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内皮细胞培养基配方优化:避免生长不良问题

来源:武汉普诺赛生命科技有限公司   2025年05月16日 11:50  

内皮细胞(Endothelial Cells)是构成血管内壁的单层扁平上皮细胞,形态呈多边形,细胞的边缘呈锯齿状并相互嵌合,覆盖于动脉、静脉和毛细血管的内表面,形成血液与周围组织之间的机械屏障。作为血管系统的核心功能单元,内皮细胞在基础研究、疾病模型构建、临床诊断和药物筛选等方面具有广泛的应用价值。


本期细胞学堂将为您详细介绍内皮细胞的结构、功能及分离培养步骤,帮助您快速了解内皮细胞,顺利展开相关实验。

 

01#

内皮细胞类型的模块化分布

内皮细胞并非单一类型,而是根据血管功能与组织需求分化为不同亚型,形成模块化分布格局。

连续型内皮细胞(Continuous Endothelium)

结构特点:

基底膜连续,细胞间通过紧密连接(如Claudin、Occludin蛋白)形成完整的选择性屏障。脂溶性小分子可自由扩散,而亲水性小分子和水则依赖特定的转运机制(如水通道蛋白)通过。

细胞间连接紧密,细胞间隙约为12 Å,大部分物质运输依赖跨细胞转运机制(如囊泡介导的白蛋白转运)。

细胞收缩性较弱,细胞骨架肌动蛋白分布相对稀疏,整体形态稳定,通透性极低。

功能:

维持血脑屏障(BBB)、血-视网膜屏障等结构完整,保护中枢神经系统免受毒性物质侵害。

典型分布:

大脑(血脑屏障)、心脏、肺、肌肉、皮肤。

窗孔型内皮细胞(Fenestrated Endothelium)

结构特点:

细胞表面存在直径约200-1000 Å的窗孔,大部分覆盖由 PV-1蛋白形成的非膜性隔膜。这种结构增加了细胞对流体和溶质的通透性,但同时限制了大分子通过。

基底膜连续,允许小分子和液体的快速交换。

糖萼层在窗孔型内皮表面较为稀疏,其残留结构仍可能参与微环境的调节和溶质交换的选择性控制。

功能:

参与物质高效滤过(肾小球)、激素分泌(胰岛毛细血管)和营养吸收(胃肠道黏膜)。

主要分布:

肾脏(肾小球)、内分泌腺(如胰岛)、胃肠道黏膜。

不连续型/窦状内皮细胞(Discontinuous/Sinusoidal Endothelium)

结构特点:

基底膜不连续或缺失,细胞间间隙较大,可达0.1-1 μm。这种结构支持大分子(如脂蛋白)和血细胞跨内皮转运,使其能够进入实质组织。

细胞间连接较松散,可在局部信号(免疫分子、机械应力)影响下调节血管孔隙大小,参与动态过滤功能。

功能:

高通透性结构支持大分子和血细胞交换,并在肝脏等器官中承担免疫清除与调节功能。

主要分布:

肝脏、脾脏、骨髓等器官的血窦系统。

 


02#

内皮细胞功能模块化体系

不同组织中的内皮细胞通过调整连接方式的组成和比例,适应其特定的生理需求,从而维持血管系统的正常功能。

连接方式

紧密连接

由跨膜蛋白(如Occludin、Claudin)与胞质锚定蛋白(如ZO-1)形成选择性屏障,限制细胞间隙中溶质的被动扩散,在血脑屏障等关键部位发挥核心作用。

缝隙连接

由 Connexin 蛋白构成,允许相邻细胞间直接传递离子、小分子及第二信使,实现细胞功能的快速协同,如钙信号和代谢物的同步传播。

黏附连接

通过钙黏蛋白(如VE-cadherin)与肌动蛋白骨架结合,维持细胞间机械稳定性,并参与白细胞黏附与跨内皮迁移,调控炎症和免疫应答过程。

分子标志物

功能模块

标志分子

血管张力调节

舒张因子:一氧化氮(NO)、前列环素(PGI2)

收缩因子:内皮素-1(ET-1)、血栓素A2(TXA2)

凝血与纤溶

抗血小板聚集:NO、PGI2

纤溶:组织型纤溶酶原激活物(tPA)

抗凝:肝素样糖胺聚糖(Heparan sulfate proteoglycans)、肝素辅因子II(Heparin cofactor II)

促凝:血管性血友病因子(vWF)、血小板活化因子(PAF)

炎症与免疫

黏附分子:细胞间黏附分子(ICAM-1/VCAM-1)

抗菌肽:防御素β(Defensin-β)

细胞因子:白介素37(IL-37)

血管生成与修复

促血管生成:内皮生长因子A(VEGF-A)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)

促血管修复:血管生成素-1(Ang-1)、转化生长因子-β(TGF-β)

维持血管结构

内皮标志物:CD31、钙粘蛋白(VE-cadherin)

结构指标:微血管密度(MVD)

功能响应

物质交换功能

所有类型内皮细胞均参与氧气、营养物质和代谢废物交换,依其结构采用跨细胞或旁细胞通道,如连续型内皮细胞主要跨胞机制(如囊泡介导转运)实现物质交换。

力学响应性

剪切应力可激活内皮型一氧化氮合酶(eNOS),促进一氧化氮(NO)释放,以扩张血管,维持血流动力学稳态。

稳定的脉动血流能够抑制炎症因子表达,防止内皮激活与功能紊乱。

病理可塑性

在氧化应激、炎症等病理条件下,内皮细胞可发生功能障碍,表现为通透性增加、黏附分子表达上调等。这些变化参与了动脉粥样硬化、糖尿病血管病变等多种病理过程。

异质性中的统一性

尽管不同组织器官间内皮细胞结构和功能上存在差异显著,但它们普遍表达一些共同的标志物(如CD31、VE-cadherin),表现出一定的统一性。

内皮细胞具有极性特征,顶端朝向血腔,基底面通过整合素等受体与基底膜结合,从而维持血管结构的完整性。

 


03#

内皮细胞的分离提取与培养

以分离人脐静脉内皮细胞为例,操作步骤如下:

01 血管处理

脐带采集与清洗

采集新鲜脐带,用无菌PBS冲洗去除表面血液。

血管识别与分离

沿脐带纵轴切开,识别单根脐静脉(其直径较大、壁薄,与两条较厚且呈螺旋排列的动脉区分)。用镊子进行钝性剥离,去除周围结缔组织。

血管清洗与封闭

为防止残留红细胞和凝血-块影响后续操作,用预冷PBS反复灌洗血管至流出液清澈(通常需5-8次)。随后,用无菌手术夹封闭血管一端,另一端连接注射器,形成封闭系统以控制酶处理范围。

02 消化与收集

将HUVEC专用消化酶缓慢注入血管,确保内腔充盈。随后将血管置于37℃孵育10-15 min(注意:孵育时间不宜过长,否则易导致细胞死亡)。消化结束后,为防止消化液流出受阻,先用钝头针头疏通血管下端流出口,随后松开下端手术钳,消化液流入一个含有内皮细胞完-全培养基的50 mL 无菌离心管中,再用完-全培养基冲洗血管内腔,收集洗脱液。将收集液以150 × g离心5 min,离心结束后,分离的内皮细胞聚集于离心管底部。小心弃去上清液,避免扰动细胞沉淀。

03 接种与传代

用完-全培养基重悬细胞,并将细胞接种到预涂纤维连接蛋白、明胶或基底膜基质的培养瓶,促进内皮细胞贴壁和铺展,培养24-48 h后观察细胞贴壁情况,换液后可见典型“单层扁平排列样”内皮细胞形态。

04 常见问题与解决方案

问题

可能原因

解决方案

细胞得率低

酶消化不充分

优化消化酶浓度,延长孵育时间

成纤维细胞污染

血管外膜未彻-底剥离

钝性分离时避免损伤血管中膜

细胞贴壁率低

基质涂层不均匀

预涂纤维连接蛋白

细胞提前衰老

传代次数过

限制传代(≤5代)

氧化应激反应

添加抗氧化剂(如NAC)


 


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普诺赛®内皮细胞完-全培养基ECM


 


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图1. 大鼠肾小球内皮细胞形态观察(A-B);CD31免疫荧光染色(C-D)和生长曲线(E) 

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参考文献

[1] Ricard N, Bailly S, Guignabert C, Simons M. The quiescent endothelium: signalling pathways regulating organ-specific endothelial normalcy. Nature Reviews Cardiology. 2021;18(8):565-580.

[2] Trimm E, Red-Horse K. Vascular endothelial cell development and diversity. Nature Reviews Cardiology. 2023;20(3):197-210. 

[3] Krüger-Genge A, Blocki A, Franke RP, Jung F. Vascular endothelial cell biology: an update. International Journal of Molecular Sciences. 2019;20(18):4411. 

[4] Chandel S, Kumaragurubaran R, Giri H, Dixit M. Isolation and culture of human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). Methods in Molecular Biology. 2024;2711:147-162.


 


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