Jak potoczyła się historia ustalenia, czym jest śródbłonek i jakie ma znaczenie w organizmie?

O śródbłonku więcej mówi się w nauce od 1976 r., kiedy to odkryto pierwszy mediator wydzielany przez komórki śródbłonka naczyniowego – prostacyklinę, a potem dowiedziono jej istotnej roli przeciwpłytkowej i przeciwmiażdżycowej. Warto dodać, że współodkrywcą prostacykliny był prof. Ryszard Gryglewski (wraz z S. Buntingiem, S. Moncadą i J. Vane’m), który odkrył hamowanie syntezy prostacykliny przez nadtlenki lipidów i zaproponował, że miażdżyca jest chorobą wynikającą z niedoboru prostacykliny. Ta hipoteza trwale zapisała się w kanonie wiedzy z zakresu farmakologii układu krążenia. Ponadto dużą popularność w świecie przyniosło prof. Gryglewskiemu pierwsze podanie we wlewie prostacykliny krakowskim pacjentom z miażdżycą tętnic kończyn dolnych (wraz z prof. Andrzejem Szczeklikiem). O zasługach prof. Gryglewskiego ostatnio przypomniano, gdy został oznaczony najwyższym państwowym odznaczeniem – Orderem Orła Białego. Można go uznać za pioniera farmakologii śródbłonka, którą uprawiał jeszcze przed okryciem kolejnych ważnych jego mediatorów.

Jako drugi przekaźnik śródbłonkowy odkryto EDRF (lata 80. XX w.), a jego naturę chemiczną zidentyfikowano 6 lat później jako tlenek azotu (NO). Ta prosta cząsteczka, która powstaje w przyrodzie w czasie wyładowań elektrycznych, a w śródbłonku w złożonej reakcji enzymatycznej, zrobiła prawdziwą furorę i to dzięki niej zaczęto więcej mówić o śródbłonku naczyniowym i roli NO. W 1992 r. prestiżowe czasopismo „Science” nazwało NO molekułą roku. Po prostacyklinie i NO odkrywano lawinowo kolejne mediatory śródbłonka, w tym – ku zaskoczeniu wielu badaczy – w 1988 r. odkryto działającą silnie naczynioskurczowo endotelinę 1, a więc substancję działającą przeciwstawnie do NO i prostacykliny. Dzisiaj lista przekaźników wytwarzanych przez śródbłonek jest imponująca i sięga zapewne ponad 100 pozycji. Staje się jasne, że ich skoordynowane działanie utrzymuje homeostazę śródbłonka i całego układu krążenia. Początkowo sądzono, że śródbłonek reguluje wyłącznie skurcz/rozkurcz naczynia. Dziś wiadomo, że stan czynnościowy śródbłonka warunkuje wiele innych funkcji, m.in.: przepuszczalność naczyń, procesy zapalne, zakrzepowe, transmigrację komórek przez ścianę naczynia, odpowiedź immunologiczną, angiogenezę, a nawet regenerację narządów. Dzisiejsza wiedza na ten temat jest ogromna i układa się w nową dziedzinę wiedzy – biomedycynę śródbłonka (ang. Endothelial Biomedicine). Tę nazwę zaproponował znany amerykański badacz William C. Aird, który jest też redaktorem naukowym pierwszego bardzo obszernego podręcznika pod tym tytułem.

Rola śródbłonka była mocno niedoceniana… Ile jest prawdy w stwierdzeniu, że „nie ma choroby, która by go nie dotykała”?

Śródbłonek jest istotnym narządem ustroju, nie tylko przez jego rozmiary, powierzchnię, liczbę komórek, ale przede wszystkim przez jego różnorakie funkcje. Jego prawidłowe działanie jest warunkiem sine qua non poprawnej czynności układu krążenia, zaś jego dysfunkcja prowadzi do wielu różnych chorób – takich jak: miażdżyca, cukrzyca, zawał serca, udar mózgu, choroby naczyń obwodowych, nadciśnienie płucne. Zaburzenie czynności śródbłonka ma też istotne znaczenie w rozwoju: sepsy, przerzutowości nowotworowej czy chorób neurodegeneracyjnych. Można śmiało powiedzieć, że upośledzenie czynności śródbłonka naczyniowego przyczynia się do patofizjologii większości, jak nie wszystkich chorób człowieka – jako pierwotna przyczyna ich rozwoju albo jako skutek uszkodzenia narządów.

Czy wiedza, którą mamy, jest wykorzystywana w procesie tworzenia leków? Czy uwzględnia się fakt, że można leczyć choroby poprzez leczenie śródbłonka, a przez niekorzystne działanie na śródbłonek leki przyczyniają się do rozwoju chorób?

Niestety mam wrażenie, że ciągle nie ma takiej świadomości. Tymczasem śródbłonek to przecież bardzo ważny cel terapeutyczny działania leków – niektóre swoją skuteczność zawdzięczają właśnie działaniu na śródbłonek i ścianę naczyniową. Można tu posłużyć się przykładem statyn, które zostały wprowadzone do medycyny, aby obniżać stężenie LDL cholesterolu u osób z chorobami sercowo-naczyniowymi, a tymczasem - niezależnie od tego efektu – wykazują działanie naczynioprotekcyjne, dzięki czemu mogą chronić mózg u osób po udarach lub nerki u osób z cukrzycą. Podobnie inhibitory konwertazy angiotensyny – stworzone by obniżać ciśnienie tętnicze krwi, mają szerokie spektrum działania naczynioprotekcyjnego, niezależnego od ich działania hipotensyjnego. Obie klasy leków, choć przez zupełnie inne mechanizmy, przywracają prawidłową czynność śródbłonka i te działania mogą po części tłumaczyć ich skuteczność kliniczną. Dlatego te grupy leków stanowią doskonały punkt odniesienia dla rozwoju farmakologii śródbłonka. Oczywiście lista leków, które na niego działają, wykracza poza te dwie klasy leków i należałoby tę wiedzę oraz jej konsekwencje dla terapii kiedyś uporządkować. Dla przykładu, wśród leków beta-adrenolitycznych coraz więcej jest dowodów na to, że Nebiwolol, który, jak wykazaliśmy w naszych badaniach, uwalnia śródbłonkowy NO i śródbłonkową prostacyklinę, ma lepszy profil działania klinicznego niż inne kardioselektywne leki beta-adrenolityczne.

Oczywiście leki działające niekorzystnie na śródbłonek będą wykazywały toksyczność, m.in. niektóre niesterydowe leki przeciwzapalne. Inhibitory COX-2 miały działać silniej przeciwzapalnie od swoich nieselektywnych poprzedników i być przy tym pozbawione szkodliwego działania na śluzówkę żołądka i płytki krwi – te cele osiągnięto, jednak równocześnie okazało się, że zwiększają ryzyko zawału serca i śmiertelność sercowo-naczyniową. Było to spowodowane hamowaniem syntezy prostacykliny zależnej od COX-2 produkowanej przez naczynia. Ostatnio coraz więcej się mówi o ryzyku sercowo-naczyniowym bardzo szeroko stosowanych i popularnych inhibitorów pompy protonowej (PPI, ang. Proton Pump Inhibitor). Ostatnie prace wykazują, że wynika to z ich niekorzystnego działania na śródbłonek naczyniowy.

To zdumiewające, że pomimo tak wyraźnego postępu wiedzy, dalej nie mierzymy rutynowo czynności śródbłonka. Nie ma dobrych testów, którymi można by zbadać stan zdrowia całej populacji – i to nie przez badania przesiewowe stężenia cholesterolu we krwi czy obecności nadciśnienia tętniczego, bo takie podejście jest mało skuteczne, ale na podstawie stanu czynnościowego śródbłonka. Kiedy przychodzimy do lekarza, śródbłonek powinnien być zbadany, zwłaszcza w przypadku podejrzenia chorób układu krążenia czy metabolicznych. Dla przykładu, w przypadku miażdżycy powinniśmy leczyć nie tylko czynniki ryzyka miażdżycy, ale również śródbłonek, bo terapia odosobniona czynników ryzyka miażdżycy bez leczenia śródbłonka w wielu przypadkach nie zapobiegnie dalszemu rozwojowi blaszki miażdżycowej. Z kolei w badaniach klinicznych nie mierzy się rutynowo czynności śródbłonka, nie ma więc sposobu, żeby wykryć niekorzystny wpływ terapii na śródbłonek, który potem może skutkować wycofaniem leku, jak to miało miejsce w przypadku inhibitorów COX-2 i innych leków.

Jakie są przyczyny tego, że pomimo tak ogromnej wiedzy o roli śródbłonka naczyniowego, nie ma jeszcze jej szerokiego klinicznego zastosowania?

Trudno na to pytanie odpowiedzieć, ale wydaje mi się, że można zidentyfikować przyczyny zarówno po stronie nauk podstawowych, jak i klinicznych. Po pierwsze – modele badawcze, których używamy szeroko do badania śródbłonka, mogą być nieodpowiednie, zwłaszcza do badania jego mikrokrążenia – badamy śródbłonek w sztucznych warunkach hiperoksji bez przepływu i być może takie modele nie odzwierciedlają tego, co dzieje się w warunkach in vivo. Słowem, część zdobytej wiedzy o śródbłonku nie ma odniesienia do warunków in vivo. Po drugie – metody oceny czynności śródbłonka są niedoskonałe i nie nadają się do praktyki klinicznej, np. metoda flow-mediated dilatation (FMD), która wniosła bardzo ważną wiedzę na temat znaczenia diagnostycznego i prognostycznego czynności śródbłonka. Po trzecie – nikt, kto wprowadza lek, nie ma obowiązku badać jego wpływu na śródbłonek – a wydaje się, że dzisiaj jest już wystarczające uzasadnienie do tego, aby to robić (obok rutynowo badanej toksyczności leku na wątrobę czy nerki).

Zatem lek przyszłości to lek…

Bezpieczny dla śródbłonka, bez względu na to, czy rozwijamy go w kierunku neurodegeneracji, przerzutowości nowotworowej, nadciśnienia czy jeszcze w innym wskazaniu. Z jednej strony, jeśli lek wykazuje efekt toksyczny na śródbłonek, prędzej czy później zostanie wycofany. Z drugiej strony, jeżeli lek wykorzystuje nowe mechanizmy farmakoterapeutyczne śródbłonka, to może znaleźć zastosowanie w leczeniu nieuleczalnych jak dotąd chorób. Potencjał i możliwości terapeutyczne rozwoju nowych środków w oparciu o mechanizmy śródbłonka są ogromne. Przy tej ilości mediatorów i mechanizmów istnieje wiele ciekawych punktów uchwytu, które można zastosować w leczeniu wielu różnych chorób.

W jaki sposób, w ramach działalności w JCET, staracie się rozwijać farmakologię śródbłonka?

W ramach projektów prowadzonych w JCET rozwijamy metodykę profilowania śródbłonkowego działania leków, co ma służyć temu, by przewidzieć zarówno toksyczne, jak i terapeutyczne działanie związków chemicznych na śródbłonek naczyniowy już na etapie badań przedklinicznych. Mamy do dyspozycji platformy różnych modeli in vitro, ex vivo oraz in vivo, rozbudowywane na podstawie naszego know-how i 5-letniego doświadczenia. Z jednej strony – będziemy w stanie „wyławiać” związki, które wykazują swoje korzystne działanie na śródbłonek i mogą znaleźć zastosowanie w terapii różnych chorób, a z drugiej – pokazać, które uszkadzają śródbłonkowy narząd i nie powinny być tym samym dalej rozwijane. W ten sposób chcemy rozwijać farmakologię śródbłonka i opracować swoistą encyklopedię korzystnych i niekorzystnych skutków działania związków i leków – dokładnie je scharakteryzować, na czym skorzystają z pewnością firmy farmaceutyczne i biotechnologiczne, uniwersytety oraz wszystkie inne jednostki pracujące nad rozwojem nowych leków.

Poszukujemy też nowych mechanizmów farmakoterapeutycznych, np. aby skuteczniej leczyć przerzutowość nowotworową, która jest główną przyczyną śmierci w chorobie nowotworowej i jak dotąd nie ma dobrych sposobów, aby jej przeciwdziałać. Jest to jeden z projektów, który obecnie realizujemy w JCET, badając czy ważne mediatory ochrony śródbłonkowej (tlenek azotu, prostacyklina, adenozyna itp.) wykazują działanie przeciwprzerzutowe.

Jak wynika z rozmowy, upośledzenie czynności śródbłonka naczyniowego przyczynia się do patofizjologii większości chorób. Aby skuteczniej leczyć choroby ludzi, należy diagnozować zaburzenia czynności śródbłonka i je leczyć.

Zachęcamy także na koniec do obejrzenia poniżej krótkiego filmu, przedstawiającego wybrane metody badawcze stosowane w Pracowni Farmakologii Doświadczalnej Śródbłonka JCET, jednej z pięciu pracowni interdyscyplinarnego centrum badawczego JCET, którego misją jest rozwijanie innowacyjnej interdyscyplinarnej farmakologii śródbłonka i ściany naczyń krwionośnych (więcej informacji o JCET na www.jcet.eu).