Tế bào nội mạc là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Khái niệm tế bào nội mạc

Tế bào nội mạc (endothelial cells) là lớp tế bào dẹt, mỏng, tạo thành lớp lót bên trong của toàn bộ hệ thống mạch máu, mạch bạch huyết và các buồng tim. Chúng tạo nên một bề mặt liên tục, được xem như hàng rào sinh học bán thấm giữa máu tuần hoàn và các mô xung quanh. Mặc dù có cấu trúc đơn giản về mặt hình học, tế bào nội mạc đảm nhận nhiều chức năng sinh học quan trọng liên quan đến trao đổi chất, điều hòa mạch máu, phản ứng viêm và quá trình đông máu.

Tế bào nội mạc là một phần của hệ thống nội mô (endothelium), có tổng diện tích bề mặt ước tính hơn 1000 m² trong cơ thể người trưởng thành và khối lượng lên đến 1 kg. Hệ thống này không đồng nhất mà thay đổi về hình thái và chức năng tùy thuộc vào loại mạch (động mạch, tĩnh mạch, mao mạch) và cơ quan (não, phổi, gan, thận). Chúng được duy trì bởi hàng loạt cơ chế tự điều hòa phức tạp giúp cân bằng giữa tính thấm, trương lực mạch, và trạng thái chống hoặc thúc đẩy viêm.

Vai trò chính của tế bào nội mạc gồm: (1) duy trì hàng rào ngăn cách máu và mô; (2) điều tiết quá trình co giãn mạch qua tiết các chất trung gian sinh học; (3) kiểm soát quá trình đông máu và tiêu fibrin; (4) tham gia vào đáp ứng miễn dịch và viêm mạch; (5) hỗ trợ hình thành mạch máu mới (angiogenesis). Do đó, tế bào nội mạc được xem như một cơ quan chuyển hóa có khả năng cảm nhận cơ học và hóa học, liên tục phản hồi với sự thay đổi của môi trường huyết động.

Cấu trúc và đặc điểm hình thái

Tế bào nội mạc có hình dạng dẹt, bề mặt trơn láng, nhân hình elip và thường sắp xếp song song theo hướng dòng chảy máu. Độ dày trung bình chỉ khoảng 1–2 μm, nhưng diện tích bề mặt tiếp xúc rất lớn, cho phép tối ưu trao đổi chất. Các tế bào liên kết với nhau bằng nhiều dạng liên kết như tight junctions, adherens junctions và gap junctions để kiểm soát tính thấm giữa lòng mạch và mô.

Bên trong tế bào nội mạc có nhiều bào quan đặc trưng, bao gồm thể Weibel-Palade chứa yếu tố von Willebrand (vWF) và P-selectin, đóng vai trò quan trọng trong đông máu và phản ứng viêm. Lưới nội chất và ty thể phát triển mạnh giúp tế bào đáp ứng nhanh với tín hiệu cơ học hoặc stress oxy hóa từ dòng máu.

Bảng dưới đây tóm tắt một số đặc điểm cấu trúc chính của tế bào nội mạc:

Đặc điểm	Mô tả
Hình dạng	Dẹt, đa giác, sắp xếp song song dòng máu
Độ dày trung bình	1–2 µm
Bào quan đặc trưng	Thể Weibel‑Palade, nhiều ty thể, lưới nội chất hạt
Liên kết tế bào	Tight junctions, adherens junctions, gap junctions

Tùy theo vị trí giải phẫu, hình thái nội mạc có thể thay đổi đáng kể. Ở mao mạch não, tế bào nội mạc kết nối rất chặt chẽ tạo nên hàng rào máu‑não (BBB), trong khi ở gan hoặc tủy xương, chúng có cấu trúc dạng lưới với lỗ nhỏ (fenestrated endothelium) giúp trao đổi chất dễ dàng hơn. Những khác biệt này cho phép mỗi mô kiểm soát lưu thông và trao đổi theo nhu cầu chuyển hóa riêng biệt.

Vai trò sinh lý

Tế bào nội mạc hoạt động như một cơ quan nội tiết – cận tiết, tiết ra hàng loạt phân tử sinh học ảnh hưởng trực tiếp đến trương lực mạch máu, đông máu và đáp ứng viêm. Vai trò này được thể hiện qua khả năng điều hòa giãn – co mạch, duy trì tính chống đông, kháng kết dính tiểu cầu và điều tiết phản ứng viêm miễn dịch.

Các chức năng sinh lý chính của tế bào nội mạc bao gồm:

• Điều hòa trương lực mạch: tiết nitric oxide (NO) để giãn mạch, endothelin‑1 để co mạch và prostacyclin (PGI₂) để ức chế kết dính tiểu cầu.
• Kiểm soát đông máu: biểu hiện thrombomodulin, heparan sulfate và yếu tố von Willebrand điều hòa tương tác giữa tiểu cầu và thành mạch.
• Tham gia miễn dịch: sản xuất cytokine như IL‑6, IL‑8 và biểu hiện phân tử kết dính VCAM‑1, ICAM‑1 giúp bạch cầu di chuyển vào mô.
• Tạo hàng rào chọn lọc: duy trì tính thấm có chọn lọc giữa huyết tương và dịch mô, đặc biệt quan trọng trong hàng rào máu‑não và máu‑võng mạc.

Thông qua các hoạt động này, tế bào nội mạc đóng vai trò trung gian giữa hệ tuần hoàn và hệ miễn dịch, đồng thời bảo vệ cơ thể khỏi viêm mạn tính, rối loạn đông máu và stress oxy hóa.

Sự hình thành và phân bố

Tế bào nội mạc bắt nguồn từ trung bì trong giai đoạn phát triển phôi. Các tế bào trung mô biệt hóa thành tiền thân nội mạc (angioblasts) và tạo nên mạng lưới mạch máu nguyên thủy qua quá trình vasculogenesis. Khi hệ thống mạch máu ban đầu hình thành, quá trình angiogenesis tiếp tục mở rộng mạng lưới, tạo ra các mao mạch mới bằng cách nảy chồi từ mạch máu hiện có.

Mỗi mô trong cơ thể có cấu trúc nội mạc chuyên biệt tương ứng với yêu cầu sinh lý riêng. Ở gan, nội mạc dạng xoang (sinusoidal) có độ thấm cao để trao đổi protein và lipid; ở phổi, nội mạc mao mạch mỏng cho phép khuếch tán khí nhanh; còn ở thận, nội mạc cầu thận kết hợp với màng đáy tạo bộ lọc siêu chọn lọc đối với huyết tương.

Bảng tóm tắt dưới đây cho thấy sự khác biệt của tế bào nội mạc ở một số cơ quan chính:

Cơ quan	Kiểu nội mạc	Đặc điểm nổi bật
Não	Liên kết chặt (non‑fenestrated)	Tạo hàng rào máu‑não, thấm chọn lọc cao
Gan	Dạng xoang (sinusoidal)	Lỗ lọc lớn, trao đổi protein dễ dàng
Thận	Có lỗ nhỏ (fenestrated)	Tham gia lọc cầu thận, thấm cao
Phổi	Mao mạch mỏng	Hỗ trợ khuếch tán khí hiệu quả

Nhờ sự phân bố rộng khắp và khả năng thích nghi cấu trúc, tế bào nội mạc đóng vai trò trung tâm trong duy trì cân bằng nội môi mạch máu, tham gia vào mọi quá trình sinh lý từ vận chuyển chất dinh dưỡng đến điều hòa huyết áp và phản ứng miễn dịch tại chỗ.

Chức năng điều hòa mạch máu

Tế bào nội mạc đóng vai trò trung tâm trong việc điều hòa trương lực mạch máu thông qua tiết các chất giãn và co mạch. Trong điều kiện sinh lý, nitric oxide (NO) là yếu tố giãn mạch chủ yếu được sản xuất từ L‑arginine nhờ enzyme eNOS (endothelial nitric oxide synthase).

Công thức phản ứng tổng hợp NO trong nội mạc:

$\text{L-arginine} + \text{O}_2 + \text{NADPH} \xrightarrow{eNOS} \text{NO} + \text{L-citrulline}$

NO khuếch tán đến cơ trơn mạch máu, kích hoạt guanylate cyclase, làm tăng cGMP và gây giãn mạch. Ngược lại, nội mạc còn tiết endothelin-1 (ET-1), một peptide gây co mạch mạnh. Sự cân bằng giữa NO và ET-1 quyết định mức độ dãn hoặc co của mạch máu tại chỗ.

Prostacyclin (PGI₂) là một chất giãn mạch và ức chế kết tập tiểu cầu khác được tổng hợp bởi tế bào nội mạc thông qua con đường cyclooxygenase. Ngoài ra, thromboxane A2 – do tiểu cầu sản xuất – có tác dụng đối lập với PGI₂, thúc đẩy co mạch và kết dính tiểu cầu.

Đáp ứng viêm và miễn dịch

Khi có tổn thương mô hoặc tín hiệu viêm, tế bào nội mạc bị hoạt hóa, thay đổi cấu trúc bề mặt và tiết các phân tử trung gian như cytokine (IL-1, IL-6, TNF-α), chemokine (MCP-1) và phân tử kết dính (E-selectin, ICAM-1, VCAM-1).

Quá trình hoạt hóa này làm tăng tính thấm thành mạch, cho phép bạch cầu bám dính và di chuyển xuyên qua lớp nội mạc vào mô viêm – hiện tượng gọi là diapedesis. Đây là một phần quan trọng của đáp ứng miễn dịch bẩm sinh và có liên quan đến các bệnh lý viêm mạn tính như xơ vữa động mạch và viêm khớp dạng thấp.

Đồng thời, tế bào nội mạc cũng có thể biểu hiện MHC lớp I và II trong một số điều kiện kích hoạt, cho phép chúng tham gia trình diện kháng nguyên, mặc dù không phải là tế bào trình diện chuyên biệt.

Vai trò trong bệnh lý tim mạch

Dysfunction nội mạc (endothelial dysfunction) là trạng thái mất cân bằng giữa yếu tố giãn mạch và co mạch, giữa các yếu tố tiền viêm và chống viêm. Đây là dấu hiệu sớm và then chốt trong sự phát triển của nhiều bệnh lý tim mạch như xơ vữa động mạch, tăng huyết áp, đái tháo đường type 2 và bệnh mạch vành.

Mất chức năng nội mạc dẫn đến giảm sản xuất NO, tăng tính thấm thành mạch, rối loạn đông máu và tạo điều kiện cho tế bào viêm, lipid và tiểu cầu xâm nhập vào lớp áo trong của động mạch, khởi phát quá trình hình thành mảng xơ vữa.

Bảng sau tổng hợp một số chỉ dấu và hậu quả chính của rối loạn nội mạc:

Rối loạn	Hậu quả
Giảm NO	Giảm giãn mạch, tăng huyết áp
Tăng ET-1	Co mạch quá mức, tăng gánh tim
Tăng phân tử kết dính	Thúc đẩy viêm mạch, hình thành mảng xơ vữa
Giảm PGI₂	Tăng nguy cơ huyết khối

Tái tạo và sửa chữa nội mạc

Khả năng tái tạo nội mạc có giới hạn nhưng vẫn tồn tại. Khi nội mạc bị tổn thương (do tổn thương cơ học, viêm hoặc stress oxy hóa), tế bào lân cận có thể tăng sinh để lấp đầy vùng tổn thương. Ngoài ra, các tế bào gốc nội mô (endothelial progenitor cells – EPCs) từ tủy xương có thể huy động vào máu ngoại vi và tích hợp vào vùng nội mạc bị tổn thương.

Quá trình sửa chữa nội mạc phụ thuộc nhiều vào các yếu tố tăng trưởng như VEGF (vascular endothelial growth factor), FGF (fibroblast growth factor) và angiopoietin. Các yếu tố này kích thích tăng sinh, di cư và biệt hóa của tế bào nội mạc mới.

Ở người bệnh tim mạch, khả năng tái tạo nội mạc thường bị giảm do stress oxy hóa, viêm mạn tính và giảm số lượng EPCs tuần hoàn. Việc điều trị bằng statin, ức chế men chuyển (ACEi) hoặc hoạt động thể lực đều được chứng minh là giúp cải thiện chức năng nội mạc một phần.

Ứng dụng trong y học và công nghệ sinh học

Tế bào nội mạc là đối tượng quan trọng trong y học tái tạo và kỹ thuật mô mạch máu. Nhờ khả năng biệt hóa và tạo lớp phủ không huyết khối, chúng được dùng để tái tạo mạch máu nhân tạo, phủ lên bề mặt stent hoặc ống ghép mạch để tăng tương thích sinh học và hạn chế huyết khối.

Trong nghiên cứu ung thư, vai trò của tế bào nội mạc trong hình thành mạch mới được khai thác nhằm phát triển các thuốc kháng tạo mạch. Ví dụ, thuốc ức chế VEGF hoặc VEGFR được dùng để giới hạn cung cấp máu cho khối u, làm chậm sự phát triển khối u.

Một số hướng ứng dụng khác đang được nghiên cứu gồm: cảm biến sinh học nội mạc, in sinh học 3D tạo mạng mạch chức năng và chỉnh sửa gene tế bào nội mạc bằng CRISPR/Cas9 để điều trị bệnh mạch máu hiếm gặp.

Tài liệu tham khảo

• Carmeliet, P. (2005). Angiogenesis in life, disease and medicine. Nature.
• Deanfield, J. E., Halcox, J. P., Rabelink, T. J. (2007). Endothelial function and dysfunction. Circulation.
• Gimbrone, M. A., García-Cardeña, G. (2016). Endothelial Cell Dysfunction and the Pathobiology of Atherosclerosis. Circ Res.
• Jain, R. K. (2003). Molecular regulation of vessel maturation. Nat Med.
• Risau, W. (1997). Mechanisms of angiogenesis. Nature.