L’endotelio è uno strato cellulare altamente dinamico coinvolto in differenti funzioni fisiologiche tra cui il controllo del tono vasomotore, il passaggio di cellule e nutrienti, il mantenimento della fluidità sanguigna. Contribuisce inoltre al bilancio locale dei fattori pro- ed anti-infiammatori e alla produzione di nuovi vasi (Cines DB, et al; 1998. Gross PL, et al; 2000. Bombeli T, et al; 1997). Ciascuna di queste attività è regolata in maniera differente nello spazio e nel tempo. Questo fenomeno è stato definito come eterogeneità endoteliale o diversità vascolare (Aird WC. 2001. Gross PL, et al; 2000. Rosenberg RD, et al; 1999. Stevens T, et al; 2001. Gerritsen ME. 1987). In condizioni fisiologiche, le cellule endoteliali sono
91 altamente attive e capaci di rispondere alle alterazioni dell’ambiente extracellulare locale, come potrebbe verificarsi in corso di una infezione batterica transiente, traumi minori, ed altri stress giornalieri comuni. In altre parole, l’attivazione delle cellule endoteliali avviene come risposta adattativa, la cui natura e durata dipende non soltanto dal tipo di stimolo, ma anche dalle dinamiche spazio-temporali del sistema (Aird WC. 2002). In particolari condizioni tuttavia la risposta mediata delle cellule endoteliali si può trasformare in un qualcosa di altamente dannoso per l’ospite. In condizione di sepsi, per esempio, l’eccessiva ed incontrollata risposta endoteliale risulta altamente dannosa per l’ospite
Risposta endoteliale in condizione di sepsi
La sepsi può indurre una modulazione fenotipica dell’endotelio mediante numerosi meccanismi. In alcuni casi, i patogeni infettano direttamente le cellule endoteliali in altri casi invece l’attivazione è causata da componenti della parete batterica come per esempio dal lipopolisaccaride LPS (Faure et al., 2001; Henneke et al., 2002; Zhang et al.,1999; Zhao et al., 2001). Infine numerosi fattori prodotti dall’ospite stesso sono in grado di attivare le cellule endoteliali, tra cui il complemento, le citochine, le chemochine, le serino-proteasi, la fibrina, le piastrine attivate ed i leucociti, l’iperglicemia, e/o i cambiamenti dell’ossigenazione del flusso sanguigno. Le risposte endoteliali differiscono in base al tipo di patogeno, alla genetica dell’ospite, al sesso, alla localizzazione del letto vascolare (Cariou et al., 2002; Yamamoto et al.,2002; Mayrmmatis et al., 2001, Kumar et al., 1999; Mira et al., 1999; Westerndorp et al., 1997). Le cellule endoteliali possono andare incontro a cambiamenti strutturali, tra cui la vacuolizzazione nucleare, il rigonfiamento citoplasmatico, la frammentazione citoplasmatica, la denudazione e/o il distacco (Vallet et al.,2001). I cambiamenti funzionali includono lo sbilanciamento emostatico, l’incremento dell’adesione cellulare e il richiamo leucocitario, l’alterazione del tono vasomotore, perdita della funzione di barriera, e morte cellulare programmata.
Proprietà procoagulanti: i mediatori dell’infiammazione interagendo con le cellule
endoteliali inducono una serie di fenotipi procoagulanti. Diversi studi hanno dimostrato che in condizione di sepsi l’azione del LPS o, più semplicemente, delle citochine prodotte dall’ospite stesso, inducono una riduzione del TM, dell’attivatore del plasminogeno tissutale e dell’eparina. Di contro, si osserva un’incrementata
92 espressione del TF e dell’inibitore dell’attivatore del plasminogeno di tipo 1 (PAI-1) (Bombeli et al., 1997; Bevilacqua et al.,1986; Combes et al.,1999; Moore et al., 1987; Schleef et al.,1998). Le cellule endoteliali attivate contribuiscono allo stato pro-coagulante richiamando piastrine, monociti, neutrofili e cellule che sono capaci di iniziare o amplificare la coagulazione.
Propietà proadesive: l’endotelio risponde ai mediatori infiammatori mediante
l’espressione sulla membrana di molecole di adesione tra cui la selectina E, la selectina P, ICAM-1 e VCAM-1. Nell’insieme, queste alterazione inducono un incremento della capacità adesiva e del passaggio dei leucociti attraverso la membrana basale.
Proprietà vasomotorie: il tono vasomotore è regolato dalla combinazione tra
meccanismi endotelio dipendenti ed endotelio indipendenti. Le cellule endoteliali producono molecole vasoattive che regolano il tono arteriolare e contribuiscono al controllo della pressione sanguigna. Questi includono i vasodilatatori (ossido nitrico NO e le prostacicline) e i vasocostrittori (endoteline, trombossano A2 ed il fattore attivante le piastrine) (Wanecek et al., 2000). In condizione, di sepsi l’endotelio attivato va incontro ad una serie di cambiamenti sito-specifici, che cambiano il bilanciamento tra le proprietà vasocostrittorie e vasodilatatorie (McCuskey et al.,1996).
Incremento della permeabilità: nella vascolatura sana, l’endotelio forma una
barriera continua. Una caratteristica tipica dell’endotelio in condizione di sepsi è l’incremento della permeabilità o la perdita della barriera funzionale, che porta alla formazione di edema tissutale. La ridistribuzione dei fluidi dal compartimento intravascolare a quello extravascolare può contribuire all’ipovolemia, emoconcentrazione, e stasi del flusso sanguigno.
Apoptosi delle cellule endoteliali. L’apoptosi delle cellule endoteliali è un processo
altamente regolato (Stefanec et al., 2000). In condizioni fisiologiche, solo una piccolissima percentuale di cellule endoteliali va incontro a morte programmata (<0.1%). In condizione di sepsi l’apoptosi delle cellule endoteliali può essere indotta dall’azione diretta del patogeno o da numerosi mediatori tra cui il TNFα, IL-1, l’interferone, i radicali liberi dell’ossigeno e l’ipossia (Stefanec et al., 2000; Messmer et al., 1999; Polunovsky et al., 1994).
93
L’endotelio come target terapeutico
Poiché la risposta endoteliale svolge un ruolo importante nella fisiopatologia della sepsi l’endotelio può essere considerato un ottimo target terapeutico. Per attenuare la risposta endoteliale sono state messe appunto due strategie differenti: la prima consiste nel bersagliare le componenti non endoteliali della risposta dell’ospite e quindi i mediatori solubili o i diversi tipi cellulari (leucociti e piastrine) che modulano negativamente la funzione cellulare dell’endotelio; la seconda si focalizza invece sulle componenti endoteliali (recettori di membrana, vie segnalatorie, networks trascrizionali o prodotti genici delle cellule endoteliali) che sono implicate nel mediare il fenotipo settico. Tuttavia, nonostante i molteplici sforzi, attualmente non è disponibile una terapia efficace per i soggetti affetti da sepsi. Infatti, tutte le strategie attuali che vedono l’endotelio come target terapeutico, non sono state in grado di risolvere se non parzialmente il problema. Lo scopo di quest’ultimo capitolo di tesi è quello di testare una nuova strategia terapeutica, basata sull’utilizzo delle cellule progenitrici endoteliali, la cui mobilitazione in condizione di sepsi dalle nicchie staminali al sangue periferico suggeriscono un tentativo fisiologico di riparazione del danno vascolare generalizzato. La somministrazione di EPC a pazienti settici potrebbe quindi favorire ed accelerare tale riparazione riducendo tutti i problemi associati alla disfunzione endoteliale compreso il danno d’organo.