418

www.postepybiochemii.pl

Beata Drabarek
Dorota Dymkowska



Pracownia Metabolizmu Komórki, Insty-

tut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego

Nenckiego PAN, Warszawa



Instytut Biologii Doświadczalnej im.

Marcelego Nenckiego PAN, ul. Pasteura 3,

02-093 Warszawa; tel.: [phone], e-mail:

[e-mail]

Artykuł otrzymano 30 września 2012 r.

Artykuł zaakceptowano 16 października

2012 r.

Słowa kluczowe: śródbłonek naczyniowy,

wapń, tlenek azotu, regulacja sygnalizacji

wapniowej, stres oksydacyjny

Wykaz skrótów: EDHF (ang. endothelium

derived hyperpolarisation factor) — śródbłon-

kowy czynnik hiperpolaryzujący; eNOS

(ang. endothelial nitric oxide synthase) —

śródbłonkowa syntaza tlenku azotu; ER

(ang. endoplasmic reticulum) — siateczka

śródplazmatyczna; MAPK (ang. mitogen-

-activated protein kinase) — kinaza białkowa

aktywowana mitogenem; NO — tlenek

azotu; PMCA (ang. plasma membrane calcium

ATPase) — ATPaza wapniowa błony pla-

zmatycznej; PGI

2

— prostacyklina 2; RFT

— reaktywne formy tlenu; TRPC (ang. tran-

sient receptor potential canonical) — kanały

TRP z rodziny C; SOCE (ang. store operated

calcium entry) — pojemnościowy napływ jo-

nów wapnia

Podziękowania: Praca powstała podczas

realizacji projektu badawczego własnego

nr N N301 291137 finansowanego przez

Narodowe Centrum Nauki, przyznanego

Dorocie Dymkowskiej.

Znaczenie jonów wapnia w śródbłonku naczyń

STRESZCZENIE

Ś

ródbłonek naczyniowy pełni wiele ważnych funkcji, a jego mechaniczne uszkodzenie

czy też zaburzenia w działaniu mogą mieć poważne konsekwencje ogólnoustrojowe, nie-

bezpieczne dla zdrowia, a nawet życia. Organ ten kontroluje skurcz i rozluźnienie naczyń

krwionośnych, wpływa na przebieg procesów zapalnych, odpowiedź immunologiczną, a

także proces krzepnięcia krwi czy regulację przepuszczalności i integralności ścian naczy-

nia. Upośledzenie wydzielania tlenku azotu i prostacykliny 2, które następuje na drodze za-

leżnej od wapnia, świadczy o dysfunkcji śródbłonka. Wapń jest niezwykle istotny w wielu

procesach charakterystycznych dla śródbłonka naczyniowego i jest niezbędny do prawidło-

wego jego funkcjonowania. Stres oksydacyjny, indukcja odpowiedzi prozapalnej i związa-

ny z tym istotny wzrost wytwarzania reaktywnych form tlenu są powodem powstawania

uszkodzeń śródbłonka naczyniowego. W pracy omówimy wybrane zagadnienia dotyczące

funkcjonowania śródbłonka naczyniowego w normie i patologii, jak również wskażemy na

ich związek z regulacją sygnalizacji wapniowej w tych komórkach.

WPROWADZENIE

Śródbłonek naczyniowy należy do grupy nabłonków płaskich. Wyściela wszyst-

kie naczynia krwionośne od dużych tętnic po małe naczynia włosowate, oraz na-

czynia limfatyczne, przedsionki i komory serca. U człowieka całkowita powierzch-

nia tej warstwy wynosi około 5000 m

2

, a masa około 1 kg [1]. Uważa się, że obok

wątroby, śródbłonek naczyniowy to największy organ wydzielniczy człowieka. Nie

jest to bowiem, jak myślano przed laty, tylko wyściółka naczynia krwionośnego, ale

aktywna warstwa komórek odgrywająca bardzo istotną rolę w prawidłowym funk-

cjonowaniu całego organizmu. Śródbłonek, jak pokazano na rycinie 1, wytwarza i

wydziela szereg różnorodnych substancji bioaktywnych działających w świetle na-

czynia, a także wpływających na komórki mięśni gładkich znajdujących się w jego

bezpośrednim sąsiedztwie i współtworzących naczynie krwionośne. [2]. Jednym z

podstawowych zadań śródbłonka jest utrzymanie równowagi pomiędzy skurczem

i rozluźnieniem ścian naczynia krwionośnego w odpowiedzi na bodźce. Ponadto

śródbłonek wpływa na przebieg procesów zapalnych i odpowiedź immunologiczną

regulując adheren-

cję komórek układu

odpornościowego.

Do jego kolejnych

ważnych funkcji

zalicza się kontro-

lę nad procesami

krzepnięcia krwi,

regulację przepusz-

czalności i integral-

ności ścian naczy-

nia, wśród których

na uwagę zasługu-

je tworzenie barie-

ry krew-narządy

oraz kontrola wy-

miany substancji

między osoczem

a innymi narząda-

mi. Z racji pełnie-

nia tylu istotnych

funkcji, mechanicz-

ne

uszkodzenie

oraz zaburzenia w

działaniu śródbłon-

ka naczyniowego

Rycina 1. Czynniki wydzielane przez śródbłonek związane z fizjologią na-

czyń. ACE — enzym konwertujący angiotensynę; AT III — antytrombina

III; EDCF — śródbłonkowy czynnik wywołujący skurcz miocytów; EDGF

— czynnik wzrostowy wydzielany przez śródbłonek; EDHF — śródbłonko-

wy czynnik hiperpolaryzujący; FGF — czynnik wzrostu fibroblastów; IGF

— insulinopodobny czynnik wzrostu; PDGF — płytkowy czynnik wzrostu;

IL-1,6,8 — interleukina (1,6,8); MHC II — główny układ zgodności tkankowej

klasy II; NO — tlenek azotu; PGI

2

— prostacyklina 2; TNF-alpha — czynnik

martwicy nowotworu alfa; TXA2 — tromboksan A2; vWF — czynnik von

Willebranda.

Postępy Biochemii 58 (4) 2012

419

mogą mieć poważne konsekwencje ogólnoustrojowe, niebez-

pieczne dla zdrowia, a nawet życia organizmu.

Dysfunkcja śródbłonka naczyniowego stanowi podłoże

wielu chorób układu sercowo-naczyniowego, w tym miaż-

dżycy oraz niewydolności serca (Ryc. 2). Stres oksydacyjny,

indukcja odpowiedzi prozapalnej i związany z tym istotny

wzrost wytwarzania reaktywnych form tlenu (RFT) przyczy-

niają się do powstawania uszkodzeń śródbłonka naczynio-

wego, a utrata integralności warstwy komórek wyścielającej

naczynia krwionośne może stanowić czynnik determinujący

zmiany patologiczne związane ze stanem zapalnym, posocz-

nicą czy wstrząsem septycznym. Do zaburzeń funkcjono-

wania śródbłonka naczyniowego przyczyniają się zarówno

naturalne procesy fizjologiczne (starzenie), stany patologicz-

ne (cukrzyca czy nadciśnienie), oraz czynniki środowisko-

we, na przykład dieta. Według Gomułki i wsp., prawidłowe

funkcjonowanie śródbłonka można najogólniej zdefiniować

jako zdolność do utrzymania homeostazy naczyniowej, a w

związku z tym zdolność do utrzymania w równowadze wza-

jemnie powiązanych i często przeciwstawnych procesów [3].

Jednym z czynników świadczących o dysfunkcji śródbłonka

jest upośledzenie wytwarzania tlenku azotu (NO). Enzymem

katalizującym wytwarzanie NO jest syntaza tlenku azotu,

którego aktywność jest związana z obecnością jonów wapnia.

Zwiększenie ich stężenia w komórce powoduje aktywację tego

enzymu i wzmożone uwalnianie NO. Obecnie wiadomo, że

skurcz naczyń zależny od funkcji śródbłonka jest ściśle zwią-

zany z wewnątrzkomórkowym stężeniem wapnia, a także z

wytwarzaniem reaktywnych form tlenu w tych komórkach

[4]. Nie ma zatem wątpliwości, że regulacja szlaków sygnało-

wych związanych z regulacją napływu Ca

2+

do komórek jest

niezwykle istotnym elementem kontroli funkcji śródbłonka i

napięcia naczyń.

JON WAPNIA REGULUJE PROCESY ŻYCIOWE

W komórkach eukariotycznych, w tym również w śród-

błonku naczyniowym, kluczową rolę jako wtórny przekaź-

nik informacji odgrywają jony wapnia. Zmiany stężenia

tego jonu kontrolują różne procesy życiowe, między inny-

mi: poziom cyklicznych nukleotydów, wydzielanie hormo-

nów i neurotransmiterów, wzrost, podział czy różnicowa-

nie [5]. Każda komórka zawiera wysoko wyspecjalizowany

system mechanizmów umożliwiających regulację stężenia

jonów wapnia w cytoplazmie i organellach komórkowych.

Wśród nich są systemy wydajnie usuwające Ca

2+

do prze-

strzeni międzykomórkowej, jak również umożliwiające ich

magazynowanie w wyspecjalizowanych przedziałach ko-

mórkowych [6]. Niezwykle ważne są także mechanizmy

pozwalające na kontrolowane zwiększanie stężenia Ca

2+

w

cytoplazmie. Zagadnienia te są szerzej omówione w innych

artykułach opublikowanych w tym samym zeszycie Postę-

pów Biochemii.

Istnieje również udokumentowana ścisła zależność mię-

dzy stężeniem jonów wapnia w komórkach śródbłonka

naczyniowego, a stanem układu sercowo-naczyniowego.

Obecnie nie ulega wątpliwości, że wiele fizjologicznych

funkcji tego organu, takich jak wspomniane wcześniej wy-

twarzanie tlenku azotu, ale także synteza prostacykliny 2

(PGI

2

), czynnika aktywującego płytki krwi czy czynnika

Willebranda, jest regulowana poprzez kontrolowane zmia-

ny stężenia jonów wapnia w cytoplazmie komórek śród-

błonka. W komórkach spoczynkowych (niestymulowanych)

stężenie Ca

2+

wynosi około 60–110 nM, co jest wartością ty-

pową również dla innych rodzajów komórek [7]. Aktywacji,

a także uszkodzeniu komórek śródbłonka naczyniowego

towarzyszy pojawienie się we krwi rozpuszczalnych cząste-

czek adhezyjnych. Wśród wielu czynników aktywujących,

wymienia się niedokrwienie, aminy katecholowe, angioten-

synę II, cytokiny (IL-1, IL-6, TNF-α, TGF-β) i endotoksyny.

W pobudzonych komórkach śródbłonka, w odpowiedzi

na wzrost wewnątrzkomórkowego stężenia jonów wapnia

(uwolnionego z wewnątrzkomórkowych zasobów) lub w

wyniku powstania kompleksu Ca

2+

/kalmodulina, następu-

je wytwarzanie endoteliny-1 (ET-1). Jest to zjawisko opisy-

wane w nadciśnieniu płucnym, miażdżycy, niewydolności

nerek, ostrym zespole wieńcowym czy migrenie [8].

Wzrost stężenia jonów wapnia w cytoplazmie, a także

wzrost ilości wapnia w komórce są wynikiem kilku za-

leżnych od siebie procesów, takich jak uwalnianie jonów

wapnia z wewnątrzkomórkowych magazynów w siateczce

śródplazmatycznej (ER) oraz napływ Ca

2+

z macierzy poza-

komórkowej przez kanały zlokalizowane w błonie plazma-

tycznej. W regulacji sygnalizacji wapniowej biorą udział

także mitochondria, które przejściowo magazynując jony

wapnia, stają się ich źródłem w komórce w stanach pobu-

dzenia, wzmacniając sygnał wapniowy w cytoplazmie. Co

więcej, właśnie w pierwotnych komórkach śródbłonka HU-

VEC (ang. human umbilical vein endothelial cells) wykazano,

że mitochondria uczestniczą w uzupełnianiu wewnątrz-

komórkowych magazynów w ER, stanowiąc przejściowy

magazyn wapnia, a jednocześnie drogę jego transportu od

błony plazmatycznej do siateczki śródplazmatycznej [9,10].

Wydaje się jednak, że mechanizm ten nie jest osobliwością

komórek śródbłonka, lecz jest także istotny w innych ro-

dzajach komórek. Buforowanie jonów wapnia w mitochon-

driach, a w efekcie udział mitochondriów w przekazywaniu

sygnału wapniowego, zależy od stanu energetycznego tych

Rycina 2. Czynniki powodujące rozwój dysfunkcji śródbłonka naczyniowego.

Groty strzałek wskazują kierunek zmian. Niektóre czynniki wskazane na sche-

macie mogą być przyczyną uszkodzenia śródbłonka. W wielu przypadkach indu-

kujący uszkodzenia czynnik chorobowy może w dalszej kolejności być skutkiem

powstałej dysfunkcji.

420

www.postepybiochemii.pl

organelli. Wzrastająca pula magazynowanego w macierzy

mitochondrialnej Ca

2+

wpływa na aktywność kluczowych

enzymów mitochondrialnych, w tym enzymów cyklu kwa-

sów trikarboksylowych. Przyczynia się to do zwiększenia

ilości równoważników redukujących utlenianych w mi-

tochondrialnym łańcuchu transportu elektronów, czego

efektem jest wzrost potencjału mitochondrialnego (ΔΨ

m

) i

wytwarzania ATP. Z drugiej jednak strony, nadmierne na-

gromadzanie wapnia w mitochondriach wiąże się z wielo-

ma patologiami. Czynnikami bezpośrednio powodującymi

obniżenie ΔΨ

m

są między innymi tlenek azotu i cykliczny

GMP, które w efekcie zmniejszają zdolność mitochondriów

do pobierania jonów wapnia i ich magazynowania. NO jest

w tym przypadku ogniwem w układzie sprzężenia zwrot-

nego, o którym będzie mowa w dalszej części pracy.

Jony wapnia znajdujące się w mitochondriach sprzyjają

aktywacji mitochondrialnej izoformy syntazy tlenku azotu.

Wzrastające stężenie NO prowadzi do zahamowania szybko-

ści zużywania tlenu, obniżając potencjał wewnętrznej błony

mitochondrialnej, co z kolei ogranicza zdolność buforowania

wapnia w tych organellach [11,12]. Badając mechanizmy sy-

gnalizacji wapniowej w komórkach śródbłonka tętnicy płuc-

nej wykazano, że zwiększenie wytwarzania NO prowadzi do

zmniejszenia szybkości pojemnościowego napływu jonów

wapnia do tych komórek, zmniejsza amplitudę sygnału wap-

niowego indukowanego w wyniku stymulacji przez ATP

receptorów nukleotydowych i związanego z uwalnianiem

wapnia z siateczki śródplazmatycznej oraz obniża aktyw-

ność ATPazy wapniowej w błonie plazmatycznej (PMCA,

ang. plasma membrane calcium ATPase). Jednocześnie docho-

dzi do nadmiernego nagromadzania wapnia w magazynach

wewnątrzkomórkowych. A zatem, wzrost stężenia tlenku

azotu w komórce zmniejsza intensywność sygnału wapnio-

wego i przez to zwrotnie hamuje aktywność zależnej od Ca

2+

śródbłonkowej izoformy syntazy tlenku azotu [13].

Nie ulega wątpliwości, że wapń odgrywa istotną rolę w

wielu procesach typowych dla śródbłonka naczyniowego i

jest on niezbędny do prawidłowego funkcjonowania komó-

rek tworzących ten organ. Niektóre z tych zagadnień będą

omówione poniżej.

JONY WAPNIA REGULUJĄ FIZJOLOGICZNE

FUNKCJE ŚRÓDBŁONKA

REGULACJA NAPIĘCIA ŚCIAN NACZYNIA

Jedną z podstawowych fizjologicznych funkcji śródbłon-

ka naczyniowego jest regulacja napięcia ściany naczynia

krwionośnego, co polega na kontrolowaniu procesów skur-

czu i relaksacji mięśni gładkich okalających naczynie. Krą-

żenie krwi jest procesem dynamicznym, charakteryzującym

się dużą zmiennością. Istotne jest zatem, aby naczynia od-

powiednio reagowały na zachodzące zmiany w przepływie

i ciśnieniu krwi. Śródbłonek, jako pierwsza warstwa naczy-

nia, jest szczególnie narażony na hemodynamiczne naprę-

żenia i napięcia ścinające związane z przepływem krwi,

które mogą doprowadzić do uszkodzeń strukturalnych i

dysfunkcji czynnościowej.

Komórki śródbłonka wytwarzają i wydzielają tlenek

azotu oraz prostacyklinę 2, dwa główne czynniki odpowie-

dzialne za rozluźnianie mięśniówki naczynia. NO powstaje

w reakcji rozkładu argininy katalizowanej przez śródbłon-

kową syntazę tlenku azotu (eNOS, ang. endothelial nitric oxi-

de synthase), której działanie zależy od wapnia i kalmoduli-

ny. Spośród trzech izoform tego enzymu, właśnie izoforma

śródbłonkowa jest najbardziej wrażliwa na zmiany stężenia

tego jonu w cytoplazmie [14]. eNOS ulega aktywacji wte-

dy, gdy stężenie Ca

2+

w komórce zwiększa się. Wykazano,

że stymulacja produkcji NO towarzyszy długotrwałej ak-

tywacji pojemnościowego napływu jonów wapnia (SOCE,

ang. store operated calcium entry) [15]. Jak już wspomniano

wcześniej, nadmierny wzrost stężenia NO prowadzi do

wytłumienia sygnalizacji wapniowej i w efekcie zwrotnego

zmniejszenia aktywności zależnej od Ca

2+

syntazy NO, co

jest ważnym, z punktu widzenia funkcjonowania śródbłon-

ka, a także naczynia krwionośnego, mechanizmem sprzęże-

nia zwrotnego [16]. Synergistycznie z tlenkiem azotu działa

PGI

2

. Lipid ten powstaje na drodze enzymatycznej cykliza-

cji kwasu arachidonowego zachodzącej z udziałem syntazy

cyklicznego nadtlenku prostaglandynowego, nazywanej

także cyklooksygenazą. Pierwszym etapem wytwarzania

PGI

2

jest uwalnianie kwasu arachidonowego z fosfolipidów

błonowych katalizowane przez fosfolipazę A

2

(PLA

2

). Reak-

cja ta jest etapem ograniczającym szybkość syntezy prosta-

cykliny. Aktywność fosfolipazy A

2

, podobnie jak syntazy

tlenku azotu, wzrasta wraz ze zwiększającym się stężeniem

Ca

2+

w cytoplazmie [1]. A zatem, wapń łączy procesy syn-

tezy i wydzielania NO i PGI

2

przez śródbłonek. Interesu-

jącym jednak jest fakt, że kinetyka uwalniania tych dwóch

czynników jest inna, głównie z powodu niejednakowej

wrażliwości na wapń syntazy tlenku azotu i fosfolipazy A

2

.

Po zainicjowaniu sygnału wapniowego, NO jest wydzielane

w sposób ciągły, natomiast PGI

2

krótkotrwale [17]. Dzieje

się tak, ponieważ PLA

2

wymaga do aktywacji stosunkowo

dużego wzrostu stężenia Ca

2+

w cytoplazmie, który pojawia

się w pierwszych minutach po aktywacji komórki, jako na-

stępstwo opróżnienia wewnątrzkomórkowych magazynów

wapniowych. Natomiast syntaza tlenku azotu jest również

aktywowana przy niższych stężeniach jonów wapnia, które

utrzymują się dłużej i są efektem aktywacji napływu Ca

2+

ze

środowiska pozakomórkowego.

Tlenek azotu i PGI

2

nie są jedynymi czynnikami stymulu-

jącymi relaksację mięśni gładkich i rozkurcz naczyń krwio-

nośnych. Wykazano bowiem, że nawet w warunkach zaha-

mowania wytwarzania obu tych substancji w komórkach

śródbłonka, komórki mięśniowe naczynia nadal ulegały

rozkurczowi. Obserwacje te skłoniły do konkluzji, że ist-

nieje dodatkowy czynnik wytwarzany w komórkach śród-

błonka, powodujący hiperpolaryzację błony plazmatycznej

komórek mięśniowych i w efekcie ich rozkurcz. Czynnik

ten nazwano śródbłonkowym czynnikiem hiperpolaryzują-

cym (EDHF, ang. endothelium derived hyperpolarisation factor)

[18]. Potencjalnymi czynnikami wywołującymi zależną od

śródbłonka hiperpolaryzację komórek mięśni naczynia są,

jak się sądzi, jony K

+

, kwasy epoksyeikozatrienowe, nad-

tlenek wodoru. Ponadto, w mechanizmie przekazywania

sygnału od komórek śródbłonka do komórek mięśniowych

ważną funkcję pełnią także połączenia szczelinowe (ang.

gap junction) umożliwiające bezpośredni kontakt między

komórkami. Chociaż nie istnieje jeden uniwersalny czynnik

hiperpolaryzujący pochodzenia śródbłonkowego odpowie-

Postępy Biochemii 58 (4) 2012

421

dzialny za relaksację mięśni gładkich naczynia [19], wydaje

się, że jony wapnia są uniwersalnym przekaźnikiem sygna-

łu uczestniczącym w tym procesie. W niniejszej pracy do-

kładny przebieg procesu zależnej od śródbłonka hiperpola-

ryzacji miocytów będzie omówiony na przykładzie sytuacji,

w której rolę czynnika hiperpolaryzującego odgrywają jony

potasu (Ryc. 3). Niekiedy ten szlak nazywany jest klasyczną

drogą hiperpolaryzacji zależną od śródbłonka [20]. Nato-

miast w pracy Ozkor i Quyyumi można znaleźć szczegóło-

wy opis szlaków prowadzących do hiperpolaryzacji i relak-

sacji mięśni gładkich naczynia z udziałem innych potencjal-

nych EDHF [21].

Działanie bodźców chemicznych na komórki śródbłon-

ka, takich jak agoniści receptorów, w tym acetylocholina

czy bradykinina oraz bodźców mechanicznych, czyli na-

pięcia ścinającego przepływającej krwi, powoduje wzrost

cytoplazmatycznego stężenia jonów wapnia. Dochodzi do

aktywacji kanałów potasowych zależnych od Ca

2+

. Wypływ

jonów potasu z komórek śródbłonka powoduje lokalny

wzrost stężenia tego jonu w przestrzeni pomiędzy warstwą

śródbłonka a warstwą miocytów. Dochodzi do otwarcia

kanałów potasowych rektyfikujących (prostowniczych)

oraz aktywacji pompy sodowo-potasowej (Na

+

/K

+

) w bło-

nie komórki mięśniowej, co prowadzi do hiperpolaryzacji

komórek mięśniowych, zamknięcia zależnych od napięcia

kanałów wapniowych i w efekcie rozkurczu miocytów.

Początkowe zmiany stężenia jonów wapnia w cytopla-

zmie komórek śródbłonka występują pod postacią asyn-

chronicznych fal przesuwających się wzdłuż komórki.

Zmiany te występują także po zablokowaniu receptorów

rianodynowych w siateczce śródplazmatycznej, są jednak

wrażliwe na zahamowanie fosfolipazy C (PLC). Wskazuje

to na wiodącą rolę receptorów inozytolotrisfosforanowych

(IP

3

R) w uwalnianiu wapnia z ER i powstawaniu fal wap-

niowych [22]. Badania dowodzą, że za utrzymanie hiper-

polaryzacji błony plazmatycznej komórek mięśniowych od-

powiada napływ Ca

2+

z zewnątrz przez błonę komórkową

[23].

W stanach patologicznych, w których dochodzi do dys-

funkcji śródbłonka, wytwarzanie NO jest znacznie zmniej-

szone. Sugeruje się, że hiperpolaryzacja miocytów prze-

biegająca z udziałem kanałów potasowych aktywowanych

wapniem stanowi mechanizm kompensujący niedobory

NO [24]. Ponadto uwalnianie NO i PGI

2

, ale nie EDHF oka-

zało się wrażliwe na stres oksydacyjny [25]. Zaburzenia w

procesie zależnej od śródbłonka hiperpolaryzacji komórek

mięśni gładkich są jednym z objawów towarzyszących

wielu stanom patologicznym przebiegającym z dysfunkcją

śródbłonka.

UTRZYMANIE BARIERY KREW–NARZĄDY

Śródbłonek tworzy półprzepuszczalną barierę pomiędzy

krwią płynącą w świetle naczynia a komórkami znajdują-

cymi się w głębiej położonych warstwach. Do jego zadań

należy zatem kontrola przepływu gazów, elektrolitów oraz

związków drobno- i wielkocząsteczkowych pomiędzy tymi

dwoma środowiskami. W stanach patologicznych, śródbło-

nek nie wypełniając właściwie tej roli, może doprowadzić

do poważnych zaburzeń w funkcjonowaniu narządów. Sto-

pień przepuszczalności śródbłonka zależy bezpośrednio od

jego lokalizacji w organizmie.

W mózgu śródbłonek naczyniowy współtworzy barierę

krew-mózg, która pełni krytyczną rolę w utrzymaniu ho-

meostazy ośrodkowego układu nerwowego. Komórki w

tej warstwie są ze sobą połączone poprzez połączenia mię-

dzykomórkowe i połączenia ścisłe [26]. Śródbłonek bariery

krew-mózg różni się od śródbłonka naczyń w innych narzą-

dach brakiem szczelin i okienek [27] pomiędzy sąsiadujący-

mi komórkami. W wielu stanach chorobowych, takich jak

choroba Alzheimera, cukrzyca, udar, stany zapalne, inte-

gralność bariery krew-mózg ulega zaburzeniu. Wykazano,

że ważną rolę w utrzymaniu połączeń między komórkami

w tej warstwie mogą pełnić jony wapnia. W przypadku

połączeń międzykomórkowych zmniejszenie stężenia jo-

nów wapnia w przestrzeni zewnątrzkomórkowej powo-

duje rozłączenie (zanik oddziaływań) pozakomórkowych

domen kadheryny E komórek sąsiadujących [28]. Kadhe-

ryny połączone są pośrednio z aktyną przez białka zwane

kateninami. Następujące zmiany konformacyjne wewnątrz

komórki śródbłonka powodują zaburzenia w połączeniach

międzykomórkowych. Połączenia ścisłe, w których biorą

udział białka z grupy klaudyn, okludyn i białka ZO-1,-2,-

3, również są wrażliwe na stężenie zewnątrzkomórkowego

wapnia [29]. Dokładny mechanizm tej zależności nie jest po-

znany, choć już wiadomo, że wapń jest konieczny do prawi-

dłowego działania okludyny i ZO-1.

Dodatkowo, powszechnie akceptowany jest pogląd

wskazujący na podwyższone stężenie wewnątrzkomórko-

Rycina 3. Śródbłonkowe czynniki powodujące hiperpolaryzację błony plazma-

tycznej miocytów. Głównymi czynnikami hiperpolaryzującymi są NO i PGI

2

.

Klasyczna droga wymaga aktywacji kanałów potasowych zależnych od Ca

2+

na

błonie plazmatycznej komórek śródbłonka. COX — cyklooksygenaza; cAMP i

cGMP — cykliczne nukleotydy; Gap — połączenia szczelinowe.

422

www.postepybiochemii.pl

wego wapnia jako główny czynnik w dysfunkcji komórek

śródbłonka bariery krew–mózg [30]. Podczas udaru nastę-

puje pozbawienie komórek kontaktu z tlenem i substancja-

mi odżywczymi. Niedotlenienie powoduje wzrost stężenia

jonów wapnia w wielu typach komórek, także w śródbłon-

ku tworzącym barierę krew–mózg. W efekcie dochodzi do

uszkodzenia komórek i zaburzeń funkcjonalnych, a przede

wszystkim do wzrostu przepuszczalności warstwy śród-

błonka. Dokładny mechanizm tych zmian również nie zo-

stał poznany, choć wiadomo, że po zablokowaniu napływu

wapnia do wnętrza komórek można zapobiec powstającym

uszkodzeniom bariery [31].

Badania przeprowadzone ostatnio dowodzą, że śród-

błonkowa bariera krew–mózg traci swoją integralność rów-

nież w wyniku stresu mechanicznego, imitującego urazowe

uszkodzenia mózgu i związanego z nim wzrostu cytopla-

zmatycznego stężenia wapnia. Okazało się, że dwa kana-

ły z rodziny TRP (ang. transient receptor potential): TRPC1 i

TRPC2 są odpowiedzialne za ten proces [32]. Ponadto, inne

izoformy kanałów TRPC oraz kanały TRP typu V są wska-

zywane jako miejsca napływu Ca

2+

związanego ze wzro-

stem przepuszczalności komórek tej specyficznej warstwy

śródbłonka [33].

Wapń pełni również istotną rolę w barierze śródbłonko-

wej w innych narządach, na co kolejnym dobrym przykła-

dem są naczynia włosowate okalające pęcherzyki płucne.

W płucach rezultatem zwiększenia przepuszczalności war-

stwy śródbłonka jest wysięk płynu, obrzęk, a w rezultacie

uszkodzenie płuc. Zaobserwowano, że selektywny napływ

wapnia (ISOC, ang. calcium selective current) powoduje po-

jawienie się przerw pomiędzy sąsiadującymi komórkami

śródbłonka naczyń otaczających pęcherzyki płucne. Kanały

TRPC1 i TRPC4 biorą udział w tym procesie, jednak wciąż

nie wiadomo czy są to jedyne białka odpowiedzialne za na-

pływ jonów wapnia [34]. Sugeruje się, że zablokowanie tego

procesu może być celem dla interwencji farmakologicznej.

Dokładny szlak przemian, rozpoczynający się zaburze-

niem homeostazy wapniowej komórek śródbłonka i prowa-

dzący ostatecznie do utraty ciągłości i spójności w warstwie

śródbłonka naczyń płucnych, również nie jest do końca ja-

sny. Przypuszcza się, że prawdopodobnym miejscem dzia-

łania tego jonu może być cyklaza adenylanowa typu 6. Jest

to enzym przekształcający ATP w cykliczny AMP, mający

właściwości ochronne w stosunku do bariery śródbłon-

kowej. Wzrost cytoplazmatycznego stężenia Ca

2+

hamu-

je cyklazę adenylanową. Wzrost stężenia Ca

2+

może także

aktywować proteazy zależne od tego jonu, katalizujące hy-

drolizę białek wiążących aktynę, na przykład gesolinę, co

pociąga za sobą reorganizację cytoszkieletu aktynowego.

Co ciekawe, stwierdzono, że mechanizmy regulujące na-

pływ jonów wapnia do komórki śródbłonka dużych i ma-

łych naczyń płucnych nie są jednakowe. Zaobserwowano

między innymi intensywniejszy wzrost stężenia wapnia w

cytoplazmie po napływie pojemnościowym w komórkach

śródbłonka tętnicy płucnej w porównaniu do komórek

śródbłonka mikrokrążenia płucnego [35].

Warto także wspomnieć, że podczas procesów zapal-

nych, warstwa śródbłonka staje się przepuszczalna dla

komórek układu odpornościowego. Leukocyty przenikają

poprzez przestrzenie pomiędzy komórkami śródbłonka,

które tworzą się za sprawą fosforylacji lekkich łańcuchów

miozyny. Enzym odpowiedzialny za tą fosforylację - kinaza

lekkich łańcuchów miozyny (MLCK, ang. myosin light-chain

kinase) również działa w sposób zależny od wapnia i kalmo-

duliny [36]. Będzie to dokładniej opisane w dalszej części

tej pracy.

POWSTAWANIE NOWYCH NACZYŃ KRWIONOŚNYCH

Angiogeneza oznacza rozrost układu naczyniowego,

podczas którego dochodzi do tworzenia się nowych naczyń

w oparciu o już istniejące. Proces ten jest szeroko opisywany

jako fizjologiczna funkcja śródbłonka. Towarzyszy również

stanom patologicznym, na przykład podczas tworzenia

się guza litego w chorobie nowotworowej. Komórki śród-

błonka naczyniowego odgrywają pierwszoplanową rolę w

procesie angiogenezy, ulegając aktywacji poprzez sygnały

wysyłane przez środowisko w postaci czynników wzrosto-

wych, między innymi naczyniowo-śródbłonkowego czyn-

nika wzrostowego (VEGF, ang. vascular endothelial growth

factor) [37]. Aktywowane komórki śródbłonka zaczynają

się dzielić, zmieniać swoje właściwości adhezyjne, migro-

wać i w rezultacie różnicować w nowe naczynia. Także w

tym przypadku, jednym z kluczowych czynników regu-

lacyjnych są jony wapnia, co przedstawiono na rycinie 4.

Wiąże się to ze znaną rolą regulacyjną Ca

2+

w cyklu ko-

mórkowym [38]. VEGF aktywuje między innymi kaskadę

sygnalizacyjną zależną od kinazy białkowej aktywowanej

mitogenem (MAPK, ang. mitogen-activated protein kinase), w

tym kinazy ERK (ang. extra cellular signal-regulated kinases),

która jest markerem proliferacji komórek śródbłonka. Jedna

z dróg aktywacji tej kinazy jest zależna od jonów wapnia.

Poprzez przyłączenie VEGF do odpowiedniego receptora,

aktywowana zostaje fosfolipaza C, a produkt jej działania,

inozytolotrifosforan (IP

3

), powoduje uwalnianie wapnia z

siateczki śródplazmatycznej. W komórkach HUVEC obser-

wowano dwufazowy wzrost cytoplazmatycznego stężenia

Ca

2+

w odpowiedzi na VEGF, co oznacza, że po opróżnie-

niu wewnątrzkomórkowych magazynów, aktywacji uległ

Rycina 4. Rola wapnia w szlaku sygnalizacyjnym prowadzącym od naczyniowo-

-śródbłonkowego czynnika wzrostowego do procesu angiogenezy. Akt — kinaza

białkowa Akt; CAI — karboksyamido-triazol; IP

3

— inozytolotrifosforan; VEGF

— naczyniowo-śródbłonkowy czynnik wzrostowy; VEGFR — receptor VEGF.

Postępy Biochemii 58 (4) 2012

423

także pojemnościowy napływ jonów wapnia z przestrzeni

zewnątrzkomórkowej. Kinaza białkowa C, której aktyw-

ność zależy od Ca

2+

, aktywuje kinazy MAP. Jednak aktywa-

cja MAPK, mimo tego, że wymagana, nie jest czynnikiem

wystarczającym. Drugim elementem koniecznym do akty-

wowania proliferacji komórek śródbłonka są jony wapnia

[39]. VEGF aktywuje także kinazę białkową B (Akt), która

stymuluje produkcję NO. Tlenek azotu to czynnik prożycio-

wy, proproliferacyjny, który bardzo mocno wzmacnia mi-

togenną aktywność naczyniowo-śródbłonkowego czynnika

wzrostowego. Aktywność śródbłonkowej syntazy NO, jak

wspomniano powyżej, zależy od obecności wapnia. Ta za-

leżność może wyjaśniać obowiązkową obecność tego jonu

w procesie angiogenezy [40].

Ponad 30 lat temu zaobserwowano, że rozrost guza no-

wotworowego zależy od zachodzącego w nim procesu an-

giogenezy. Powstała wtedy koncepcja, by hamowanie tego

procesu wykorzystywać w terapii przeciwnowotworowej

[41]. Karboksyamido-triazol (CAI) jest postrzegany jako

potencjalna substancja hamująca angiogenezę w guzach no-

wotworowych, ponieważ blokuje napływ wapnia poprzez

kanały niezależne od napięcia, czyli w istocie blokuje SOCE

[42]. Do endogennych substancji antyangiogennych zalicza

się także angiostatynę i endostatynę, które hamują migrację

i proliferację komórek śródbłonka oraz aktywują programo-

waną śmierć komórki (apoptozę). Badania dowodzą, że tak-

że te dwie substancje wpływają na sygnalizację wapniową

w komórkach śródbłonka [43].

GOJENIE RANY JAKO PROCES AKTYWACJI

PODZIAŁÓW KOMÓRKOWYCH

Niezwykle złożonym procesem biologicznym jest gojenie

powstałej rany. Sygnał uruchamiający naprawę jest prze-

kazywany tylko do miejsc znajdujących się w najbliższym

sąsiedztwie uszkodzenia. Bezpośrednio po uszkodzeniu

warstwy śródbłonka obserwuje się tam wzrost stężenia Ca

2+

w komórce. Istnieją dowody na to, że prawidłowy przebieg

gojenia wymaga obecności tych jonów zarówno w środowi-

sku pozakomórkowym, jak też w wewnątrzkomórkowych

magazynach wapnia. Prawdopodobnie aktywowane są ka-

nały SOC, co potwierdza wykorzystanie BTP-2 (N-(4-[3,5-

-bis(trifluoromethyl)-1H-pyrazol-1-yl]phenyl)-4-methyl-

-1,2,3-thiadiazole-5-carboxamide), selektywnego inhibito-

ra napływu pojemnościowego, w badaniach dotyczących

uszkodzenia śródbłonka in situ. Jony wapnia aktywują

ekspresję wielu genów zaangażowanych w przemieszcza-

nie się komórek po zranieniu. Dodatkowo, jak już wspomi-

nano wcześniej, Ca

2+

przyczynia się do wzrostu produkcji

NO, który następnie aktywuje proliferację komórek śród-

błonka naczyniowego, niezwykle istotną podczas naprawy

uszkodzonej tkanki. Zauważono, że uruchomienie szlaku

naprawy uszkodzonego miejsca jest procesem zależnym

od ATP [44]. Wykazano również, że białka zaangażowane

w aktywację pojemnościowego napływu mają bezpośredni

wpływ na proliferację komórek śródbłonka. Stwierdzono,

że wyciszenie genów kodujących białka STIM1 i Orai1 zna-

cząco ogranicza podziały komórkowe, ponieważ prowadzi

to do zatrzymania cyklu komórkowego w fazie S i G2/M

[45]. Białko STIM 1 (ang. stromal Interaction molecule 1) zo-

stało zidentyfikowane jako czujnik stężenia jonów wapnia

w magazynach wewnątrzkomórkowych, a jego obecność

stwierdzono w błonach siateczki śródplazmatycznej, jak

również w błonie plazmatycznej. Natomiast wykazano, że

białko Orai1 stanowi element kanału aktywowanego STIM

1, czego skutkiem jest pojemnościowy napływ wapnia [46].

ROZWÓJ DYSFUNKCJI ŚRÓDBŁONKA

NACZYNIOWEGO

ODPOWIEDŹ NA DZIAŁANIE

CZYNNIKÓW PROZAPALNYCH

Stan zapalny to reakcja tkanek na zranienie lub antygen,

która może obejmować ból, obrzęk, swędzenie, zaczerwie-

nienie czy utratę funkcji. W pierwszej kolejności dochodzi do

zwiększenia ukrwienia tkanki na skutek rozszerzenia naczyń

krwionośnych, a także do wzrostu ich przepuszczalności. W

komórkach śródbłonka, w odpowiedzi na działanie cytokin

prozapalnych, w tym czynnika martwicy nowotworu (TNFα,

ang. tumor necrosis factor alpha), obserwuje się zaburzenia regu-

lacji stabilności mRNA dla eNOS. Skutkiem tego jest zmniej-

szenie ekspresji genu kodującego ten enzym oraz zmniejsze-

nie syntezy NO. Jednakże, wtórnym efektem towarzyszącym

stanowi zapalnemu jest zwiększenie aktywności indukowanej

izoformy NOS (iNOS, ang. inducible nitric oxide synthase), która

sprzyja zależnemu od IP

3

uwolnieniu Ca

2+

z siateczki śródpla-

zmatycznej. Dochodzi do aktywacji MLCK, co, jak wspomnia-

no powyżej, powoduje zwiększenie przepuszczalności barie-

ry śródbłonkowej dla leukocytów [47]. Markerami rozwoju

zmian zapalnych są pojawiające się we krwi obwodowej (for-

ma rozpuszczalna) lub na powierzchni komórek śródbłonka

(forma związana) cząsteczki adhezyjne: międzykomórkowe

cząsteczki adhezyjne (ICAM-1), cząsteczki adhezji komórek

naczyniowych (VCAM-1), cząsteczki adhezji płytek krwi (PE-

CAM-1) oraz śródbłonkowej selektyny E. Szlaki sygnałowe

związane ze stanem zapalnym aktywowane są na drodze za-

leżnej od pojemnościowego napływu jonów wapnia. Dotyczy

to między innymi czynnika transkrypcyjnego NF-κB (jądrowy

czynnik κB), jądrowego czynnika aktywowanych komórek T

(NF-AT), śródbłonkowej syntazy tlenku azotu oraz leukotrie-

nów. NF-κB i NF-AT odgrywają istotną rolę w aktywacji ukła-

du odpornościowego, proliferacji komórek i aktywacji genów

przez cytokiny prozapalne. Co ważne, szczególnie w kontek-

ście niniejszej pracy, oba te czynniki są aktywowane na drodze

zależnej od Ca

2+

[48]. Aktywność NF-AT jest ściśle regulowana

przez kalcyneurynę, fosfatazę serynową zależną od wapnia i

kalmoduliny [49].

Wykazano, że kanały związane z SOCE odgrywają zna-

czącą rolę w krótkotrwałej i długotrwałej regulacji proce-

sów zapalnych. Ich udział wiąże się z chorobami związany-

mi z przewlekłym stanem zapalnym, takimi jak: przewlekłe

zapalenia stawów, miażdżyca naczyń krwionośnych czy

astma. Postuluje się, że napływ jonów wapnia przez kanały

SOC opisywany niekiedy jako CRAC (ang. calcium release ac-

tivated current), może stanowić cel terapeutyczny w leczeniu

tych chorób [50]. W komórkach śródbłonka naczyniowego

obserwowano podwyższenie wewnątrzkomórkowego stę-

żenia jonów wapnia na skutek działania szeregu czynników

prozapalnych. Wzrost stężenia Ca

2+

poprzedzał uruchomie-

nie kaskady zdarzeń prowadzących do zmian przepusz-

czalności w obrębie małych naczyń krwionośnych, przy

czym wydaje się, że aktywacja kinazy białkowej C nie jest

424

www.postepybiochemii.pl

tutaj konieczna [51]. Jednocześnie, w komórkach HUVEC,

rosnących w środowisku ubogim w jony wapnia, obserwo-

wano zwiększenie poziomu białka zwanego cząsteczką ad-

hezyjną ICAM-1, która odpowiada za oddziaływanie komó-

rek śródbłonka z leukocytami i płytkami krwi [52].

Czynniki pośredniczące w rozwoju stanu zapalnego

wpływają na kształt oraz przepuszczalność komórek śród-

błonka naczyń krwionośnych w płucach, jak wspomniano

w podrozdziale dotyczącym bariery krew-narządy. Wydaje

się, że jest to związane ze specyficzną aktywacją kanałów

SOC, która przyczynia się pośrednio do zmiany wewnątrz-

komórkowego stężenia cyklicznego AMP. Wiadomo, że o

ile podwyższony poziom wapnia w komórce zwiększa ba-

rierę przepuszczalności śródbłonka, o tyle podniesiony po-

ziom cyklicznego AMP wykazuje przeciwne działanie [7].

STRES OKSYDACYJNY

Stres oksydacyjny, czyli stan zaburzonej równowagi

między ilością wytwarzanych reaktywnych form tlenu, a

zdolnością do ich usuwania, stanowi podłoże do rozwoju

chorób układu sercowo-naczyniowego. W wyniku zwięk-

szonego stresu oksydacyjnego dochodzi do uszkodzenia

tkanek. Odgrywa to niezwykle istotną rolę w przebiegu

wielu procesów fizjologicznych i patologicznych, między

innymi w starzeniu, rozwoju choroby nowotworowej, cho-

robach neurodegeneracyjnych, cukrzycy, miażdżycy, jak

również towarzyszy ischemii i reperfuzji oraz chorobom

autoimmunologicznym.

RFT mogą być wytwarzane w kilku miejscach w komór-

ce. Za główne ich źródło uważa się mitochondrialny łańcuch

oddechowy, ale istotną rolę odgrywają również oksydaza

ksantynowa, oksydaza NAD(P)H czy śródbłonkowa synta-

za tlenku azotu. Wspomniana oksydaza NAD(P)H katali-

zuje powstanie anionorodnika ponadtlenkowego na drodze

jednoelektronowej redukcji tlenu z użyciem NADPH lub

NADH. Enzym ten może wytwarzać znaczne ilości wolnych

rodników tlenowych. Jego aktywatorami są między innymi

angiotensyna II, trombina, TNF-α, ale także stres mecha-

niczny. Wzmożona produkcja RFT w mitochondrialnym

łańcuchu oddechowym może wynikać z jego częściowego

zahamowania i wzrostu stopnia redukcji dinukleotydów

nikotynoamidoadeninowych w macierzy mitochondrialnej.

Wykazano, że nadtlenek wodoru (H

2

O

2

) powoduje wzrost

stężenia wolnych jonów wapnia we wnętrzu komórki, co z

kolei skutkuje zwiększeniem ilości Ca

2+

akumulowanego w

mitochondriach. Wykazano także, że w warunkach stresu

oksydacyjnego modulowane jest funkcjonowanie kanałów

TRP (Ryc. 5) na skutek uszkodzenia tratw lipidowych bo-

gatych w kaweolinę-1. Dodatkowo, TRPC w komórkach

śródbłonka działają jak czujniki NO, bowiem tlenek azotu

może aktywować TRPC1, TRPC4, TRPC5, TRPV1, TRPV3 i

TRPV4. Wymienione receptory odgrywają, jak wspomnia-

no, istotną rolę w relaksacji naczyń zależnej od śródbłonka.

Są one zapewne białkami współtworzącymi lub aktywują-

cymi kanały wapniowe, a skutkiem ich aktywacji jest na-

pływ jonów wapnia do wnętrza komórki [53].

Poza enzymami wytwarzającymi RFT, w prawidłowej

komórce istnieją mechanizmy obronne, enzymatyczne i

nieenzymatyczne, które pozwalają na utrzymanie prawi-

dłowego potencjału oksydoredukcyjnego, a ponadto biorą

udział w naprawianiu uszkodzeń oksydacyjnych powodo-

wanych przez RFT. Do enzymów usuwających RFT, a przez

to wykazujących działanie przeciwutleniające należą mię-

dzy innymi: dysmutazy ponadtlenkowe, peroksydaza glu-

tationowa czy katalazy [54].

Nadmierna produkcja reaktywnych form tlenu może po-

wodować upośledzenie czynności pompy Na

+

/K

+

, ATPazy

wapniowej w siateczce śródplazmatycznej oraz wymiennika

Na

+

/Ca

2+

, co powoduje rozchwianie homeostazy wapniowej

komórki. [55]. Wykazano, że stężenie markerów stresu oksy-

dacyjnego jest zwiększone u pacjentów z niewydolnością ser-

ca, jak również dobrze koreluje ze stopniem dysfunkcji lewej

komory oraz zaawansowaniem niewydolności serca [56,57].

Dowodzi się, że w układzie sercowo-naczyniowym wolne

rodniki regulują funkcje wielu białek, w tym białek kana-

łów jonowych i pomp wapniowych, między innymi SERCA

(ang. sarco/endoplasmic reticulum calcium ATPase). Zauważono

również, że w hiperglikemii i cukrzycy, stres oksydacyjny

jest jednym z głównych czynników przyczyniających się do

rozwoju chorób sercowo-naczyniowych. Stwierdzono w tym

wypadku, że w mikronaczyniach produkcja RFT jest skutkiem

wzrostu stężenia glukozy w komórkach śródbłonka, zaś w du-

żych naczyniach krwionośnych, jak również w sercu, stanowi

prawdopodobnie konsekwencję wzrostu utleniania kwasów

tłuszczowych [58]. Wykazano również, że produkcja RFT w

mitochondriach wzrasta w wyniku zwiększenia stężenia jo-

nów wapnia w tych organellach. Dochodzi do tego po akty-

wacji receptorów sprzężonych z białkami G, których aktywa-

torem jest między innymi trombina. Mobilizacja Ca

2+

następu-

je w wyniku współdziałania z receptorem IP

3

. Jest to jedna z

dróg umożliwiających adhezję leukocytów do komórek śród-

błonka w przypadku zapalenia indukowanego trombiną [59].

Związek między zmianami wewnątrzkomórkowego poziomu

wapnia a produkcją RFT zauważono także w przypadku sty-

Rycina 5. Aktywacja napływu wapnia wpływa na funkcjonowanie śródbłonka.

Stres oksydacyjny, naczyniowo-śródbłonkowy czynnik wzrostowy (VEGF), jak

również napięcia związane z przepływem krwi modulują aktywność wielu ka-

nałów wapniowych (w tym z rodziny TRP). Napływający Ca

2+

reguluje liczne

procesy charakterystyczne dla śródbłonka. AA — kwas arachidonowy; Orai1 —

białko wchodzące w skład kanału wapniowego, który uczestniczy w napływie

pojemnościowym.

Postępy Biochemii 58 (4) 2012

425

mulacji komórek przez ATP. Nie do końca wiadomo jednak

jakie jest w tym przypadku główne źródło reaktywnych form

tlenu. Podanie inhibitorów mitochondrialnego łańcucha odde-

chowego, rotenonu i antymycyny A, nie dało jednoznacznych

odpowiedzi. Nasunęło jednak przypuszczenia co do aktywa-

cji, innych niż mitochondria, mechanizmów zwiększających

produkcję RFT [60].

W celu uzyskania bezpośrednich dowodów wpływu stre-

su oksydacyjnego na homeostazę wapniową w komórkach

śródbłonka, prowadzono doświadczenia, w których uprze-

puszczalniano błonę plazmatyczną, a następnie traktowano

komórki nadtlenkiem wodoru. Zauważono zwiększenie stę-

żenia wapnia w mitochondriach, do którego prawdopodob-

nie dochodzi na skutek inaktywacji wymiennika Na

+

/Ca

2+

w

tych organellach. Postuluje się, że taki sposób rozregulowa-

nia sygnałów wapniowych w komórce może być istotny w

stanach patologicznych układu sercowo-naczyniowego [12].

Zahamowanie napływu jonów wapnia przez czynniki

oksydacyjne poprzedza zahamowanie stymulowanego agoni-

stą uwolnienia jonów wapnia z ER. Przypuszcza się, że stres

oksydacyjny przyczynia się do utlenienia przekaźnika sygnału

i/lub miejsca jego wiązania w błonie plazmatycznej. Może to

dotyczyć miejsca wiązania cząsteczki przekaźnika, poru kana-

łu, czy też mechanizmu bramkowania kanału. Ponadto, stres

oksydacyjny może wpływać na białka transportujące błony

plazmatycznej, co wpływa na gradient jonowy i wtórnie ha-

muje napływ Ca

2+

. Poza zahamowaniem aktywności transpor-

tu jonów, postulowana jest indukowana stresem oksydacyj-

nym aktywacja nieselektywnych kanałów kationowych, kana-

łów potasowych zależnych od Ca

2+

i pomp sodowych w błonie

plazmatycznej. Zmiana w sygnalizacji wapniowej i transporcie

przez błony stanowi podstawę do dalszych zaburzeń w funk-

cjonowaniu komórek śródbłonka naczyniowego, włączając

modyfikacje w przekazywaniu sygnału do komórek mięśni

gładkich i innych komórek towarzyszących. W przypadku

długotrwałego stresu oksydacyjnego stwierdzono wzrost spo-

czynkowego stężenia jonów wapnia w komórkach śródbłon-

ka. Przypuszcza się, że jest to spowodowane zahamowaniem

pomp wapniowych w błonie plazmatycznej [61].

W warunkach nadmiernego stresu oksydacyjnego ob-

serwuje się zwiększenie śmiertelności komórek śródbłonka

naczyniowego. Dochodzi do indukcji genów związanych

z apoptozą, któremu towarzyszy aktywacja zależnych od

Ca

2+

kinaz i/lub fosfataz. Dodatkowo, wzrost wewnątrzko-

mórkowego stężenia wapnia sprzyja aktywacji proteaz i/

lub endonukleaz, które powodują uszkodzenia DNA, cha-

rakterystyczne dla programowanej śmierci komórki [62].

CZYNNIKI RYZYKA CHORÓB

SERCOWO-NACZYNIOWYCH

NADCIŚNIENIE TĘTNICZE JAKO SKUTEK I

PRZYCZYNA STRESU OKSYDACYJNEGO

Nadciśnienie tętnicze jest jednym z czynników, którego

skutkiem może być dysfunkcja śródbłonka. Mimo wielolet-

nich badań, mechanizmy prowadzące do rozwoju tej choroby

nie są ostatecznie wyjaśnione. We wczesnych etapach kluczo-

wą wydaje się rola stresu oksydacyjnego w komórkach śród-

błonka naczyniowego. Z drugiej jednak strony, wytwarzanie

RFT w komórkach śródbłonka może być dalszym skutkiem

nadciśnienia tętniczego. Powstaje zatem pętla dodatniego

sprzężenia, utrudniająca rozpoznanie skutku i przyczyny.

Stres oksydacyjny prowadzi do wzrostu oporu naczyniowego

na skutek obniżonej biodostępności NO, peroksydacji lipidów

błonowych i upośledzenia rozkurczu oraz poprzez zwięk-

szenie proliferacji mięśni gładkich ściany naczynia [54]. Do

skurczu mięśni gładkich, jak opisywano w rozdziale dotyczą-

cym regulacji napięcia naczyń, dochodzi w wyniku wzrostu

wewnątrzkomórkowego stężenia jonów wapnia. Powstaje

kompleks Ca

2+

/kalmodulina, który aktywuje MLCK. Nastę-

puje fosforylacja lekkich łańcuchów miozyny prowadząca w

konsekwencji do aktywacji miozyny tworzącej kompleks z

aktyną. Dochodzi do skurczu mięśni gładkich. Proces ten wy-

maga hydrolizy ATP. Aktywacja cyklazy guanylanowej przez

NO i w efekcie wzrost stężenie cyklicznego GMP powoduje

aktywację fosfatazy, która katalizuje defosforylację miozyny,

a zatem jej inaktywację, co prowadzi ostatecznie do rozkurczu

mięśni. Proces ten powoduje zmniejszenie wrażliwości mięśni

gładkich na jony wapniowe. Wzrasta aktywność zależnych od

wapnia kanałów potasowych, czego skutkiem jest opisywana

powyżej hiperpolaryzacja błony komórkowej i zmniejszenie

aktywności zależnych od napięcia kanałów wapniowych [63].

W badaniach komórek śródbłonka izolowanych ze szczurów,

u których spontanicznie rozwijało się nadciśnienie, obserwo-

wano przeładowanie jonami wapnia, któremu towarzyszyło

zwiększenie produkcji RFT [9,47]

Jednym ze szczególnie poważnych przypadków choroby

nadciśnieniowej jest nadciśnienie ciężarnych i towarzyszący

mu stan przedrzucawkowy. Są to jedne z najbardziej niebez-

piecznych powikłań ciąży, które wiążą się ze zwiększonym

ryzykiem śmiertelności okołoporodowej. Patologiom tym to-

warzyszy wzrost poziomu endoteliny-1 (ET-1), który nastę-

puje w odpowiedzi na wzrost stężenia jonów wapnia uwal-

nianego z magazynów wewnątrzkomórkowych. Interesujące

z diagnostycznego punktu widzenia jest to, że stężenie ET-1

może być wykorzystywane u ciężarnych w ocenie zaawan-

sowania nadciśnienia indukowanego ciążą [8]. Zarówno w

nadciśnieniu tętniczym, jak i w nadciśnieniu ciężarnych,

obserwuje się obniżenie dostępności NO, co jest przecież

niezwykle istotne dla zachowania prawidłowych funkcji

śródbłonka naczyniowego. Wykazano, że w czasie ciąży, me-

chanizmy adaptacyjne kompensujące niedobory NO, akty-

wowane są na drodze zależnej od współdziałania receptorów

IP

3

i TRPC na poziomie błony plazmatycznej [64]. U kobiet

w stanie przedrzucawkowym stwierdzono znacznie mniej-

sze pobieranie jonów wapnia, w porównaniu ze zdrowymi

ciężarnymi kobietami. Wykazano, że ryzyko wynikające z in-

dukowanego ciążą nadciśnienia i stanu przedrzucawkowe-

go, zdecydowanie obniżało się u ciężarnych przyjmujących

suplementy diety zawierające wapń. Prawdopodobnie jest

to skutkiem wpływu Ca

2+

na syntezę tlenku azotu w komór-

kach śródbłonka. W badaniach in vitro wykazano, że zmiany

stężenia wapnia w środowisku zewnątrzkomórkowym mają

istotny wpływ na poziom syntezy eNOS, a zatem bezpośred-

nio wpływają na ilość wydzielanego NO [52].

CUKRZYCA JAKO WYSOKI CZYNNIK RYZYKA

POWIKŁAŃ SERCOWO-NACZYNIOWYCH

Cukrzyca typu 2 jest obecnie najpowszechniejszym scho-

rzeniem metabolicznym na świecie, a liczba chorych rośnie

426

www.postepybiochemii.pl

w szybkim tempie. Komplikacje ze strony układu sercowo-

-naczyniowego są głównym powodem pogorszenia stanu

zdrowia i śmierci wśród tych pacjentów. Ekspozycja komórek

śródbłonka na, charakterystyczne dla cukrzycy, wysokie stę-

żenia glukozy znacznie przekraczające prawidłowy poziom

fizjologiczny, przyczynia się do ich poważnych uszkodzeń.

Zaobserwowano także, że w warunkach hiperglikemii za-

burzeniom podlega homeostaza wapniowa komórek śród-

błonka. Przeprowadzone badania na różnego typu modelach

doświadczalnych śródbłonka naczyniowego wskazują na we-

wnątrzkomórkowy wzrost stężenia wolnych jonów wapnia w

warunkach hiperglikemii (Ryc. 6). Opisano to między innymi

dla pierwotnych komórkach HUVEC oraz wyprowadzonej z

nich linii unieśmiertelnionej EA.hy926. Nie do końca jest jasne,

czy zwiększenie stężenia Ca

2+

w cytoplazmie tych komórek

po inkubacji w warunkach hiperglikemicznych następuje na

skutek wzmożonego opróżniania wewnątrzkomórkowych

magazynów czy poprzez aktywację napływu z przestrzeni

pozakomórkowej [65,66]. Czterodniowe traktowanie komórek

HUVEC glukozą o stężeniu 30 mM, prowadzi na przykład do

zwiększenia pojemnościowego napływu wapnia. Aktywacja

tych komórek histaminą dała podobne rezultaty. Ponadto,

zauważono również, że hiperglikemia powoduje apoptozę

na drodze zależnej od kalcyneuryny i SOCE. Ca

2+

jest aktywa-

torem tego enzymu, zaś sama kalcyneyruna odgrywa istotną

rolę w procesach związanych z programowaną śmiercią ko-

mórek. Sugeruje się, że proces ten jest aktywowany w wyniku

zwiększonej produkcji nadtlenku wodoru [67]. Inne badania

pokazują, że w warunkach hiperglikemicznych w śródbłon-

ku dochodzi do zmian aktywności białek uczestniczących w

utrzymaniu homeostazy wapniowej takich jak SERCA oraz

wymiennika Na

+

/Ca

2+

(NCX) [68].

Komórki śródbłonka naczyniowego, główny cel uszkodzeń

hiperglikemicznych u cukrzyków, mimo znacznego wzrostu

stężenia glukozy, nie wykazują istotnych zmian w szybkości

transportu tego cukru. Zaobserwowano, że w cukrzycy do-

chodzi do zaburzenia homeostazy wapniowej w kardiomio-

cytach na drodze zależnej od acetylacji O-GlcNAc (ang. O-

-linked-N-acetylglucosamine). O-GlcNAc zmniejsza ilość mRNA

i syntezę białka ATPazy wapniowej drugiej (SERCA2) w

siateczce sarkoplazmatycznej, jak również obniża aktywność

promotora dla tego genu. Zaburza to pojemnościowy napływ

wapnia, głównie napływ jonów Ca

2+

przez kanały w błonie

plazmatycznej aktywowane opróżnieniem magazynów wap-

niowych w siateczce śróplazmatycznej i sarkoplazmatycznej

[58]. Ca

2+

jest skutecznym aktywatorem syntazy tlenku azotu,

jak też odgrywa kluczową rolę w regulowaniu aktywności

tego enzymu, co było omawiane powyżej. eNOS jest wrażliwa

na wszelkie zmiany wewnątrzkomórkowej zawartości wol-

nych jonów wapnia [69]. W cytoplazmie komórek śródbłonka

naczyniowego eksponowanych na wysokie stężenia glukozy

obserwowano znaczące obniżenie spoczynkowego stężenia

wapnia. Może to zatem prowadzić do obniżenia aktywności

NOS, a co za tym idzie zmniejszenia ilości powstającego tlenku

azotu [70].

W komórkach HUVEC, uwolnienie jonów wapnia z sia-

teczki śródplazmatycznej jest wystarczające do aktywacji ki-

nazy zależnej od AMP. Enzym ten odgrywa w komórkach

śródbłonka istotną rolę w procesach związanych z regulacją

metabolizmu i angiogenezą. Jego aktywacja chroni komórki

przed różnego rodzaju stresem, między innymi wysokimi stę-

żeniami glukozy (hiperglikemia) czy kwasów tłuszczowych

(hiperlipidemia). AMPK reguluje metabolizm kwasów tłusz-

czowych i reguluje pobieranie glukozy, przez co jest związana

z metabolizmem energetycznym komórek. Enzym ten fosfory-

luje eNOS i tym samym ją aktywuje, co prowadzi do wzrostu

produkcji NO. Dodatkowo zwiększa wrażliwość na insulinę

i chroni komórki śródbłonka przed apoptozą indukowaną w

warunkach hiperglikemii [71].

PODSUMOWANIE

Nie ulega wątpliwości, że jon wapniowy jest jednym z naj-

ważniejszych przekaźników sygnału we wszystkich rodzajach

komórek. Jego stężenie jest precyzyjnie regulowane dzięki

obecności pomp, wymienników, kanałów, magazynów i bufo-

rów wapniowych. Liczne białka wrażliwe na zmiany stężenia

Ca

2+

dekodują sygnał wapniowy i umożliwiają prawidłową

reakcję komórki. Mechanizmy te są w swojej istocie podobne

we wszystkich typach komórek, natomiast koordynacja ich

działania z innymi, komórkowo specyficznymi

procesami sprawia, że działanie jonów wapnia

jest jednocześnie uniwersalne i wszechstronne.

W komórkach śródbłonka wapń uczestniczy w

procesach charakterystycznych dla tego organu,

reguluje napięcie ścian naczyń krwionośnych,

bierze udział w utrzymaniu bariery krew-tkan-

ki czy narządy, ale również uczestniczy w po-

wstawaniu nowych naczyń krwionośnych czy

gojeniu ran. Poza znaczeniem wapnia dla fizjo-

logicznych funkcji śródbłonka, jon ten reguluje

odpowiedź komórek na stres. W wielu stanach

patologicznych dochodzi do zaburzenia przeka-

zywania sygnału między warstwą śródbłonka a

mięśniówką okalającą naczynia. Podejmowano

już próby hamowania rozwoju nowotworów

zależnego od angiogenezy poprzez ingerencję

w mechanizmy regulujące napływ wapnia. Wy-

daje się, że dokładne poznanie mechanizmów

regulujących zmiany stężenia jonów wapnia

w komórkach śródbłonka, może mieć istotne

Rycina 6. Hiperglikemia sprzyja rozwojowi dysfunkcji śródbłonka. Glukoza w wysokim stężeniu za-

burza sygnalizację wapniową, przyczynia się do zwiększonej produkcji RFT, prowadzi do zmniejsze-

nia biodostępności NO, obniża wydzielanie PGI

2

oraz indukuje odpowiedź zapalną komórek śród-

błonka. PKC — kinaza białkowa C; NADPH Ox — oksydaza NAD(P)H; ICAM1 i VCAM1 — cząstecz-

ki adhezyjne; ET-1 — endotelina 1.

Postępy Biochemii 58 (4) 2012

427

znaczenie dla przeciwdziałania dysfunkcjom śródbłonka in-

dukowanym różnymi czynnikami. Sugeruje się, że regulacja

homeostazy wapniowej może stanowić cel ingerencji farma-

kologicznej związanej z przeciwdziałaniem wielu patologiom.

PIŚMIENNICTWO

1. Khazaei M, Moien-Afshari F, Laher I (2008) Vascular endothelial func-

tion in health and diseases. Pathophysiology 15: 49-67

2. Esper RJ, Nordaby RA, Vilariño JO, Paragano A, Cacharrón JL,

Machado RA (2006) Endothelial dysfunction: a comprehensive ap-

praisal. Cardiovasc Diabetol 23: 5 artykuł 4

3. Gomułka S, Mizia-Stec K, Gąsior Z, Mizia M (2005) Nieinwazyjne me-

tody oceny funkcji śródbłonka naczyniowego. Pol Przegl Kardiol 7:

77-82

4. Tang EHC, Leung FP, Huang Y, Félétou M, So K-F, Man RYK, Van-

houtte PM (2007) Calcium and reactive oxygen species increase in

endothelial cells in response to releasers of endothelium-derived con-

tracting factor. Br J Pharmacol 151: 15-23

5. Barańska J, Nalepa I (2010) Przekazywanie sygnałów w komórce. W:

Polskie i światowe osiągnięcia nauki. Nauki biologiczne. Oprac. zbio-

rowe. Gliwice: Fundacja im. Wojciecha Świętosławskiego na Rzecz

Wspierania Nauki i Rozwoju Potencjału Naukowego w Polsce, str.

185-230

6. Clapham DE (2007) Calcium signaling. Cell 131: 1047-1058
7. Moore TM, Chetman PM, Kelly JJ, Stevens T (1998) Signal transduc-

tion and regulation of lung endothelial cell permeability. Interaction

between calcium and cAMP. Am J Physiol 275: L203-L222

8. Lisowska B, Nowacka E (2009) Funkcja i rola śródbłonka w nadciśnie-

niu indukowanym ciążą. Anest Ratow 3: 336-343

9. Socha MJ, Behringer EJ, Segal SS (2011) Calcium and electrical signal-

ing along endothelium of the resistance vasculature. Basic Clin Phar-

macol Toxicol 110: 80-86

10. Malli R, Frieden M, Trenker M, Graier WF (2005) The role of mitochon-

dria for Ca

2+

refilling of the endoplasmic reticulum. J Biol Chem 280:

12114-12122

11. Levine AB, Punihaole D, Levine TB (2012) Characterization of the role

of nitric oxide and its clinical applications. Cardiology 122: 55-68

12. Davidson SM, Duchen MR (2007) Endothelial mitochondria. Contrib-

uting to vascular function and disease. Circ Res 100: 1128-1141

13. Dedkova EN, Blatter LA (2002) Nitric oxide inhibits capacitative Ca

2+

entry and enhances endoplasmic reticulum Ca

2+

uptake in bovine vas-

cular endothelial cells. J Physiol 539: 77-91

14. Fleming I, Busse R (2009) Molecular mechanisms involved in the re-

gulation of the endothelial nitric oxide synthase. Am J Physiol Regul

Integr Comp Physiol 284: R1-R12

15. Lin S, Fagan KA, Li KX, Shaul PW, Cooper DM, Rodman DM (2000)

Sustained endothelial nitric-oxide synthase activation requires capaci-

tative Ca

2+

entry. J Biol Chem 275: 17979-17985

16. Munaron L (2006) Intracellular calcium, endothelial cells and angio-

genesis recent patents on anti-cancer drug. Discovery 1: 105-119

17. Mitchell JA, Ali F, Bailey L, Moreno L, Harrington LS (2008) Role of

nitric oxide and prostacyclin as vasoactive hormones released by the

endothelium. Exp Physiol 93: 141-147

18. McGuire JJ, Ding H, Triggle CR (2001) Endothelium-derived relaxing

factors: a focus on endothelium-derived hyperpolarizing factor(s).

Can J Physiol Pharmacol 79: 443-470

19. Kozłowska H, Baranowska M, Gromotowicz A, Malinowska B (2007)

EDHF - środbłonkowy czynnik hiperpolaryzujący. Znaczenie w fizjo-

logii i chorobach naczyń krwionośnych. Postepy Hig Med Dosw 61:

555-564

20. Edwards G, Félétou M, Weston AH (2010) Endothelium-derived hy-

perpolarising factors and associated pathways: a synopsis. Pflugers

Arch 459: 863-879

21. Ozkor MA, Quyyumi AA (2011) Endothelium-derived hy-

perpolarizing factor and vascular function. Cardiol Res Pract,

doi:10.4061/2011/156146

22. Dora KA (2010) Coordination of vasomotor responses by the endothe-

lium. Circ J 74: 226-232

23. Fukao M, Hattori Y, Kanno M, Sakuma I, Kitabatake A (1997) Sources

of Ca

2+

in relation to generation of acetylcholine-induced endotheli-

um-dependent hyperpolarization in rat mesenteric artery. Br J Phar-

macol 120: 1328-1334

24. Clark SG, Fuchs LC (2000) BK(Ca) channels compensate for loss of

NOS-dependent coronary artery relaxation in cardiomyopathy. Am J

Physiol Heart Circ Physiol 279: H2598-H2603

25. Kaw S, Hecker M (1999) Endothelium-derived hyperpolarizing fac-

tor, but not nitric oxide or prostacyclin release, is resistant to menadi-

one-induced oxidative stress in the bovine coronary artery. Naunyn

Schmiedebergs Arch Pharmacol 359: 133-139

26. Wnuczko K, Szczepański M (2007) Śródbłonek - charakterystyka i

funkcje. Pol Merk Lek 133: 60-65

27. Walski M, Frontczak-Baniewicz M (2007) Cechy ultrastrukturalne pra-

widłowego i dysfunkcyjnego śródbłonka naczyń krwionośnych. Pol

Arch Med Wewn 117 supl.: 46-49

28. Pokutta S, Herrenknecht K, Kemler R, Engel J (1994) Conformational

changes of the recombinant extracellular domain of E-cadherin upon

calcium binding. Eur J Biochem 223: 1019-1026

29. Ma TY, Tran D, Hoa N, Nguyen D, Merryfield M, Tarnawski A (2000)

Mechanism of extracellular calcium regulation of intestinal epithelial

tight junction permeability: role of cytoskeletal involvement. Microsc

Res Tech 51: 156-168

30. Abbott NJ (2000) Inflammatory mediators and modulation of blood-

brain barrier permeability. Cell Mol Neurobiol 20: 131-147

31. Brown RC, Davis TP (2002) Calcium modulation of adherens and tight

junction function: a potential mechanism for blood-brain barrier dis-

ruption after stroke. Stroke 33: 1706-1711

32. Berrout J, Jin M, O’Neil RG (2012) Critical role of TRPP2 and TRPC1

channels in stretch-induced injury of blood-brain barrier endothelial

cells. Brain Res 1436: 1-12

33. Brown RC, Wu L, Hicks K, O’Neil RG (2008) Regulation of blood-brain

barrier permeability by transient receptor potential type C and type v

calcium-permeable channels. Microcirculation 15: 359-371

34. Cioffi DL, Lowe K, Alvarez DF, Barry C, Stevens T (2009) TRPing on

the lung endothelium: calcium channels that regulate barrier function.

Antioxid Redox Signal 11: 765-776

35. Wu S, Cioffi EA, Alvarez D, Sayner SL, Chen H, Cioffi DL, King J,

Creighton JR, Townsley M, Goodman SR, Stevens T (2005) Essential

role of a Ca

2+

-selective, store-operated current (ISOC) in endothelial

cell permeability: determinants of the vascular leak site. Circ Res 96:

856-863

36. Garcia JG, Lazar V, Gilbert-McClain LI, Gallagher PJ, Verin AD (1997)

Myosin light chain kinase in endothelium: molecular cloning and reg-

ulation. Am J Respir Cell Mol Biol 16: 489-494

37. Muñoz-Chápuli R, Quesada AR, Angel Medina M (2004) Angiogen-

esis and signal transduction in endothelial cells. Cell Mol Life Sci 61:

2224-2243

38. Kahl CR, Means AR (2003) Regulation of cell cycle progression by cal-

cium/calmodulin-dependent pathways. Endocr Rev 24: 719-736

39. Faehling M, Kroll J, Föhr KJ, Fellbrich G, Mayr U, Trischler G, Walten-

berger J (2002) Essential role of calcium in vascular endothelial growth

factor A-induced signaling: mechanism of the antiangiogenic effect of

carboxyamidotriazole. FASEB J 16: 1805-1807

40. Bauer KS, Cude KJ, Dixon SC, Kruger EA, Figg WD (2000) Carboxy-

amido-triazole inhibits angiogenesis by blocking the calcium-mediat-

ed nitric-oxide synthase-vascular endothelial growth factor pathway.

J Pharmacol Exp Ther 292: 31-37

41. Folkman J (1971) Tumor angiogenesis: therapeutic implications. N

Engl J Med 285: 1182-1186

42. Azad N, Perroy A, Gardner E, Imamura C, Graves C, Sarosy GA, Mi-

nasian L, Kotz H, Raggio M, Figg W, Kohn EC (2009) A Phase I study

of paclitaxel and continuous daily CAI in patients with refractory solid

tumors. Cancer Biol Ther 8: 1800–1805

428

www.postepybiochemii.pl

The role of calcium for functioning of the vascular endothelium

Beata Drabarek, Dorota Dymkowska



Nencki Institute of Experimental Biology, Polish Academy of Sciences, 3 Pasteur St., 02-093 Warsaw, Poland



e-mail: [e-mail]

Key words: vascular endothelium, calcium, nitric oxide, calcium signaling, oxidative stress

ABSTRACT

The vascular endothelium plays many important functions and its mechanical failure or abnormal operation may have serious consequences to

health and even life of the organism. It controls the contraction and relaxation of blood vessels, affects the inflammatory processes, immune re-

sponse and blood clotting and regulation of the permeability and integrity of the vessel wall. Impaired secretion of nitric oxide and prostacyclin

2, whose secretion is calcium concentration dependent, indicates endothelial dysfunction. Calcium is very important in many processes typical

for vascular endothelium and is essential for proper functioning. Oxidative stress, induction of pro-inflammatory response and, consequently, a

significant increase in the production of reactive oxygen species are a cause of damage in the vascular endothelium. In this paper we will discuss

selected issues concerning the functioning of the vascular endothelium in normal and pathological conditions, as well as their connection point at

the regulation of calcium signaling in these cells.

43. Jiang L, Jha V, Dhanabal M, Sukhatme VP, Alper SL (2001) Intracel-

lular Ca

2+

signaling in endothelial cells by the angiogenesis inhibitors

endostatin and angiostatin. Am J Physiol Cell Physiol 280: 1140-1150

44. Berra-Romani R, Raqeeb A, Adelino-Cruz JE, Moccia F, Oldani A,

Speroni F, Taglietti V, Tanzi F (2008) Ca

2+

signalling In injured in situ

endothelium of rat aorta. Cell Calcium 44: 298-309

45. Abdullaev IF, Bisaillon JM, Potier M, Gonzalez JC, Motiani RK, Trebak

M (2008) Stim1 and Orai1 mediate CRAC currents and store-operated

calcium entry important for endothelial cell proliferation. Circ Res 103:

1289-1299

46. Hirano K, Hirano M, Hanada A (2009) Involvement of STIM1 in the

protease-activated receptor 1-mediated Ca

2+

influx in vascular endo-

thelial cells. J Cell Biochem 108: 499-507

47. Vandenbroucke E, Mehta D, Minshall R, Malik AB (2008) Regulation

of endothelial junctional permeability. Ann N Y Acad Sci 1123: 134-145

48. Dolmetsch RE, Xu K, Lewis RS (1998) Calcium oscillations increase

the efficiency and specificity of gene expression. Nature 392: 933-936

49. Crabtree GR, Olson EN (2002) NFAT signaling: choreographing the

social lives of cells. Cell 109 supl.: S67-S79

50. Chang WC (2006) Store-operated calcium channels and proinflamma-

tory signals. Acta Pharmacol Sin 27: 813-820

51. Tiruppathi C, Minshall RD, Paria BC, Vogel SM, Malik AB (2003) Role

of Ca

2+

signaling in the regulation of endothelial permeability. Vascul

Pharmacol 39: 173-185

52. Talmor-Brakan Y, Rashid G, Weintal I, Green J, Bernheim J, Benchetrit

S (2009) Low extracellular Ca

2+

: a mediator of endothelial inflamma-

tion. Nephrol Dial Transplant 24: 3306-3312

53. Miller BA, Zhang W (2011) TRP channels as mediators of oxidative

stress. Adv Exp Med Biol 704: 531-544

54. Klima Ł, Stolarz-Skrzypek K, Olszanecki R, Kawecka-Jaszcz K (2011)

Udział stresu oksydacyjnego w patogenezie nadciśnienia tętniczego –

rola metylowanych arginin. Kardiol Pol 69: 94-99

55. Beręsewicz A (2011) Patofizjologia niedokrwienia i reperfuzji. W: Bę-

resewicz A. (red) Patofizjologia miażdżycy i choroby niedokrwiennej

serca, Centrum Medyczne Kształcenia Podyplomowego w Warsza-

wie, Warszawa, str. 73-121

56. Dworakowski R, Dworakowska D, Kocic I, Wirth T, Gruchała M, Ka-

miński M, Ray R, Petrusewicz J, Yla-Herttuala S, Rynkiewicz A (2008)

Experimental hyperlipidemia does not present preconditioning and it

reduces ischemia-induced apoptosis. Int J Cardiol 126: 62-67

57. Ekelund UEG, Harrisom RW, Shokek O, Thakkar RN, Tunin RS, Sen-

zaki H, Kass DA, Marbán E, Hare JM (1999) Intravenous allopurinol

decreases myocardial oxygen consumption in dogs with pacing-in-

duced heart failure. Circ Res 85: 437-445

58. Giacco F, Brownlee M (2010) Oxidative stress and diabetic complica-

tions. Circ Res 107: 1058-1070

59. Hawkins BJ, Solt LA, Chowdhury I, Kazi AS, Ruhul Abid M, Aird

WC, May MJ, Foskett JK, Madesh M (2007) G protein-coupled recep-

tor Ca

2+

-linked mitochondrial reactive oxygen species are essential for

endothelial/leucocyte adherence. Mol Cell Biol 27: 7582-7593

60. Wilkinson JA, Jacob R (2003) Agonist-induced calcium and oxidative

stress responses in endothelial cells. Biochem Soc Trans 31: 960-962

61. Elliot SJ, Koliwad SK (1995) Oxidant stress and endothelial membrane

transport. Free Radic Biol Med 19: 649-658

62. Toborek M, Blanc EM, Kaiser S, Mattson MP, Hennig B (1997) Linoleic

acid potentiates TNF-mediated oxidative stress, disruption of calcium

homeostasis, and apoptosis of cultured vascular endothelial cells. J

Lipid Res 38: 2155-2167

63. Sokołowska M, Włodek L (2001) Dobre i złe strony tlenku azotu. Folia

Cardiol 8: 467-477

64. Boeldt DS, Yi FX, Bird IM (2011) eNOS activation and NO function:

Pregnancy adaptive programming of capacitative entry responses

alters nitric oxide (NO) output in vascular endothelium-new insight

into eNOS regulation through adaptive cell signaling. J Endocrinol

210: 243-258

65. Wu QD, Wang JH, Fennessy F, Redmond HP, Bouchier-Hayes D

(1999) Taurine prevents high-glucose-induced human vascular endo-

thelial cell apoptosis. Am J Physiol 277: C1229-C1238

66. Paltauf-Doburzynska J, Malli R, Graier W (2004) Hyperglycemic con-

ditions affect shape and Ca

2+

homeostasis of mitochondria in endothe-

lial cells. J Cardiovasc Pharmacol 44: 423–436

67. Tamareille S, Mignen O, Capiod T, Rucker-Martin C, Feuvray D (2006)

High glucose-induced apoptosis through store-operated calcium en-

try and calcineurin in human umbilical vein endothelial cells. Cell

Calcium 39: 47-55

68. Sheikh AQ, Hurley JR, Huang W, Taghian T, Kogan A,

Cho H,

Wang Y, Narmoneva DA (2012) Diabetes Alters Intracellular Calci-

um Transients in Cardiac Endothelial Cells. PLoS ONE 7(5): e36840,

doi:10.1371/journal.pone.0036840

69. Sheng J-Z, Braun A (2007) Small- and intermediate-conductance Ca

2+

-

activated K

+

channels directly control agonist-evoked nitric oxide syn-

thesis in human vascular endothelial cells. Am J Physiol Cell Physiol

293: C458-C467

70. Dang L, Seale JP, Qu X (2005) High glucose-induced human umbili-

cal vein endothelial cell hyperpermeability is dependent on protein

kinase C activation and independent of the Ca

2+

-nitric oxide signaling

pathway. Clin Exp Pharmacol Physiol 32: 771-776

71. Gonçalves da Silva C, Jarzyna R, Specht A, Kaczmarek E (2006) Extra-

cellular nucleotides and adenosine independently activate AMP-acti-

vated protein kinase in endothelial cells. Involvement of P2 receptors

and adenosine transporters. Circ Res 98: e39-e47