内皮细胞糖萼-都一样吗？不，不是

摘要

简介

血管遍布全身，为器官和组织输送氧气、营养物质和电解质。由动脉、小动脉、毛细血管、小静脉和静脉组成的血管是循环系统的组成部分。主动脉从心脏分支6至8次，形成小动脉，而小动脉又分支2至5次，形成直径为5至20μm的毛细血管。毛细血管由一层内皮细胞组成，没有肌肉层。¹包括毛细血管在内的所有血管管腔都排列着糖蛋白和多糖的复合物，称为糖萼。糖萼是一个凝胶状的层，具有灌木状结构，排列在血管内腔。内皮细胞的糖萼经常与血液接触，血液携带物质遍布全身，是将血液与组织隔开的一道墙。内皮糖萼不仅作为分隔血液和组织的物理壁，而且还具有多种功能，如调节血管通透性、，²维持血流顺畅，^三血管中的机械传导，⁴抑制凝血，^5,6白细胞粘附。⁷内皮糖萼覆盖血管腔，在内皮细胞的生理功能中起着关键作用。内皮细胞糖萼电子显微镜分析的进展有助于详细了解内皮细胞的糖萼形态，并有助于检测各种条件下的变化。可视化糖盏的形态学变化可能会带来一些发现。

在这篇综述中，我们报道了内皮细胞糖萼损伤后的结构、功能和药物反应。

血管内皮糖基的结构

内皮糖萼由血管内皮表面的糖蛋白和多糖组成。糖萼是直接与内皮细胞管腔结合的蛋白聚糖和糖蛋白网络，透明质酸和血栓调节蛋白等聚糖间接与细胞膜结合。⁸

蛋白聚糖是由多糖和蛋白质组成的复合碳水化合物，其中合十聚糖和球蛋白聚糖具有代表性。^8,9Syndecans是硫酸乙酰肝素蛋白聚糖的一个小家族，属于I型跨膜糖蛋白。它们由一个N端多肽、一个跨膜结构域和一个包含三个结构域的C端细胞质结构域组成，其中多个糖胺聚糖链连接到蛋白核心中的特定丝氨酸残基。哺乳动物中有四种syndecans，其中syndecan‐1、‐2和‐4存在于血管内皮细胞上。¹⁰糖蛋白聚糖是通过糖基磷脂酰肌醇键固定在细胞膜上的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖。^11,12哺乳动物中有六种球蛋白聚糖。所有glypican成员都通过保持其三维结构来保持14个半胱氨酸残基的定位。¹¹血管内皮细胞和平滑肌细胞中只存在glypican‐1。¹³构成这些核心蛋白质的结构有所不同。Syndecan‐2和‐4仅含有硫酸乙酰肝素，而Syndecan­1在细胞外区域中同时含有硫酸乙酰肝素和硫酸软骨素。¹²Glypcans在其细胞外区域包含硫酸乙酰肝素。¹²

与核心蛋白胞外域结合的糖胺聚糖是硫酸乙酰肝素和硫酸软骨素。硫酸肝素是一种线性多糖，由重复己糖醛酸和d日葡萄糖胺二糖。¹⁴硫酸乙酰肝素可在外泌糖苷转移酶1/2（EXT1/2）的催化下聚合形成两个或多个二糖单元。硫酸肝素的结构因硫酸化模式而异。¹⁵透明质酸是细胞外基质中的一种线性多糖，由重复的N-乙酰氨基葡萄糖和葡萄糖醛酸组成，不会直接与细胞膜结合。^16,17透明质酸与其他糖胺聚糖不同，因为它是唯一的非硫酸盐糖胺聚糖。¹⁸

糖蛋白，如蛋白聚糖，直接与细胞膜结合。主要的糖蛋白是内皮细胞粘附分子以及凝血和纤溶系统的组成部分。内皮细胞糖萼中存在的三个细胞粘附分子家族是选择素、整合素和免疫球蛋白超家族。^8,9这些粘附分子比蛋白聚糖短，通常被蛋白聚糖包裹；然而，当蛋白多糖因炎症而分离时，它们参与血细胞粘附。¹⁹

内皮糖基的每个结构看起来相似，但并不相同

使用电子显微镜，内皮结构可以分为三种类型的毛细血管：连续的、有窗的和正弦的。^20,21,22结构上的差异可以用扫描电子显微镜或透射电子显微镜来确认。然而，由于内皮细胞糖萼的脆弱性和不稳定性，用传统的固定方法是不可能观察到的。²³使用电子显微镜检测内皮糖萼需要使用灌注泵用硝酸镧仔细染色。^24,25这种电染色方法表明，内皮结构和内皮糖萼因器官及其功能而异。

连续毛细血管是最常见的结构类型，存在于肺、心脏、大脑、骨骼肌和神经中，内皮细胞必须紧密相连。心脏、肺和脑毛细血管内皮管腔侧的常规扫描电子显微镜检查显示存在不间断内皮和连续基底膜。^25,26,27硝酸镧的电子染色表明，每个内皮管腔的苔藓或花椰菜状血管内皮细胞糖萼铺砌而不中断内皮管腔。然而，它们并不统一，并且根据器官的不同表现出明显的差异。肺内皮糖盏是一层不使毛细血管管腔变窄的薄层。大脑内皮细胞的糖萼是一个主要占据管腔的厚层。与之相比，心脏内皮细胞的糖萼可以被描述为一个中间层。透射电镜可以定量和证实内皮细胞表面存在糖萼，并显示心脏、肺和大脑中的内皮糖萼面积百分比分别为15.1%、3.7%和40.1%。^25,27

内皮糖萼的结构对器官的功能有很大影响，甚至有可能其形态是根据器官的需要而形成的。为了维持大脑的内稳态，血脑屏障阻止有害物质进入大脑，从而保护大脑细胞的正常功能。²⁸内皮糖萼在血脑屏障阻断中起着重要作用，它支配着脑血管内皮细胞。在实验上，与小分子相比，内皮细胞的糖萼阻止大分子进入脑实质。²⁹此外，内皮细胞糖萼的厚度决定了物质渗透性的差异，这取决于器官²⁷（图1).

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图1

物质渗透性取决于血管内皮细胞糖萼的厚度。内皮糖萼是一种凝胶状结构，覆盖血管内腔。内皮糖萼的存在会影响物质的渗透性。实验表明，物质的渗透性因器官而异，并且与血管内皮细胞糖萼的厚度成反比。

肾小球中发现的有窗毛细血管内皮细胞具有特征性的形态，其中60-80nm的小孔排列规则。然而，硝酸镧染色显示，带负电荷的糖盏变窄，几乎堵塞了15纳米宽的孔，这是毛细管中的实际情况。^25,30此外，糖萼覆盖着足细胞的表面。²⁵因此，白蛋白和较大的分子通常不会被过滤到管状流体中。³⁰毛细血管内皮糖萼面积的百分比为16.7%，与心脏血管面积的百分比相同。除肝脏外，脾脏和骨髓等造血器官中也有窦状毛细血管。由于内皮细胞之间的连接较弱，内皮管腔上有不规则的椭圆形孔。基底膜不发达，与其他类型的毛细血管相比，管腔宽，血流慢。因此，物质很容易通过，血液通过这个孔与窦周间隙（窦周间隙）进行交流，交换胆红素等物质。¹内皮糖盏覆盖的正弦毛细血管使大孔变窄，但不足以闭合孔，与肾毛细血管中的孔相似。毛细血管中内皮糖萼面积的百分比是肺血管的3.7%。²⁵据信，肾内皮细胞糖萼的存在是为了堵塞小孔，使必要的物质不离开毛细血管，而肝血管系统则不封闭小孔，以促进物质的交换。

急性和慢性炎症在外观上相似，但本质上却截然不同

内皮糖萼是一种不稳定、脆弱的结构，受到各种刺激而受损。在急性情况下，如脓毒症，³¹缺血再灌注损伤，³²创伤，^33,34急性呼吸窘迫综合征，³⁵和烧伤，³⁶以及糖尿病等慢性病，³⁷慢性肾脏疾病，³⁸和高脂血症，³⁹有一些发现表明内皮细胞的糖萼被破坏了。电子显微镜显示，糖盏损伤的方式因疾病组而异。

在Sampei等人最近的一项研究中。，⁴⁰C57 BLKS/J Iar⁻米⁺/+麻风病人 ^数据库 /（db/+）小鼠腹腔注射生理盐水或脂多糖（LPS；15 mg/kg）作为健康或急性内毒素血症模型，C57BLKS/J Iar⁻⁺ 麻风病人 ^数据库 /麻风病人 ^数据库 以db/db为慢性糖尿病模型，研究炎症反应的影响。由于其解剖特征，内皮糖萼在细菌、真菌或病毒感染期间最容易受到外源性病原体相关分子模式和内源性损伤相关分子模式的影响，并伴有大量炎症介质，它还起到了阻止炎症传播的屏障作用。⁴¹内皮细胞的糖萼在整个血管中被破坏。在健康小鼠中，血管内皮细胞的糖萼似乎遍布肺微血管（图2安培). 在慢性病组中，糖萼的特征是它看起来很短，带有草状草皮（图2B型). 然而，在急性炎症组，血管内皮细胞糖萼被破坏，内皮细胞表面暴露在血管内皮管腔中（图2摄氏度).

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图2

内皮糖萼的典型扫描电子显微镜小鼠心脏毛细血管图像。（A） 正常状态；C57 BLKS/J Iar⁻米⁺/+麻风病人 ^数据库 /（db/+）鼠标作为控件。（B） 慢性病理状况；C57BLKS/J Iar⁻⁺ 麻风病人 ^数据库 /麻风病人 ^数据库 （db/db）糖尿病模型。（C） 急性炎症状态；对照组小鼠给予脂多糖（LPS）48小时后。这是用硝酸镧固定的心血管内皮细胞糖萼的超微结构成像。棒材：5μm。

这一现象背后有几种可能的机制。首先，在急性病组，虽然全身都发生炎症，但血管内皮层可能出现不均匀。据报道，血管内有许多球形结构。²⁶即使一些核心蛋白被剥离，相邻的内皮细胞糖萼也与糖胺聚糖和透明质酸结合；因此，人们认为它们并没有完全剥离并形成团块。在慢性病组中，炎症引起的损伤和合成可能存在不平衡。我们主张，血管内皮细胞糖萼的存在与这两个因素的平衡有关：炎症损伤和内皮细胞糖萼的合成。

糖尿病患者经常处于高血糖状态，内皮损伤通过多种机制发生。1型糖尿病患者内皮细胞糖萼减少，血浆透明质酸和透明质酸酶水平升高。⁴²已经证明，活化的中性粒细胞在2型糖尿病中会导致内皮细胞损伤。⁴³硫酸乙酰肝素合成必需基因EXT1的表达；Csgalnact1，一个合成硫酸软骨素的必需基因；在db/db小鼠中，编码云芝聚糖作为糖萼核心蛋白的VCAN显著低于健康小鼠。⁴⁰这可能是慢性糖尿病组血管内皮细胞糖萼短的原因之一。

内皮糖基对每个器官的药物反应可能不同

最近的研究表明，根据器官的不同，相同的药物可能对内皮细胞糖萼有不同的作用。⁴⁴药物通过几种可能的机制对内皮细胞糖萼起作用。两个因素，即炎症损伤和内皮细胞糖萼的合成，阐明了这些因素。

第一个涉及保护内皮糖萼免受炎症。抗炎剂可减轻炎症并保护内皮细胞的糖萼。血管炎模型小鼠的抗炎药治疗降低了血管内皮糖盏的损伤程度。中性粒细胞弹性蛋白酶是由活化的中性粒细胞诱导，在败血症条件下对吞噬的细菌和真菌病原体进行杀菌。然而，中性粒细胞弹性蛋白酶会破坏组织中积聚渗出中性粒细胞的内皮糖萼。中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂治疗可在LPS诱导的内毒素血症下保护心肺内皮细胞糖萼。⁴⁵重组人血栓调节蛋白（rhTM）治疗还通过高迁移率族蛋白1（HMGB1）吸附发挥抗炎作用，从而显著减少内皮细胞糖萼损伤⁴⁴这并不影响内皮细胞的糖萼。为了确定rhTM对小鼠LPS诱导的内毒素血症的影响，对盐水和rhTM处理的小鼠的心脏和肺部进行了基因集富集分析。有趣的是，rhTM处理促进了两个器官中内皮细胞糖萼的合成，但上调基因组之间存在差异。在心脏组织中，与生理盐水处理组相比，rhTM处理组内皮糖盏核心蛋白之一glypian‐1的表达增强。⁴⁶Glypican 1是一种参与心血管功能的核心蛋白。Glypican 1通过激活内皮细胞一氧化氮合酶调节血管张力。牛主动脉内皮细胞中流动诱导的内皮细胞一氧化氮合酶激活受到抑制，其中glypican 1短发夹RNA转染降低了glypican-1的表达。⁴⁷Glypican 1也由硫酸乙酰肝素链介导，并与血管内皮生长因子（一种血管生成因子）结合。添加Glypican 1可恢复血管内皮生长因子的活性，该因子因氧化剂和自由基的生成而失活。⁴⁸在肺组织中，与生理盐水治疗组相比，rhTM治疗组的硫酸乙酰肝素6-O-硫转移酶1（HS6ST1）和内皮细胞特异性分子-1（ESM-1）的表达显著增加。⁴⁴HS6ST1是肺的重要组成部分，因为后者在HS6ST-1缺陷小鼠中不能正常发育。⁴⁹HS6ST1的表达与硫酸乙酰肝素的合成修复有关。⁵⁰已知转化生长因子‐β1通过上调Sulf1 mRNA的表达来增加硫酸酯酶1（Sulf1）的活性，从而降低6‐O‐硫酸化水平。⁵¹脓毒症期间可能会发生类似反应，因为在这种情况下，水平会增加。ESM‐1高度定位于肺血管内皮细胞，其合成分泌也在那里发生。⁵²众所周知，ESM‐1可合成内多糖，一种源自肺内皮细胞的硫酸乙酰肝素。⁵³

如前所述，糖萼的长度和形状因器官而异。已经发现，这些差异不仅是由于尺寸和长度，还由于它们的组成成分。铃木等人。¹用几种凝集素来描述内皮糖萼的各种碳水化合物成分。凝集素具有特定的碳水化合物结合活性，这一特征揭示了内皮细胞糖萼的碳水化合物涂层结构的差异。¹伴刀豆球蛋白A（ConA）和Dolichos biflorus凝集素分别识别糖萼糖蛋白的N-乙酰半乳糖胺和甘露糖侧链。免疫组化染色显示，双色杜氏菌凝集素与小鼠肺毛细血管内皮糖萼结合。然而，它没有与小鼠心脏毛细血管的内皮糖萼结合。¹这些发现表明，肺内皮细胞糖萼的糖蛋白具有不同于心脏内皮细胞糖萼的聚糖成分。内皮细胞糖萼成分的差异可能有助于并决定内皮细胞糖萼的药物反应。

未来展望

内皮糖萼是血管表面糖蛋白和多糖的复合物。然而，其形态和结构因器官而异，导致其功能不同。此外，已经发现内皮细胞糖萼损伤的方式因炎症类型而异。这些发现可能是根据单个患者的病理状况制定抗炎治疗方案以及制定针对每个器官和炎症的内皮细胞糖萼保护策略的基本原则。适当的抗炎治疗可以防止进展为多器官衰竭，并改善患者的长期和短期预后。这种以血管内皮为靶点的新型治疗策略有可能成为导致血管内皮疾病的所有疾病的突破。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

道德声明

研究方案批准：不适用

知情同意：不适用

研究/试验的注册号和注册号：无。

动物研究：无。

笔记

铃木K、三浦T、冈田H。内皮细胞糖萼-都一样吗？不，不是.急性内科手术. 2023;10：e896.10.1002/ams2.896[PMC免费文章][公共医学] [交叉参考][谷歌学者]

参考文献