF-C взаимодействует также с VEGFR-2, который экспрессируется лимфатическим эндотелием. Однако активация только Vegfr-2 способствует увеличению лимфатических сосудов, но не их врастанию (Wirzenius et al., 2007). VEGF-C индуцирует образование VEGFR-2.МУПАК-3 гетеродимеров на ангиогенных кончиках клеток, указывая тем самым, что гетеродимеризация VEGFR-3 с VEGFR-2 может вносить вклад в лимфангиогенное разрастание (Nilsson et al., 20010). Специфичная для эндотелия потеря Rho GTPase Rac1 ведет к аномально тесной ассоциации лимфатических мешков и кардинальных вен, указывая, что она также регулирует отделение LEC от вен (D'Amico et al., 2009). Интересно, что постнатальное развитие лимфатических сосудов в органах иных, чем кожа является Vegf-с/Vegfr-3 независимым, а внутренние лимфатические капилляры возобновляют рост у мышей с мутантным Vegfr3 или после истощения Vegf-c (Karkkainen et al., 2001; Makinene et al., 2001; Karpanen et al 2006b).
У рыбок данио секретируемый белок Ccbe1 контролирует лимфатическое разрастание (sprouting) от вен и его функция законсервирована, поскольку мутации CCBE1 вызывают у человека синдром лимфатической дисплазии (Alders et al., 2009; Hogan et al., 2009а). Венозное происхождение LECs и консерватизм функции VEGF-C, VEGFR-3 и CCBE1 (Karkkainen et al., 2000, 2003; Ny et al., 2005; Kuchler et al., 2006; Yaniv et al 2006; Alders et al., 2009; Hogan et al., 2009 a.b) четко подкрепляют общее происхождение сосудистой лимфатической системы позвоночных. Тем не менее, по-видимому, существуют различия между поведением LEC у млекопитающих и рыбок данио: у мышей лимфатическое разрастание происходит после того как сформируются вены, тогда как у рыбок данио венозные отростки и лимфатические предшественники возникают из кардинальной вены одновременно (Bussmann et al., 2010). Половина из этих венозных отростков соединена с межсегментными сосудами, чтобы сформировать вены, тогда как остальные отростки отделяются от вены и мигрируют в направлении области горизонтальной мышечной перегородки, содержащей пул будущих LECs. Эти клетки наз. парахордальными лимфангиобластами, мигрируют вдоль артерий или дорсально, чтобы сформировать межсегментные лимфатические сосуды, или вентрально, чтобы сформировать торакальный проток (Bussmann et al., 2010; Geudens et al., 2010). Спустя 5 дней после оплодотворения устанавливается функциональная лимфатическая система в туловище рыбок данио, способная к восприятию субстанций от интерстициума и к транспорту лимфы в венозную систему (Kuchler et al., 2006; Yaniv et al., 2006). Используя рыбок данио, была продемонстрирована роль передачи сигналов Notch/Dll4 в ведении LECs вдоль артерий (Geudens et al., 2010) и может существовать более ранняя роль Notch на уровне венозных отростков (Liao et al., 2010). Потеря артериального регулятора synectin также нарушает развитие лимфатической системы рыбок данио (Hermans et al., 2010).
Hematopoietic cells and lymphatic vascular development
У млекопитающих лимфатические и кровеносные сосуды соединены только в немногих определенных местах, где лимфа возвращается обратно в кровообращение. Тромбоциты важны для удержание обеих сосудистых систем в отдалении (Табл. 1): истощение тромбоцит ов или нарушение агрегации тромбоцитов ведет к аномальным лимфо-венозным соединениям и к заполнению кровью лимфатических сосудов (Ichise et al., 2009; Bertozzi et al., 2010; Carramolino et al., 2010; Suzuki-Inoue et al., 2010; Uhrin et al., 2010). В соответствии с современной моделью тромбоциты агрегируют с местах коммуникаций между кардинальной веной и лимфатическим мешком и окружают плотным кольцом лимфатические сосуды от вен (Рис. 2, А и D). Агрегация тромбоцитов инициируется с соединения O-glycosylated мукопротеина podoplanin, экспрессируемого в LECs, с Сдус-2 рецептором на тромбоцитах (Bertozzi et al., 2010; Uhrin et al., 2010). Clec-2 далее индуцирует каскады передачи внутриклеточных сигналов, обеспечиваемые селезеночной тирозин киназой (Syk), Slp76 и PLC-γ2, которые затем приводят к формированию кровяного сгустка, который отделяет вену от лимфатического мешка (Ichise et al., 2009; Bertozzi et al., 2010; Suzuki-Inoue et al., 2010).
Помимо тромбоцитов миелоидные клетки регулируют морфогенез лимфатических сосудов. Мыши с макрофагами, дефицитными по
PU.1-/- и Csfr1-/-, обнаруживают гиперпластические дермальные лимфатические капилляры, подтверждая, что макрофаги ограничивают пролиферацию LECs (Gordon et al., 2010). Напротив аномальное накопление миелоидных клеток, продуцирующих высокие уровни цитокинов и VEGF-D, вызывает образование дермальных лимфатико-венозных шунтов у
Syk-/- мышей (Bohmer et al., 2010). Сходные механизмы, скорее всего, играют роль у
Angptl4-/- мышей, у которых избыточная активация макрофагов с помощью chylomicrons может быть ответственна за слияние кишечных кровяных и лимфатических сосудов (Backhed et al., 2007; Lichtenstein et al., 2010).
Lymphatic vascular remodeling and maturation
Начиная с Е15.5 лимфатическая сосудистая сеть преобразуются в лимфатические капилляры, предсобирающие и собирающие лимфатические сосуды (Рис. 2 А). У мышей временная активация forkhead транскрипционного фактора Foxc2 является первым признаком образования собирающих лимфатических сосудов (Norrmea et al., 2009). Лимфатические клапаны продолжают экспрессировать высокие уровни Foxc2 и Prox1 в ходе всего развития и у взрослых. LECs в каждом данном лимфангионе снижают экспрессию Prix1, Vegfr-3, LYVE-1 и Ccl21, секретируют компоненты базальной мембраны и приобретают покрытие из гладкомышечных клеток (Makinen et al., 2005; Norrmen et al 2009). В отсутствие Foxc2 переход от капилляров к фенотипу собирающих лимфатических сосудов и образование лимфатических клапанов арестовано (Petrova et al., 2004; Norrmen et al., 2009). Связанные с FOXC2-энхансеры в LECs окружаются местами связывания ядерного фактора активированных Т клеток (NFAT), а фармакологическое ингибирование NFAT активации приводит к дефектам формирования паттерна, напоминающим фенотипы Foxc2-/- (Norrmen et al., 2009). Это указывает на то, что Foxc3 и NFAT пути кооперируют в становлении собирающих лимфатических сосудов.
Передача сигналов Ephrin-Eph существенна для эмбрионального ангиогенеза, а целенаправленная инактивация у мышей ephrin-B2 или его рецептора EphB4 ведет к аномальному образованию кровеносных сосудов (Adams and Eichmann, 2010). Обратная передача сигналов посредством PDZ сайтов взаимодействия ephrin-В2 также необходима созревания собирающих лимфатических сосудов (Makinen et al., 2005). У мышей присутствие мутации в этом PDZ сайте взаимодействия ephrin-B2 предупреждает образование клапанов и ведет к постоянной экспрессии LYVE-1 в презумптивных собирающих сосудах. Такие мутантные мыши обнаруживают также дефекты срастания лимфатических капилляров, которые приобретают эктопическое покрытие из гладкомышечных клеток (Makinen et al., 2005).
Интегрин α9 и его лиганд фибронектин (FN), содержащий EIIIA домен (FN-EIIIA) контролируют поздние ступени образования лимфатических клапанов (Bazigou et al., 2009). Интегриновый α9-β1 комплекс соединяется с FN-EIIIA, tenascin и osteopontin in vitro и регулирует организацию FN-EIIIA микрофибрилл. Потеря интегрина α9 предупреждает удлинение створок клапанов, что ведет к образованию кольцеобразных сужений, которые неспособны предупредить обратный ток лимфы (Bazigou et al., 2009). Fn-EIIIA-/- мыши имеют сходный фенотип, демонстрируя, что FN-EIIIA физиологически соответствует лиганду интегрина α9 (Bazigou et al., 2009).
Tie1 и Tie2 эндотелиальные рецепторные тирозин киназы существенны для ремоделирования кровеносных сосудов, созревания и стабилизации и они также контролируют развитие лимфатических сосудов. Мыши, гипоморфные по Tie1 обнаруживают гипоплазию LEC и аномальное ремоделирование лимфатических мешков, тогда как мыши, дефицитные по одному из Tie2 лигандов, angiopoietin-2, обнаруживают нарушение ремоделирования лимфатических сосудов и отсутствие клапанов (Gale et al., 2002; Dellinger et al., 2008; D'Amico et al., 2010). Активация Tie2 индуцирует phosphoinositide (PI) 3-kinase и передачу сигналов Akt
in vitro и в соответствии с этими наблюдениями, мутации компонентов в некоторых PI3-киназных путях или потеря Akt1 ведут к дефектам ремоделирования лимфатических сосудов (Gupta et al., 2007; Mouta-Bellum et al., 2009; Zhou et al., 2010). Рыбки данио
tie2-/- сохраняют нормальный лимфангиогенез. Однако перекрываемость с Tie1 необходимо исследовать (Gjini et al., 2011).
Pathological lymphatic vascular morphogenesis
Роль лимфатических сосудов в метастазировании опухолей и в воспалении хорошо известна (Sleeman et al., 2009; Tammela and Alitalo, 2010). Здесь рассмотрим влияние на синдромы лимфатических отеков у человека.
Hereditary lymphedema syndromes
Дисфункция лимфатических сосудов приводит к прогрессирующему накоплению богатой белком интерстициальной жидкости и образованию отёков без возникновения ямки при надавливании (nonpitting) или лимфостаза (lymphedema) (Рис. 3). Это хроническое подтачивающее силы заболевание , связанное с повышенной локальной чувствительностью к инфекции и некоторым раковым опухолям, таким как ангиосаркома. Лимфатический отек может быть врожденным (первичный лимфатический отек), но в обычно вызывается неустранимыми повреждениями собирающих лимфатических сосудов или лимфатических узлов во время хирургии или облучения по поводу рака (вторичный лимфатический отек) (Rockson. 2001; 2008; Tammela and Alitali, 2010).
Наследственный лимфатический отёк редкое генетическое нарушение, которое может развиться in utero, у новорожденных или чаще всего годы или декады спустя после рождения (Рис. 3 и Табл. II). Миссенс мутации в VEGFR-3 в тирозин киназном домене вызывают болезнь Milroy, которая характеризуется недоразвитыми и нефункциональными кожными лимфатическими сосудами (Karkkainen et al., 2000; Mellor et al., 2010). Мутации в рецессивном гене CCBE1, как было установлено, контролируют лимфатическое разрастание у рыбок данио (Hogan et al., 2009a), они были также идентифицированы у ряда пациентов с синдромом Hennekam, у которых развивается лимфатический отек конечностей, расширенные кишечные лимфатические сосуды, умственная отсталость и лицевые аномалии (Alders et al., 2009). Лимфатические капилляры тонкого кишечника уменьшены также в числе и аномально расположены, указывая на то, что дефекты функции лимфатических капилляров являются причиной синдрома.
Мутации потери функции в FOXC2 вызывают lymphedema-distichiasis синдром (LD), который характеризуется поздним началом лимфатического отека и двойным рядом век (distichiasis; Fang et al., 2000). Мутации избыточности функции в FOXC2 обнаруживаются у пациентов с лимфатическими отеками, но ассоциации этих мутаций с двойными веками ждут дальнейших исследований (van Steensel et al., 2009). Плотность лимфатических сосудов нормальная или увеличенная у пациентов с LD; однако лимфатический транспорт неэффективен из-за обратного заброса лимфы, скорее всего обусловленного нефункциональностью лимфатических клапанов. Пациенты с LD также обнаруживают венозный reflux, указывающий на общий механизм морфогенеза венозных и лимфатических клапанов (Brice et al., 2002; Mellor et al., 2007).
Доминантно-негативные мутации в SOX18 обнаруживаются при синдроме hypotrichosis-lymphedema-telangiectasia (HLT), который характеризуется редкими волосами, опуханием ног и расширением мелких кровеносных сосудов. Исходя из сходства фенотипов с мышами, дающими доминантно-негативную форму Sox18, HLT пациенты скорее всего имеют гипоплазию лимфатических капилляров (Irrthum et al., 2003; Francois et al., 2008). Новыми причинами наследственного лимфатического отека являются мутации в белке щелевых соединений GJC2 и протеин тирозин фосфатазе PTPN14 (Au et al., 2010; Ferrell et al., 2010). ПОС2 экспрессируется на высоком уровне в олигодендроцитах, а рецессивные мутации потери функции в ПОС2 вызывают наследственную Pelizaeus-Merzbacher-подобную болезнь, которая характеризуется демиелинизацией ЦНС. Учитывая доминантный характер
GJC2 мутаций при лимфатическом отеке, предполагается, что мутантные белки могут оказывать доминантно-негативный эффект или на остальные дикого типа GJC2 молекулы или др. коннексины. Ряд
Ptpn14-дефицитных мышей имеет гиперпластическую лимфатическую сосудистую сеть и, по-видимому, роль PTPN14 заключается в ограничении активации Vegfr-3 (Au et al., 2010).
Lymphangioleiomyamatosis (LAM)
LAM редкое заболевание легких, затрагивающее женщин чадородного возраста, характеризуется пролиферацией клеток, подобных гладкомышечным, и лимфатических сосудов, а также формированием легочных кист. LAM может также появляться при axial lymphatics и ассоциироваться с доброкачественной опухолью почек ангиомиолипома (Seyama et al., 2010). Происхождение гладкомышечных клеток при LAM повреждениях неизвестно, но они отвечают на эстроген и экспрессируют множественные хемокиновые рецепторы и лимфангиогенные факторы роста VEGF-C и VEGF-D, это может объяснить высоко метастатическое поведение LAM клеток и их тесную ассоциацию с лимфатическими сосудами (Pacheco-Rodriguez et al., 2009; Yu et al., 2009). LAM является доброкачественным новообразованием. Однако LAM клетки часто диссеминируют по лимфатическим сосудам в удаленные места, где они могут блокировать лимфатическую функцию, вызывая скопление лимфы в грудной клетке и брюшной полости и лимфатический отек. Кистозная деструкция паренхимы легких со временем нарушает легочную функцию, которая в конечном итоге может быть восстановлена только пересадкой легких (Seyama et al., 2010).
Киназа mammalian target of rapamycin (mTOR) играет центральную роль в интеграции ростовыми факторами активированных передач сигналов. Её аномальная активация скорее всего вызывает LAM, поскольку пациенты с мутациями в зародышевой линии генов mTOR repressor tuberosis sclerosis complex-1 и -2 (TSC1 и TSC2) и обнаруживают болезнь. Соматическая биаллельная потеря
TSC2 происходит в спорадических случаях LAM (Carsillo et al., 2000; Sato et al., 2002). В согласии с этими находками обнадеживающие результаты, наблюдаемые у пациентов, леченных ингибиторами mTOR (Glasgow et al., 2010). Учитывая тесную ассоциацию LAM клеток с лимфатическими сосудами и лимфатическим способом диссеминации в комбинации с блокадой mTOR в качестве антилимфангиогенной терапии кажется разумным дальнейшая разработка более лучшего лечения этой болезни.
Gorham disease (GD).
GD редкое заболевание неизвестной этиологии, характеризующееся резорбцией кости и локальной сосудистой пролиферацией. Болезнь часто осложняется системной дисфункцией лимфатических сосудов, такими как chylothorax и хилёзный асцит (Radhakrishnan and Rockson, 2008). Эндотелиальные клетки в этих повреждениях скорее всего LEC происхождения, т.к. они экспрессируют LEC маркеры LYVE-1 и podoplanin, VEGFR-3 увеличен в 50% сосудов (Hagendoorn et al., 2006). Не эндотелиальные клетки из GD повреждений напоминают незрелые остеокласты; они секретируют цитокины и ангиогенные факторы и высоко инвазивны и могут т. о. вносить вклад в прогрессирование болезни (Colucci et al., 2006). Более того, предшественники GD остеокластов обнаруживают повышенную чувствительность к гуморальным факторам, способствующим образованию остеокластов и резорбции кости (Hirayama et al., 2001). В целом клиническая картина подчеркивает интригующую связь между ДУС пролиферацией и активацией остеокластами обеспечиваемой резорбции кости; пока нет гена кандидата на роль причины GD.
Kaposi sarcoma (KS): a case of mixed identity
KS является опухолью, вызываемой вирусом герпеса человека 8 (HHV8 или KS-associated herpes virus [KSHV]). Повреждения состоят из веретено-образных опухолевых клеток, протекающих и высоко пролиферативных сосудов, выходящих из сосудов эритроцитов и воспалительного инфильтрата (Mesri et al., 2010). KS клетки экспрессируют маркеры как кровеносных (CD34 и CXCR4) и LEC клонов (VEGFR-3, LYVE-1 и podoplanin). Интересно, что инфекция KSHV клеток BECs сдвигает профиль транскрипции в направлении ДУС фенотипа, тогда как инфекция KSHV LECs индуцирует транскрипционное репрограммирование в направлении фенотипа, больше похожего на BEC (Hong et al. 2004; Wang wt al., 2004).
Главные латентные вирусные транскрипты, экспрессируемые KS клетками, включают latency-ассоциированный ядерный антиген, вирусный cyclin, vFLIP, вирусом кодируемые микроРНК и kaposin-A и -В. Эти транскрипты важны для пролиферации индуцированных KSHV клеток, для продукции проангиогенных и воспалительных цитокинов и для неограниченного репликативного потенциала (Mesri et al., 2010). Некоторые из этих молекул контролируют дифференцировку эндотелиальных клеток in vitro: 4 KS микроРНК находят транскрипционный фактор MAF и вносят вклад в репрограммирование LEC в BEC фенотип, тогда как kaposin-B стабилизирует мРНК PROX1, который выполняет ключевую роль в определении качественных особенностей лимфатического эндотелия (Hansen et al., 2010; Yoo et al., 2010).
Сайт создан в системе
uCoz
