Open Access

Stefanie Gurnik

• The brain vascular system is composed of specialized endothelial cells, which regulate the movement of ions, molecules and cells from the blood lumen to the central nervous system (CNS). Endothelial cells in the brain form the blood-brain barrier (BBB) that is essential to maintain the brain homeostasis and protect the CNS from pathogens and toxins for a proper neurological function. Endothelium together with other cellular components such as pericytes, astrocytes and the basement membrane, forms the neurovascular unit (NVU), the structural unit of the BBB. Breakdown of the BBB occurs in various neurological disorders, leading to edema and neuronal damage. Therapeutic strategies focusing on factors that regulate the permeability of the BBB may help to improve neurological disorders and facilitate drug delivery to the brain. Angiopoietins (Ang) are potential candidates for therapeutic targeting the BBB due to their role in regulating the vascular permeability in periphery. They are key growth factors that control angiogenesis and vessel maturation. Ang-1 and Ang-2 possess similar binding affinities to the Tie2 receptor tyrosine kinase, which is almost exclusively expressed on endothelial cells. Ang-1 is expressed in smooth muscle cells and pericytes, and binds in a paracrine manner to Tie2. This results in phosphorylation of the receptor and induction of downstream signaling pathways leading to vessel maturation via pericyte recruitment and blood vessel stabilization. Ang-2, on the other hand, is stored in Weibel Palade bodies in endothelial cells and is released upon inflammatory or angiogenic stimuli. Therefore, in mature, stabilized blood vessels, Ang-2 expression is low. Increased level of Ang-2 is only observed during development or in pathology such as ischemia, cancer and inflammation. When Ang-2 is released, it acts in an autocrine manner and interferes with Tie2 phosphorylation in a context-dependent way. Antagonizing the receptor results in de-stabilization of the vessels, often accompanied by reduced numbers of pericytes leading to myeloid cell infiltration. In conjunction with the vascular endothelial growth factor (VEGF), Ang-2 contributes to blood vessel sprouting, whereupon in absence of VEGF it promotes vessel regression. ...
• Das vaskuläre System des Gehirns besteht aus Endothelzellen, die den Transport von Ionen, Molekülen und verschiedenen zellulären Komponenten vom Lumen der Blutgefäße zum zentralen Nervensystem (ZNS) regulieren. Endothelzellen im Gehirn besitzen im Vergleich zu peripheren Endothelzellen mehr Verbindungsproteine, die deren Zell-Zell Kontakt verstärken. Zusammen mit anderen zellulären Bestandteilen, wie Perizyten, Astrozyten, Basallamina und Neuronen formen sie die neurovaskuläre Einheit (neurovascular unit, NVU), die zur Barriereeigenschaft der Blut-Hirn-Schranke beiträgt. Sie ist essentiell, um die Homöostase im Gehirn aufrechtzuerhalten, das ZNS vor Pathogenen und Toxinen zu schützen und die neurologische Aktivität zu bewahren. Die Beschädigung der Blut-Hirn-Schranke tritt in verschiedenen neurologischen Krankheiten auf, die zur Ödembildung führen können und die neuronale Aktivität zerstören. Dies führt zu phänotypischen Veränderungen der Endothelzellen mit verringerten Verbindungsmolekülen und einer erhöhten Anzahl an Leukozyten-Adhäsionsmolekülen, die die Infiltration von Leukozyten fördern. Damit assoziiert werden zusätzlich erhöhte Transzytose-Werte und veränderte Transportsysteme, die alle zusammen zur Degenerierung von Neuronen beitragen. Therapeutische Ansätze setzen daher auf Faktoren, die die Blut-Hirn-Schranke wieder verdichten, um neurologische Defekte zu verbessern, oder um die Medikamentenzufuhr ins Gehirn zu erleichtern, da ca. 98 % der Neuropharmaka nicht ohne Hilfsmittel die Barriere im Gehirn passieren können.