Il tessuto endoteliale è un tipo particolare di tessuto epiteliale pavimentoso non stratificato di derivazione mesenchimale che costituisce il monostrato cellulare che riveste la superficie interna dei vasi sanguigni, dei vasi linfatici e del cuore (endocardio).
Etimologia Ancora nel 1856, nel grande trattato di Todd e Bowman (The physiological anatomy and physiology of man), il rivestimento interno dei vasi era indicato come "strato epiteliale". Il primo a riconoscere, con il metodo dell'impregnazione argentica, che i capillari non sono dei semplici passaggi membranosi attraverso i tessuti, ma possiedono una parete cellulare propria, fu Friedrich Daniel von Recklinghausen nel 1860.
Il termine endotelio (dal greco endo-, interno, e telé, capezzolo, per la somiglianza con il rivestimento interno del capezzolo) fu proposto dallo svizzero Wilhelm His senior (1831-1904) nel 1865, durante le sue ricerche in campo embriologico, per indicare il rivestimento interno dei vasi e delle cavità pleuriche e peritoneali (attuale mesotelio), distinguendolo dall'epitelio che costituisce il rivestimento delle strutture anatomiche a contatto con l'ambiente esterno.
Disposizione e rapporti Costituisce il monostrato cellulare che riveste la superficie interna dei vasi sanguigni, dei vasi linfatici e del cuore (endocardio).
Struttura Le cellule endoteliali sono ancorate a una lamina basale spessa 80 nm ed insieme costituiscono la tonaca intima. La lamina basale è una componente fondamentale del vaso sanguigno, poiché rappresenta l’impalcatura di ogni arteria, vena o capillare. L’interno di questa struttura è rivestito da cellule endoteliali, mentre l’esterno è coperto da cellule muscolari lisce o periciti. Le cellule endoteliali sono in grado di sintetizzare praticamente tutte le proteine che costituiscono la lamina basale e di produrre gli enzimi necessari al suo rimodellamento, come le metalloproteinasi della matrice.Nella parete del vaso sanguigno, le cellule endoteliali sono orientate lungo l’asse del vaso, in modo da minimizzare le forze di stress da taglio esercitate dal flusso sanguigno. Sebbene l’endotelio sia costituito da un singolo strato di cellule, si stima che nel corpo umano ci siano circa 10 a 60 × 10¹² cellule endoteliali, che occupano una superficie di circa 300 a 1000 m².
Oltre che dalle varie forme, l'eterogeneità strutturale delle cellule endoteliali è rappresentata tra l'altro da:
diversi livelli di componenti strutturali del percorso endocitico, come le fossette rivestite di clatrina diversi livelli di componenti del percorso di transcitosi, come le caveole diversi gradi di espressione dei principali tipi di giunzioni intercellulari: giunzioni strette, giunzioni aderenti e giunzioni gap composizioni variabili del glicocalice e dello strato superficiale endoteliale associato, uno strato stazionario molto più spesso del glicocalice che esclude i globuli rossi
L'eterogeneità delle cellule endoteliali è legata sia a fattori intrinseci, cioè genetici, sia a fattori estrinseci, cioè cause ambientali come:
la posizione nel corpo la presenza di mediatori solubili il contatto cellula-cellula le interazioni cellula-matrice il pH la pressione parziale dell’ossigeno (pO₂) le forze meccaniche (come lo stress da taglio e i vincoli fisici)
Classificazione Sulla base del tipo di contatto che si stabilisce tra le cellule endoteliali, l'endotelio viene classificato in:
continuo fenestrato discontinuo
L’endotelio continuo si trova nella maggior parte delle arterie, vene e capillari del cervello, della pelle, dei polmoni, del cuore e dei muscoli. Le cellule endoteliali sono unite da giunzioni strette e ancorate a una membrana basale continua.
L’endotelio fenestrato è anch’esso associato a una membrana basale continua ed è caratterizzato dalla presenza di pori transcellulari larghi , sigillati da un diaframma spesso . Questo tipo di endotelio si osserva nei tessuti con un elevato trasporto trans-endoteliale o con un ruolo di filtrazione accentuato, come le ghiandole endocrine ed esocrine, il tratto gastrointestinale, il plesso coroideo, i glomeruli renali e alcune sub-popolazioni di tubuli renali.
L’endotelio discontinuo è associato a una membrana basale poco strutturata ed è caratterizzato dalla presenza di ampie fenestrazioni larghe , prive di diaframma. Questo tipo di endotelio si trova nei letti vascolari sinusoidali, principalmente nel fegato, ma anche nella milza e nel midollo osseo.
Istologia La forma delle cellule endoteliali varia lungo l’albero vascolare, ma in generale esse sono sottili e leggermente allungate, con dimensioni approssimative di in lunghezza, in larghezza e in spessore. Il nucleo è ovoidale e allungato e il citoplasma contiene, oltre ai consueti organelli (Golgi, mitocondri, reticolo endoplasmatico, ribosomi, lisosomi e citoscheletro), numerose vescicole (particolarmente abbondanti nei capillari, dove costituiscono circa il 20% del volume cellulare) e i Corpi di Weibel-Palade (WPB). Le cellule endoteliali sono cellule polarizzate, in quanto la superficie luminale è differente da quella abluminale (basale).
Vescicole Sono presenti sia vescicole rivestite da clatrina sia vescicole non rivestite contenenti caveolina e cavina. Le prime intervengono nell'endocitosi, svolgendo la funzione di trasporto intracellulare, dalla membrana plasmatica agli endosomi o all'apparato di Golgi, come nel caso dell'endocitosi recettore-mediata della transferrina e delle lipoproteine a bassa densità (LDL).
Le seconde sono molto più numerose, hanno un diametro di e sono responsabili della transcitosi. Sono particolarmente numerose nei capillari non fenestrati: la loro densità varia da nelle arteriole a nelle venule postcapillari, per raggiungere nei capillari, ad eccezione di alcuni letti capillari, come quelli polmonari () e soprattutto la barriera emato-encefalica (<).
Corpi di Weibel-Palade (WPB)
I WPB sono vescicole secretorie, specifiche delle cellule endoteliali, che al microscopio elettronico appaiono allungate (rod-shaped), con dimensioni di circa 0,2 x , elettrondense e di aspetto regolarmente striato per la presenza di strutture tubulari parallele, costituite dai polimeri del Fattore di von Willebrand (VWF). Oltre a VWF, i corpi WPB contengono la proteina adesiva P-selectina.
Citoscheletro
Al microscopio elettronico, il citoscheletro appare organizzato in tre sistemi fondamentali:
una rete periferica di filamenti posti subito al di sotto della membrana plasmatica un addensamento sub-membranoso di microfilamenti in corrispondenza della superficie basale e delle giunzioni intercellulari fibre dello stress (fasci di microfilamenti) connessi sia con le adesioni focali della membrana plasmatica basale sia con la membrana apicale.
Il citoscheletro è importante per mantenere la morfologia della cellula, per stabilizzare l'integrità delle strutture di adesione e per modulare la permeabilità endoteliale. La riorganizzazione del citoscheletro in risposta agli stress emodinamici si accompagna a modificazioni della forma cellulare.
Superficie cellulare
La superficie luminale presenta numerose fossette a forma di fiasco, dette caveole, ed è "rivestita" dal glicocalice e dallo strato endoteliale superficiale (ESL, endothelial superficial layer). Le caveole, invaginandosi, danno origine alle vescicole contenenti caveolina. Il glicocalice è uno strato glicoproteico con spessore variabile a seconda dello stato funzionale della cellula (mediamente misura circa ).
Questo rivestimento è ricco di cariche negative ed è formato da glicoproteine (es. molecole di adesione, molecole del sistema emostatico), eparansolfato-proteoglicani (es. sindecano, glipicano) e glicolipidi di membrana. La componente glucidica di queste molecole sporge dalla superficie della membrana cellulare.
Al glicocalice luminale aderiscono molecole plasmatiche che formano uno strato spesso () che ricopre il glicocalice e che viene indicato come ESL. Sia il glicocalice che l'ESL hanno una notevole importanza funzionale: agiscono da filtro molecolare (influenzando la permeabilità), modulano lo shear stress e inibiscono l'adesione di leucociti e di piastrine.
La superficie basale possiede anch'essa numerose caveole ed è fermamente ancorata alla membrana basale della tonaca intima. Tale ancoraggio è opera di due classi di proteine che mediano l'adesione cellula-matrice extracellulare (ECM):
le integrine gli eparansolfato-proteoglicani
Quasi tutte le proteine che compongono la ECM possiedono siti di legame per entrambe queste due classi. Le integrine e i sindecani presentano un dominio extracellulare che si lega all'ECM, un dominio transmembrana e un dominio intracellulare che interagisce con il citoscheletro.
In tal modo queste proteine adesive si comportano anche da meccanocettori: rispondono alla deformazione e trasmettono segnali dall'ambiente extracellulare all'interno della cellula. Esse possono essere organizzate in complessi strutturali plurimolecolari, chiamati "adesioni focali".
Le adesioni focali appaiono come piccole regioni elettrondense della membrana, di forma allungata, con il diametro maggiore di pochi micron, strettamente aderenti alla ECM e direttamente connesse al citoscheletro. La loro impalcatura portante è costituita dalle integrine, ma alla loro formazione partecipano oltre un centinaio di proteine diverse, sindecani inclusi. Le adesioni focali sono complessi dinamici, che vengono assemblate e disassemblate a seconda delle necessità funzionali.
Ciglia primarie In alcune condizioni particolari sono state descritte sulla superficie endoteliale ciglia primarie solitarie (cilia immobili). Le ciglia primarie hanno una lunghezza di e sono caratterizzate da una struttura interna (assonema) formata solo da una corona periferica di nove coppie di microtubuli, senza la coppia centrale di microtubuli (struttura "9+0") che distingue le più comuni cilia mobili (struttura "9+2").
Esse svolgono una funzione meccanorecettoriale: sono capaci di rispondere a forze emodinamiche estremamente basse (, cioè ) e trasmettono segnali chimici (es. Ca+2) e meccanici all'interno della cellula. Alla genesi dei primi concorrono le proteine di membrana policistina 1 e 2 e poliductina/fibrocistina (proteina legata allo sviluppo del rene policistico).
I segnali meccanici sono invece trasmessi dai microtubuli dell'assonema al citoscheletro citoplasmatico. Le cilia primarie rispondono anche a forze meccaniche generate nella matrice extracellulare (ECM) grazie alla connessione tra le adesioni focali e il citoscheletro.
Giunzioni intercellulari
Nell'endotelio continuo, le cellule endoteliali sono separate da stretti spazi intercellulari di circa di ampiezza, occupati da glicosaminoglicani. Tra le cellule endoteliali contigue si stabiliscono anche zone circoscritte di contatto più ravvicinato, dove le cellule aderiscono intimamente tra loro, creando così una barriera anatomica dinamica che limita la diffusione delle molecole plasmatiche.
Le strutture macromolecolari responsabili di tale intima adesione sono indicate come giunzioni cellulari, distinti in:
giunzioni aderenti (adherens junctions) giunzioni occludenti (tight junctions) giunzioni comunicanti (gap junctions)
Le tight junctions sono più numerose nel settore arterioso della circolazione. Le gap junctions permettono la comunicazione intercitoplasmatica tra cellule endoteliali attraverso il passaggio di piccoli soluti (p.m. <1000-1500 dalton), come ioni, metaboliti e secondi messaggeri; sono composte dalle connessine Cx37, Cx40 e Cx43 che fomano canali (connessoni) nella membrana. La connessina 43 (Cx43) sembra prevalere nelle sedi di flusso disturbato.