内皮細胞の働き｜循環

看護師のための生理学の解説書『図解ワンポイント生理学』より。

 

[前回の内容]

血圧測定法

 

今回は、内皮細胞の働きについて解説します。

 

片野由美
山形大学医学部名誉教授
内田勝雄
山形県立保健医療大学名誉教授

 

 

〈目次〉

• 内皮細胞とは
• 内皮細胞から産生・遊離される物質
• 内皮由来の血管拡張因子
• 内皮由来の血管収縮因子〔 endothelium-derived contracting factor：EDCF 〕
• 血管内皮細胞障害によってもたらされる疾患

 

内皮細胞とは

血管平滑筋の内腔面は単層の細胞で覆われている。この細胞を内皮細胞 endothelial cell とよんでいる。

 

血管内皮細胞は、かつて、血液や血球に含まれる物質が直接平滑筋に接触して組織変化を起こすのを妨げたり、特定の化学物質が透過するのを遮ったりする単なる障壁と考えられていた。

 

ところが、血圧や血流などの変化に加え、さまざまな刺激物質に曝されたとき、それらに反応して強力な血管拡張物質あるいは血管収縮物質を産生・遊離することによって、血管の緊張性の調節、血管内血栓形成の防止、動脈硬化の予防にあたるなど、驚くべき多様な機能をもつことが最近の研究により明らかになった。

 

内皮細胞から産生・遊離される物質

内皮由来の血管拡張因子

主な拡張因子には、一酸化窒素（NO）、プロスタサイクリン、過分極因子がある（図1）。

 

図1内皮細胞の働き

 

NO（一酸化窒素）：L-アルギニンにNO合成酵素が作用するとNOが放出し、平滑筋内に入る。NOは平滑筋内で可溶性グアニル酸シクラーゼ（GC）を活性化する。GCはGTPに作用し、cGMP生成を促進する。cGMPはG-キナーゼを活性化する。G-キナーゼによる機能タンパクのリン酸化の結果、Ca²⁺の筋小胞体への取り込み促進、細胞外へのCa²⁺排出促進、ミオシン軽鎖キナーゼの不活性化をもたらす。その結果、平滑筋拡張（弛緩）をもたらす。
プロスタサイクリン：アラキドン酸にシクロオキシゲナーゼが作用するとPGH₂、G₂が生成される。PGH₂、G₂にプロスタサイクリン合成酵素が作用してPGI₂が生成される。PGI₂は、アデニル酸シクラーゼを活性化し、cAMP生成を介して平滑筋弛緩をもたらす。
過分極因子：内皮細胞由来のEDHFがK⁺チャネルを開孔し、血管平滑筋を過分極させることによって平滑筋弛緩をもたらす。

 

一酸化窒素〔 nitric oxide ： NO 〕

R. F. Furchgott （ファーチゴット）らは、1980年代にアセチルコリンのような平滑筋収縮作用をもつ物質を血管内腔側から投与するとむしろ血管拡張作用を示すことから、収縮物質に曝されたとき内皮細胞は拡張物質を放出することを見出し、この未知の物質を内皮細胞由来の血管拡張因子  endothelium-derived relaxing factor ： EDRF と名付けた。

 

EDRFの実体はその後の研究によりNOであることがわかった。ニトログリセリンは、生体内でNOを放出することによって狭心症改善効果を発揮することが明らかになったが、これはNOの発見による功績である。

 

NO産生機序

NOは、L-アルギニンにNO合成酵素 NO synthase （NOS）が作用すると産生される。NO合成酵素には構成型NOS（eNOSとnNOS）と炎症やサイトカインなどにより誘導される誘導型NOS（iNOS）がある。eNOSが活性化するためには内皮細胞内のCa²⁺が上昇する必要がある。

 

iNOSの活性化にCa²⁺は必要でない。内皮細胞内のCa²⁺濃度が上昇するとCa²⁺はeNOSを活性化して、L-アルギニンからNOを放出する。

 

NOによる血管拡張作用機序

内皮細胞内で産生されたNOは、平滑筋細胞膜を自由に通過して、可溶性グアニル酸シクラーゼ guanylate cyclase を活性化する。可溶性グアニル酸シクラーゼはGTPに作用してサイクリックGMP（cGMP）の生成を促進する。cGMPは、Gキナーゼを活性化し、機能タンパクをリン酸化する。

 

Gキナーゼによるリン酸化は、Ca^2＋の筋小胞体への取り込み促進、Ca^2＋の細胞外への排出促進、ミオシン軽鎖キナーゼの不活性化をもたらす。その結果、平滑筋拡張（弛緩）をもたらす。

 

NOの産生遊離を促進する生体内物質

アセチルコリン以外に、生体内の強力な血管収縮物質にはアンジオテンシンⅡ、バゾプレッシン、エンドセリン、ヒスタミン、トロンビン等がある。これらの物質はいずれも内皮細胞上にあるそれぞれの受容体に結合し、 PI turnover （代謝回転）促進を介して細胞内Ca^2＋濃度を上昇させ、NOの産生遊離を促進する。

 

 

プロスタサイクリン（プロスタグランジンI₂：PGI₂）

内皮細胞内にはプロスタサイクリン合成酵素が存在する。内皮細胞内のCa²⁺濃度が上昇すると膜からアラキドン酸が放出され、これはシクロオキシゲナーゼの作用を受けてPGH₂、G₂が生成される。PGH₂、G₂にプロスタサイクリン合成酵素が作用してPGI₂が生成される。PGI₂は、アデニル酸シクラーゼ adenylate cyclase を活性化し、 cyclic AMP 生成を促進して弛緩をもたらす（図1）。

 

内皮細胞由来過分極因子〔 endothelium-derived hyperpolarizing factor ： EDHF 〕

EDHFの実体はまだ明らかになっていないが、内皮細胞由来のEDHFがK⁺チャネルを開孔し、血管平滑筋を過分極させることによって弛緩をもたらす（図1）。

 

内皮由来の血管収縮因子〔 endothelium-derived contracting factor：EDCF 〕

内皮由来の血管収縮因子として、最も注目されているものにエンドセリンがある。

 

エンドセリンは、現存する物質中最も強力な血管収縮作用をもつペプチド（21個のアミノ酸からなる）として柳沢、真崎らによって発見された（1988年）。現在、エンドセリンは心不全を誘発するホルモンであると考えられている。

 

血管内皮細胞障害によってもたらされる疾患

血管内皮細胞は、血圧や血流などの変化に加え、強力な血管収縮物質に曝されたときなど、それらに反応して強力な血管拡張物質を産生・遊離し、血管平滑筋を保護する。また、血管内血栓形成の防止や血液凝固系の抑制および線溶系の活性化にも重要な役割を果たしている。

 

したがって血管内皮細胞が障害されると、これらの作用が失われてしまうために動脈硬化、末梢血行障害、高血圧、冠血管や脳血管の攣縮、血栓や血液凝固促進等の循環器疾患が増加する（図2）。

 

図2内皮細胞障害によって起こる循環疾患

 

かつて人間は血管とともに老いるといわれていたが、今では、人間は内皮細胞とともに老いると言い換えられるようになった。加齢による老化ばかりでなく、食生活の欧米化（動物性脂肪摂取量増加等）によって、日本人においては、内皮細胞・血管の衰えが若年齢化している。これが、いわゆる生活習慣病の急増につながっている。

 

 

[次回]

リンパ液の働き

 

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本記事は株式会社サイオ出版の提供により掲載しています。

 

［出典］ 『新訂版　図解ワンポイント　生理学』 （著者）片野由美、内田勝雄／2015年5月刊行／ サイオ出版