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內(nèi)皮細胞（Endothelial Cells）是構(gòu)成血管內(nèi)壁的單層扁平上皮細胞，形態(tài)呈多邊形，細胞的邊緣呈鋸齒狀并相互嵌合，覆蓋于動脈、靜脈和毛細血管的內(nèi)表面，形成血液與周圍組織之間的機械屏障。作為血管系統(tǒng)的核心功能單元，內(nèi)皮細胞在基礎(chǔ)研究、疾病模型構(gòu)建、臨床診斷和藥物篩選等方面具有廣泛的應(yīng)用價值。
本期細胞學(xué)堂將為您詳細介紹內(nèi)皮細胞的結(jié)構(gòu)、功能及分離培養(yǎng)步驟，幫助您快速了解內(nèi)皮細胞，順利展開相關(guān)實驗。
01#
內(nèi)皮細胞類型的模塊化分布
內(nèi)皮細胞并非單一類型，而是根據(jù)血管功能與組織需求分化為不同亞型，形成模塊化分布格局。
連續(xù)型內(nèi)皮細胞（Continuous Endothelium）
結(jié)構(gòu)特點：
基底膜連續(xù)，細胞間通過緊密連接（如Claudin、Occludin蛋白）形成完整的選擇性屏障。脂溶性小分子可自由擴散，而親水性小分子和水則依賴特定的轉(zhuǎn)運機制（如水通道蛋白）通過。
細胞間連接緊密，細胞間隙約為12 ?，大部分物質(zhì)運輸依賴跨細胞轉(zhuǎn)運機制（如囊泡介導(dǎo)的白蛋白轉(zhuǎn)運）。
細胞收縮性較弱，細胞骨架肌動蛋白分布相對稀疏，整體形態(tài)穩(wěn)定，通透性極低。
功能：
維持血腦屏障（BBB）、血-視網(wǎng)膜屏障等結(jié)構(gòu)完整，保護中樞神經(jīng)系統(tǒng)免受毒性物質(zhì)侵害。
典型分布：
大腦（血腦屏障）、心臟、肺、肌肉、皮膚。
窗孔型內(nèi)皮細胞（Fenestrated Endothelium）
結(jié)構(gòu)特點：
細胞表面存在直徑約200-1000 ?的窗孔，大部分覆蓋由 PV-1蛋白形成的非膜性隔膜。這種結(jié)構(gòu)增加了細胞對流體和溶質(zhì)的通透性，但同時限制了大分子通過。
基底膜連續(xù)，允許小分子和液體的快速交換。
糖萼層在窗孔型內(nèi)皮表面較為稀疏，其殘留結(jié)構(gòu)仍可能參與微環(huán)境的調(diào)節(jié)和溶質(zhì)交換的選擇性控制。
功能：
參與物質(zhì)高效濾過（腎小球）、激素分泌（胰島毛細血管）和營養(yǎng)吸收（胃腸道黏膜）。
主要分布：
腎臟（腎小球）、內(nèi)分泌腺（如胰島）、胃腸道黏膜。
不連續(xù)型/竇狀內(nèi)皮細胞（Discontinuous/Sinusoidal Endothelium）
結(jié)構(gòu)特點：
基底膜不連續(xù)或缺失，細胞間間隙較大，可達0.1-1 μm。這種結(jié)構(gòu)支持大分子（如脂蛋白）和血細胞跨內(nèi)皮轉(zhuǎn)運，使其能夠進入實質(zhì)組織。
細胞間連接較松散，可在局部信號（免疫分子、機械應(yīng)力）影響下調(diào)節(jié)血管孔隙大小，參與動態(tài)過濾功能。
功能：
高通透性結(jié)構(gòu)支持大分子和血細胞交換，并在肝臟等器官中承擔(dān)免疫清除與調(diào)節(jié)功能。
主要分布：
肝臟、脾臟、骨髓等器官的血竇系統(tǒng)。
02#
內(nèi)皮細胞功能模塊化體系
不同組織中的內(nèi)皮細胞通過調(diào)整連接方式的組成和比例，適應(yīng)其特定的生理需求，從而維持血管系統(tǒng)的正常功能。
連接方式
緊密連接
由跨膜蛋白（如Occludin、Claudin）與胞質(zhì)錨定蛋白（如ZO-1）形成選擇性屏障，限制細胞間隙中溶質(zhì)的被動擴散，在血腦屏障等關(guān)鍵部位發(fā)揮核心作用。
縫隙連接
由 Connexin 蛋白構(gòu)成，允許相鄰細胞間直接傳遞離子、小分子及第二信使，實現(xiàn)細胞功能的快速協(xié)同，如鈣信號和代謝物的同步傳播。
黏附連接
通過鈣黏蛋白（如VE-cadherin）與肌動蛋白骨架結(jié)合，維持細胞間機械穩(wěn)定性，并參與白細胞黏附與跨內(nèi)皮遷移，調(diào)控炎癥和免疫應(yīng)答過程。
分子標志物
功能模塊 | 標志分子 |
血管張力調(diào)節(jié) | 舒張因子：一氧化氮（NO）、前列環(huán)素（PGI2） |
收縮因子：內(nèi)皮素-1（ET-1）、血栓素A2（TXA2） | |
凝血與纖溶 | 抗血小板聚集：NO、PGI2 |
纖溶：組織型纖溶酶原激活物（tPA） | |
抗凝：肝素樣糖胺聚糖（Heparan sulfate proteoglycans）、肝素輔因子II（Heparin cofactor II） | |
促凝：血管性血友病因子（vWF）、血小板活化因子（PAF） | |
炎癥與免疫 | 黏附分子：細胞間黏附分子（ICAM-1/VCAM-1） |
抗菌肽：防御素β（Defensin-β） | |
細胞因子：白介素37（IL-37） | |
血管生成與修復(fù) | 促血管生成：內(nèi)皮生長因子A（VEGF-A）、堿性成纖維細胞生長因子（bFGF） |
促血管修復(fù)：血管生成素-1（Ang-1）、轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β） | |
維持血管結(jié)構(gòu) | 內(nèi)皮標志物：CD31、鈣粘蛋白（VE-cadherin） |
結(jié)構(gòu)指標：微血管密度（MVD） |
功能響應(yīng)
物質(zhì)交換功能
所有類型內(nèi)皮細胞均參與氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物交換，依其結(jié)構(gòu)采用跨細胞或旁細胞通道，如連續(xù)型內(nèi)皮細胞主要跨胞機制（如囊泡介導(dǎo)轉(zhuǎn)運）實現(xiàn)物質(zhì)交換。
力學(xué)響應(yīng)性
剪切應(yīng)力可激活內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS），促進一氧化氮（NO）釋放，以擴張血管，維持血流動力學(xué)穩(wěn)態(tài)。
穩(wěn)定的脈動血流能夠抑制炎癥因子表達，防止內(nèi)皮激活與功能紊亂。
病理可塑性
在氧化應(yīng)激、炎癥等病理條件下，內(nèi)皮細胞可發(fā)生功能障礙，表現(xiàn)為通透性增加、黏附分子表達上調(diào)等。這些變化參與了動脈粥樣硬化、糖尿病血管病變等多種病理過程。
異質(zhì)性中的統(tǒng)一性
盡管不同組織器官間內(nèi)皮細胞結(jié)構(gòu)和功能上存在差異顯著，但它們普遍表達一些共同的標志物（如CD31、VE-cadherin），表現(xiàn)出一定的統(tǒng)一性。
內(nèi)皮細胞具有極性特征，頂端朝向血腔，基底面通過整合素等受體與基底膜結(jié)合，從而維持血管結(jié)構(gòu)的完整性。
03#
內(nèi)皮細胞的分離提取與培養(yǎng)
以分離人臍靜脈內(nèi)皮細胞為例，操作步驟如下：
01 血管處理
臍帶采集與清洗
采集新鮮臍帶，用無菌PBS沖洗去除表面血液。
血管識別與分離
沿臍帶縱軸切開，識別單根臍靜脈（其直徑較大、壁薄，與兩條較厚且呈螺旋排列的動脈區(qū)分）。用鑷子進行鈍性剝離，去除周圍結(jié)締組織。
血管清洗與封閉
為防止殘留紅細胞和凝血-塊影響后續(xù)操作，用預(yù)冷PBS反復(fù)灌洗血管至流出液清澈（通常需5-8次）。隨后，用無菌手術(shù)夾封閉血管一端，另一端連接注射器，形成封閉系統(tǒng)以控制酶處理范圍。
02 消化與收集
將HUVEC專用消化酶緩慢注入血管，確保內(nèi)腔充盈。隨后將血管置于37℃孵育10-15 min（注意：孵育時間不宜過長，否則易導(dǎo)致細胞死亡）。消化結(jié)束后，為防止消化液流出受阻，先用鈍頭針頭疏通血管下端流出口，隨后松開下端手術(shù)鉗，消化液流入一個含有內(nèi)皮細胞完-全培養(yǎng)基的50 mL 無菌離心管中，再用完-全培養(yǎng)基沖洗血管內(nèi)腔，收集洗脫液。將收集液以150 × g離心5 min，離心結(jié)束后，分離的內(nèi)皮細胞聚集于離心管底部。小心棄去上清液，避免擾動細胞沉淀。
03 接種與傳代
用完-全培養(yǎng)基重懸細胞，并將細胞接種到預(yù)涂纖維連接蛋白、明膠或基底膜基質(zhì)的培養(yǎng)瓶，促進內(nèi)皮細胞貼壁和鋪展，培養(yǎng)24-48 h后觀察細胞貼壁情況，換液后可見典型“單層扁平排列樣”內(nèi)皮細胞形態(tài)。
04 常見問題與解決方案
問題 | 可能原因 | 解決方案 |
細胞得率低 | 酶消化不充分 | 優(yōu)化消化酶濃度，延長孵育時間 |
成纖維細胞污染 | 血管外膜未徹-底剝離 | 鈍性分離時避免損傷血管中膜 |
細胞貼壁率低 | 基質(zhì)涂層不均勻 | 預(yù)涂纖維連接蛋白 |
細胞提前衰老 | 傳代次數(shù)過 | 限制傳代（≤5代） |
氧化應(yīng)激反應(yīng) | 添加抗氧化劑（如NAC） |
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參考文獻
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