Endothélium

L'endothélium est un tissu de type épithélial qui se différencie des autres épithéliums car il dérive du mésoderme embryonnaire, à contrario de la plupart des autres épithéliums qui dérivent majoritairement de l'endoderme, et de l'ectoderme

Les cellules endothéliales, constitutives de l'endothélium, sont plates et polarisées ; la face apicale est en contact avec la lumière du vaisseau, la face basale étant quant à elle fixée sur une lame basale constituée de collagène.

Selon la taille du vaisseau, la morphologie de la cellule est très différente. Dans les gros vaisseaux, tels que les artères et les veines, elle a une forme prismatique comme la plupart des cellules épithéliales. Dans les capillaires les plus petits, elle forme un petit tube à l'intérieur duquel le sang circule.

Les cellules sont reliées entre elles et avec la lame basale par des desmosomes et des hémidesmosomes. Il s'agit donc d'un tissu pouvant résister à de fortes sollicitations mécaniques (et à proximité du cœur elles sont élevées), mais perméable aux substances dissoutes de petites tailles et à l'eau. Les cellules telles que les hématies ne peuvent pas le traverser mais les leucocytes, très déformables, le peuvent.

La lame basale est une structure collagénique, synthétisée par l'endothélium et lui apporte une certaine résistance mécanique.

La fonction la plus évidente de l'endothélium est de contenir le sang à l'intérieur des vaisseaux sanguins, tout en autorisant l'échange des substances nutritives avec le milieu intérieur. Dans cette fonction, les cellules endothéliales et la lame basale coopèrent en agissant comme un filtre moléculaire.

Une autre fonction est le contrôle de la coagulation sanguine. Les cellules épithéliales inhibent cette coagulation alors que la lame basale favorise l'agrégation des thrombocytes. Une rupture de l'endothélium est donc aussitôt colmatée et limite les hémorragies.

L'endothélium participe aussi au contrôle de la vasomotricité. En réponse à diverses hormones, l'endothélium peut générer de l'oxyde nitrique à partir de l'acide aminé L-Arginine provoquant une relaxation de la couche musculaire vasculaire et une vasodilatation.

Selon les organes, l'endothélium peut se spécialiser en vue de remplir une fonction spécifique de l'organe.

Dans le rein, la lame basale est fenestrée. C'est-à-dire, qu'elle comporte des trous, de 70 nm, qui lui donnent une fonction de filtre moléculaire. Ces trous permettent à toutes les molécules de passer sauf aux protéines beaucoup trop grosses et jouent un rôle fondamental dans le fonctionnement du rein.

Dans le système nerveux, au contraire, les cellules endothéliales sont reliées par des jonctions serrées empêchant les molécules de passer entre les cellules. L'endothélium ici participe à la barrière hémato-encéphalique.

Le flux pulsatile du sang génère trois types de forces hémodynamiques : la pression hydrostatique générée par le liquide, l’étirement cyclique ou « cyclic stretching » et les contraintes de cisaillement ou « shear stress ».

• L’étirement cyclique correspond à une distension de la paroi induite par un gradient de pression transmurale. Il est fonction de l’épaisseur du vaisseau, de sa composition et du degré de contraction des cellules musculaires lisses. Le principal effet de l’étirement cyclique est l’induction d’un stress oxydatif au niveau des cellules endothéliales.

• La contrainte de cisaillement correspond aux forces frictionnelles exercées par le flux sanguin contre la paroi vasculaire. Il est déterminé par le débit sanguin, la viscosité du sang et par le diamètre du vaisseau. La valeur moyenne de cette contrainte, dans une portion droite de vaisseau, est comprise entre 1 et 2 Pa, selon le type de vaisseaux.

In vitro, en réponse à ces stimuli, deux phases de réponses des cellules endothéliales sont à distinguer :

• une réponse précoce qui se déclenche dans les secondes qui suivent le début des contraintes liées au flux. Cette réponse est liée à la force mécanique imposée par le flux. On parle de « sensing mécanique ».

• une réponse tardive correspondant à l’adaptation des cellules à un flux soutenu. Ainsi, des variations métaboliques précoces et des variations morphologiques plus tardives sont induites afin de permettre à la cellule de s’adapter à son environnement :
  • variation métabolique précoce : elle correspond à la modification du transcriptome et du protéome des gènes possédant dans leur promoteur une séquence spécifique appelée « Shear Stress Response Element » (SSRE). Certains gènes impliqués dans la vasoactivité, l’adhésion cellulaire, la coagulation et des facteurs de croissance voient ainsi leur expression modifiée.
  • variation morphologique tardive : elle correspond à la réorientation des cellules dans le sens du flux. Une réorganisation du cytosquelette, et plus particulièrement des filaments d’actine, dans le sens du flux est observée.

L’activation endothéliale, générée par les contraintes biochimiques, est principalement due à des médiateurs humoraux tels que les cytokines comme le tumor necrosis factor (TNF), les hormones ou les facteurs de croissance. Ces substances sont apportées par le sang ou produites localement par les cellules endothéliales elles-mêmes ou par des cellules du compartiment vasculaire. Les cellules endothéliales sont ainsi sensibles au stress oxydatif provoqué par la présence accrue de dérivés oxygénés, tels que les ions superoxydes, les peroxydes d’hydrogène et les radicaux hydroxyles, débordant le système anti-oxydant (superoxyde dismutase). Ce stress aboutit à l’acquisition par la cellule d’un phénotype pro-inflammatoire et à une modification des interactions entre l’endothélium, les leucocytes et les plaquettes.

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