血管内皮细胞的功能——运输功能

      内皮表面为血液和组织间物质交换提供了很大的表面积，黏附连接则参与血管壁通透性的调节。毛细血管是血管内、外物质交换的主要场所。毛细血管及其前后的微动脉、微静脉无外膜及中层平滑肌，仅由单层内皮细胞及其下的基底膜构成。基底膜的通透性较高，因而微血管通透性的大小主要取决于单层内皮细胞的结构与功能状态。由于内皮细胞具有独特的结构和代谢特性，它能选择性地调节不同分子的物质通过血管壁。血管内皮介导血浆和组织液成分交换的途径至少有四种:①经内皮细胞质膜转运，主要是通过扩散作用介导气体和脂溶性物质的交换;②跨细胞转运，即以质膜小泡方式或囊泡相连而形成的跨内皮通道运输大分子物质;③细胞旁转运，内皮细胞间隙受某些活性物质调控，如激肽、组 胺、5-羟色胺( 5-HT )等均可使内皮细胞中的微丝收缩，使裂隙变大，大分子物质透过裂隙进人内皮下层;④通过有窗内皮的“窗孔”结构，或在“断续”型内皮结构的毛细血管壁，管腔内容物通过断续的孔到血管外。在此详细介绍两种途径:囊泡介导的跨细胞转运( transcellular permeability: vesicular transcytosis )和细胞旁 ( paracellular permeabilit: ellcell junction )转运。
一、囊泡介导的跨细胞转运
      一些大分子与颗粒物质不能穿过细胞膜，而是被包裹在膜围绕的小泡中进行运输，称为跨细胞转运。跨细胞转运是内皮细胞对大分子物质跨 细胞通透的重要途径之一。 该机制包括在内皮细 胞管腔面的囊泡介导的内吞作用( endocytosis )以及随后发生的穿过细胞的跨细胞转运和发生 于基底膜的胞吐作用( exocytosis)。这个过程可以通过单个囊泡穿梭于从顶端到内皮细胞的基底端完成，或通过相互内部连接的囊泡群 ( vesiculo vacuolar ranlles, Vvos )形成直径 为80 ~ 200mm的跨越细胞内部的槽状结构完成。内吞作用和胞吐作用可以通过电子显微镜和示踪标记(如金标记白蛋白和其他大分子)，在毛细血管和毛细血管后静脉内观察到。电子显微镜显像揭示白蛋白在内皮细胞内跨细胞转运的过程:囊泡在腔面和近腔面的开放和封闭。当白蛋白与内皮细胞表面上的GP60受体结合时将发生囊泡介导的跨细胞转运:白蛋白可吸附到细胞膜管腔面的小凹处或与特异的白蛋白受体相结合，然后小凹进一步向胞质回缩，从质膜上箍断形成细胞内独立的小泡，待转运至基膜侧细胞膜，将其释放至内皮下间隙。此外，血细胞(白细胞)也可能通过内吞囊泡包装并通过跨细胞转运穿越内皮细胞内部。这一现象已经被显微图片所证实:荧光标记的白细胞足部延伸入细胞膜并被内化。
      内皮细胞的内吞作用主要分为两类:网格蛋白(clathrin)依赖的内吞作用和Caveolae介导的内吞作用。这两种内吞作用均需要受体介导。受体介导的内吞作用是一一种选择浓缩机制，既可保证细胞大量地摄人特定的大分子，同时又避免了吸人细胞外大量的液体。
（一）网格蛋白依赖的内吞作用
      网格蛋白分子由3个重链和3个轻链组成，形成具有3个曲臂的形状(triskelion)。许多网格蛋白的曲臂部分交织在一起， 形成一一个具有5边形网孔的笼子。在内吞过程中，配体先同膜表面特异受体结合，然后网格蛋白装配的亚基结合上去，使膜凹陷成小窝状。它大约在一分钟之内就会转变成被膜小泡。由于这种小窝膜外侧结合有许多网格蛋白， 故这一特定区域称为网格蛋白衣被小窝( clathrin-coatedpit)，是质膜向内凹陷的部位。凹陷的胞 质侧具有丰富的网格蛋白和衔接蛋白( adaptin )，大量受体集中于此处，不同种类的衔接蛋白可分别结合不同类型的受体。受体在衣被小窝处的集中与是否结合配体无关。衣被小窝相当于一个分子过滤器，帮助细胞获取所需要的大分子物质。衣被具有两个主要作用:①选择性地 将特定蛋白聚集在一起， 形成运输小泡;②如同模具一样决定运输小泡的外部特征，相同性质的运输小泡之所以具有相同的形状和体积，与衣被蛋白的组成有关。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。低密度脂蛋白、胰岛素等蛋白质类激素、糖蛋白等，都是通过受体介导的内吞作用在衣被小窝进行的。
（二） Caveolae介导的内吞作用
      Caveolae 是细胞膜上的一种富含胆固醇和磷脂的结构.脂筏( ipid raft )的特殊形式，为囊泡状凹陷，直 径50~ 100m，呈烧瓶状或希腊字母Ω形。这些微囊泡单独或成串出现，以内陷的形式连接在细胞质膜上，是典型的脂质双分子层。Caveolae广泛存在于各种类型的细胞中，小凹 蛋白( caveolin)是它的标志蛋白，也是维持Caveolae形成特殊凹陷结构的主要骨架蛋白。抑制Caveolinl表达或改变Caveolin1的细胞内定位均可导致细胞膜小凹结构的减少甚至消失。将重组的Caveolin1质粒转染本身不表达Caveolin1的细胞(如淋巴细胞系L1210)，可以使细胞在脂膜上形成典型的Caveolae结构。内皮细胞是Caveolinl高表达的细胞类型之，所以内皮细胞富含Caveolae。
      已知Caveolae的功能主要包括内吞、胞吐、调节细胞内信号传导和维持细胞内胆固醇平衡四 个方面。Caveolae 通过非特异性吸附或特异性的受体介导等方式把大分子物质从细胞的-侧转运到另一侧。内皮细胞中Caveolae介导的跨细胞转运作用把循环血液中的血浆蛋白质从管腔侧运送到内皮下间隙。现在已经明确有许多大分子物质的转运通过这一通路来完成，如白蛋白、转 铁蛋白、血浆铜蓝蛋白等。Caveolae 是细胞内游 离胆固醇流出的主要部位”。Caveolinl 具有结合和运载胆固醇的功能，并促进细胞内游离胆固醇流出、钙通道调控、信号传导等，对维持正常细胞胆固醇的稳态起着重要调节作用。除此 之外，Caveolinl也参与细胞连接。另外，在Caveolae内或周围存在许多因子的受体和信号分子，包括血小板源生长因子( pltele-derived growth factor, PDGF )受体、胰岛素受体以及 PKC、磷脂酰肌醇3激酶( phosphatidylinositol 3 kinase, PI3K) 及内皮细胞一氧化氮合酶(eNOS)等。同时，Caveolinl与肿瘤的增殖、凋亡、转移、耐药性等密切相关，使其有可能成为肿瘤诊疗的一个新靶点。
二、细胞旁转运
     细胞旁转运是病理条件下的血液和蛋白质漏入微血管内皮的主要途径。在某些组织或器官如肾和肝中，不连续性的微血管内皮细胞之间的空隙足够允许大分子或蛋白质通过。而在其他器官中，大部分内皮细胞之间是细胞间连接，可以选择性允许水、大分子甚至血细胞通过。这些连接的结构和功能的完整性是细胞旁转运的主要决定因素。细胞旁转运主要由紧密连接和黏附连接介导，而主要存在于大血管内皮细胞的缝隙连接和不连续微血管内皮细胞被认为并不直接参与细胞旁转运。黏附连接通过连接成分的变化引起细胞骨架结构的变化，进而引起内皮细胞的变形，调控大分子物质和f血细胞的渗出。而紧密连接则具有调控离子、溶液等从细胞--侧扩散到另一侧的屏障作用。紧密连接的组分中，紧密连接蛋白是细胞旁转运途径的主要决定因素，它通过大小选择性和电荷选择性介导细胞间的物质转运。在内皮细胞中闭合小环蛋白ZO1通过改变肌动蛋白的分布从而影响紧密连接对物质穿行的限制性，而肌动蛋白的破坏则使紧密连接发生变化及细胞形状改变，进一步导致内皮细胞通透性增加。细胞旁转运功能与内皮细胞对物质的通透性密切相关。