Partea 1 Diversitatea fenotipică și specializarea metabolică a celulelor endoteliale renale

Contact: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mail:audrey.hu@wecistanche.com

Sébastien J. Dumas^1,6, Elda Meta^1,6, Mila Borri^1,6, Yonglun Luo ^2,3, Xuri Li⁴, Ton J. Rabelink⁵și Peter Carmeliet^1,4

Cistanche tubulosa previne bolile de rinichi, faceți clic aici pentru a obține mostra

Rezumat |

Viața multicelulară complexă la mamifere se bazează pe cooperarea funcțională a diferitelor organe pentru supraviețuirea întregului organism. Therinichijoacă un rol esențial în acest proces prin menținerea homeostaziei volumului fluidului și compoziției, care permite altor organe să-și îndeplinească sarcinile. Endoteliul renal prezintă trăsături fenotipice și moleculare care îl deosebesc de endoteliile altor organe. În plus, vascularizația renală adultă cuprinde diverse populații de celule endoteliale (EC) în cea mai mare parte repaus, dar nu inactive metabolic, care se află în interiorulrinichiglomeruli, cortexul și medulara. Fiecare dintre aceste populații susține funcții specifice, de exemplu, în filtrarea plasmei sanguine, reabsorbția și secreția de apă și substanțe dizolvate și concentrația de urină. Profilul transcripțional al acestor populații diverse de CE sugerează că s-au adaptat la condițiile locale de micromediu (hipoxie, stres de forfecare, hiperosmolaritate), permițându-le să susțină funcțiile rinichilor. Expunerea EC-urilor la factori angiogeni derivați de micromediu le afectează metabolismul și susținerinichidezvoltarea și homeostazia, în timp ce factorii endocrini derivați de EC păstrează nișe distincte de micromediu. În contextul bolii renale, EC renale prezintă o modificare a metabolismului și fenotipului lor ca răspuns la modificările patologice din micromediul local, promovând în continuare disfuncția renală. Înțelegerea diversității și specializării EC renale ar putea oferi noi căi pentru tratamentul bolilor renale șirinichiregenerare.

Sistemul vascular al mamiferelor constă din două rețele conectate și extrem de ramificate care pătrund în întregul corp - fiecare cu roluri specifice. Sistemul vascular sanguin furnizează oxigen și nutrienți către țesuturile parenchimatoase și facilitează îndepărtarea deșeurilor, supravegherea imună și traficul de celule imune, coagularea și producerea de semnale endocrine pentru întreținerea și regenerarea țesuturilor1. În schimb, sistemul vascular limfatic drenează lichidul interstițial extravazat din capilarele sanguine permeabile înapoi în vene și facilitează traficul de celule imune și transportul lipidelor.². Toate vasele de sânge sunt căptușite cu celule endoteliale sanguine (BEC, denumite în continuare EC), în timp ce celulele endoteliale limfatice (LEC) formează cel mai interior strat al vaselor limfatice - fiecare populație susținând sarcinile sale specifice vasculare. Cu toate acestea, eterogenitatea endotelială se extinde cu mult dincolo de diferențele mari dintre endoteliul sanguin și limfatic. În special, EC din diferite organe prezintă profiluri moleculare unice care susțin funcțiile specifice ale organului^3–6. Therinichibeneficiidintr-o vasculatură foarte specializată, care este strâns legată de sistemul epitelial renal⁷. Mai exact, populații distincte fenotipic de celule endoteliale renale (REC) coexistă în cele trei compartimente anatomice și funcționale alerinichi, glomerulii, cortexul și medulara — unde susțin sarcini specifice ale rinichilor8,9. Foarte important, progresele tehnologice au permis studiul eterogenității REC la nivel de celule unice, oferind noi perspective asupra rolurilor lor specializate în sănătatea și bolile renale.^6,10,11.

Therinichieste esențială pentru menținerea homeostaziei organismului, reglând volumul și compoziția fluidelor corporale⁷. Rinichii primesc 20-25% din debitul cardiac și prezintă o arhitectură stereotipă a vaselor de sânge. Această arhitectură nu numai că permite livrarea de oxigen și nutrienți cătrerinichi, dar permite, de asemenea, participarea la filtrarea plasmei sanguine, reabsorbția ionilor și metaboliților din filtrat, secreția de ioni și metaboliți în urina primară și concentrația în urină^7,8. Aceste procese extrem de orchestrate permit reglarea fină a volumului lichidului extracelular, a tensiunii arteriale, a osmolalității și a concentrației ionilor^7,8. Rinichii reglează, de asemenea, nivelurile de metaboliți circulanți, nu numai prin excretarea deșeurilor metabolice, ci și prin eliberarea de glucoză (prin gluconeogeneză) și aminoacizi, de exemplu¹². Organele mamiferelor schimbă continuu metaboliți prin circulație, cu utilizare selectivă pentru a-și susține propriile activități metabolice¹².

În consecință, funcțiile metabolice ale EC în diferite organe demonstrează probabil diferențe specifice organelor, așa cum este susținut de constatările din analizele transcriptomului metabolic ale EC în diferite organe.⁶. În plus, plasticitatea metabolică a EC le permite să se adapteze și să răspundă la schimbările de mediu în ceea ce privește nevoile și funcțiile lor metabolice3,13. Dovezile emergente sugerează că CER-urile specializate alerinichiîși adaptează transcriptomul metabolic pentru a sprijini funcția rinichilor¹⁰.

Disfuncția REC însoțește pierderea acută sau progresivă arinichifuncţie^14,15. Această disfuncție este asociată cu o creștere a vasoconstricției arteriale și o reducere a fluxului sanguin renal, dobândirea de fenotipuri pro-inflamatorii și pro-trombotice care favorizează aderența și infiltrarea celulelor imune și formarea de microtrombi, disocierea pericitelor murale de la nivelul endoteliului. stratul, defalcarea barierei endoteliale care duce la edem interstițial, rarefierea capilarelor peritubulare (promovând astfel hipoxia renală) și tranziția de la endoteliu la mezenchimat, care contribuie la fibroza renală16,17, sugerând că endoteliul ar putea fi vizat pentru a proteja împotriva rinichilor. leziuni și/sau pentru regenerarea funcției renale.

Această recenzie rezumă înțelegerea noastră actuală arinichivasculatura, concentrându-se pe progresele recente în înțelegerea noastră a eterogenității fenotipice, moleculare și metabolice a REC în relație cu micromediul lor. De asemenea, discutăm despre aplicarea potențială a țintirii metabolismului REC ca strategie terapeutică înrinichibolisau pentru regenerarea rinichilor.

Puncte cheie

• Endoteliul diferă între diferite organe, probabil pentru a susține funcții diferite ale organelor.

• Mai multe fenotipuri de celule endoteliale specializate coexistă în glomerulii, cortexul și medularul renal; aceștia funcționează pentru a sprijini filtrarea glomerulară, reabsorbția și secreția de ioni și metaboliți și concentrația în urină.

• Diferitele micromedii locale dinrinichimodelează eterogenitatea moleculară și metabolică a endoteliului renal; invers, factorii endocrini derivați de celule endoteliale susțin nișele diferitelorrinichimicromedii.

• Metabolismul celulelor endoteliale renale poate fi alterat în contextulrinichirăni și boli, parțial ca urmare a schimbărilor în micromediu.

• O mai bună înțelegere a diversității fenotipice și specializarea metabolică a celulelor endoteliale renale poate ajuta la identificarea de noi ținte pentrutratarearinichibolișirinichiregenerare.

Heterogenitatea endoteliului renal

Anatomie vasculară renală

Therinichieste alimentat cu sânge prin artera renală, care după ce intră înrinichiprin hilul renal, se ramifică în artere segmentare, interlobare, arcuate și interlobulare (Fig. 1a) și în cele din urmă, arteriole aferente, care sunt vase de înaltă rezistență responsabile pentru controlul fluxului sanguin glomerular și al ratei de filtrare glomerulară (GFR) 18. Din arteriolele aferente, sângele intră în smocul glomerular - o rețea de capilare glomerulare foarte fenestrate în care ultrafiltrarea plasmei sanguine are loc cu o viteză de ~120-140 ml/min la omul adulți, permițând soluțiilor cu greutate moleculară mică să treacă din glomerular. capilare în spațiul lui Bowman¹⁹. După ce o fracțiune din plasmă a fost filtrată, sângele părăsește smocul glomerular prin arteriolele eferente pentru a vasculariza tubii contorți distali și proximali, formând rețeaua capilară peritubulară corticală. Sângele din capilarele peritubulare este îmbogățit cu substanțe dizolvate cu greutate moleculară mare și are un conținut scăzut de lichid din cauza pierderii de lichid în timpul ultrafiltrației glomerulare. Astfel, capilarele peritubulare sunt dedicate reabsorbției apei, ionilor și nutrienților esențiali din zona proximală.^7,20și tubii distali²¹. Mai mulți ioni precum H plus (ref. 22) și K plus (ref. 23), precum și molecule precum creatinina²⁴și metaboliți ai medicamentelor²⁵— care nu au fost complet filtrate de capilarele glomerulare, dar trebuie totuși eliminate din organism — trece de la capilarele peritubulare în celulele epiteliale ale tubilor proximali20 sau distali pentru a fi secretate și eliminate prin urină21. Arteriolele eferente din nefronii juxtamedulari dau naștere la vasa recta descendentă (DVR), care se interconectează cu vasa recta ascendentă (AVR) prin plexuri capilare. AVR și DVR rulează în contracurent cu bucla lui Henle și participă la schimbul medular în contracurent, care, așa cum este descris mai târziu, este necesar pentru a menține un gradient de osmolaritate pentru concentrația în urină26. În cele din urmă, sistemele capilare cortical și medular împreună cu AVR se unesc într-un sistem venos la joncțiunea corticomedulară. Mai precis, vascularizația venoasă renală drenează sângele din capilarele peritubulare și AVR în venele interlobulare și arcuate și apoi în venele interlobare, formând în cele din urmă vena renală care iese dinrinichihilul şi în final se ramifică în vena cavă inferioară⁷.

Therinichieste, de asemenea, alimentat de vasele limfatice, care urmează topografia generală arinichivasculatura sanguina²⁷(Fig. 1a). Sunt prezenți în principal în cortexul renal, unde rolul lor principal este de a elimina lichidul și macromoleculele (cum ar fi albumina) din spațiul interstițial dintre tubuli și capilare.²⁸. De asemenea, au un rol în infiltrarea celulelor imune și inflamația ulterioară²⁹. În glomeruli, ele înconjoară capsula lui Bowman fără a pătrunde în smocul glomerular²⁸. În schimb, vasele limfatice tradiționale sunt rareori prezente în medula renală; în această regiune, lichidul interstițial și macromoleculele sunt îndepărtate de AVR, care reprezintă un tip de vas de sânge hibrid cu caracteristici asemănătoare limfatice.^28,30.

Fenotipurile celulelor endoteliale renale

CE de la diferite organe sunt fenotipic heterogene^3–6,31. Proprietățile unice ale REC, și în special ale EC glomerulare, au fost de multă vreme apreciate. Profilarea transcripțională globală a EC de la șoareci a confirmat existența semnăturilor transcriptomului specifice organelor^3,4,6. De notat, aceste studii au demonstrat că REC sunt cele mai diferite de EC din alte organe, inclusiv creier, inimă, plămâni, mușchi și testicul.⁴(Fig. 1b) prin expresia lor a genelor asociate cu semnalizarea interferonului, precum și a genelor care codifică factorii endocrini FGF1 și IL-33 (ref.^4,6). Eterogenitatea specifică a organelor EC stă probabil la baza adaptării lor moleculare pentru a îndeplini roluri funcționale specifice^3–6,31.

Cu toate acestea, eterogenitatea REC-urilor se extinde dincolo de nivelul organotipic, cu o diversitate remarcabilă arinichivascularizație, așa cum sa demonstrat inițial prin microscopie electronică și studii cu microarray și ulterior prin analize cu o singură celulă^6,32,33. Therinichicortexul, glomerulii și medulara conțin populații EC unice (cREC, gREC și, respectiv, mREC). Această diversitate în populațiile CE ar putea apărea din expunerea la diferitele micromedii ale acestor regiuni. De exemplu, endoteliul glomerular este expus la o presiune vasculară ridicată și interacționează strâns cu podocitele pentru a regla ultrafiltrarea, în timp ce mREC-urile sunt expuse la osmolaritate ridicată și hipoxie, care sunt legate de menținerea gradientului de osmolaritate și a concentrației urinei.^6,9,10,32(Fig. 1c). Dincolo de eterogenitatea inter-compartimentală, REC-urile demonstrează și eterogenitatea intra-compartimentală, care este probabil determinată de o serie de factori genetici și de mediu, inclusiv tipul de pat vascular (arterial, capilar, venos), interacțiunile lor cu alte tipuri de celule (de exemplu , celule musculare netede, pericite, celule granulare, podocite și celule epiteliale tubulare) și expunerea lor la diferite micromedii din același compartiment, cum ar fi expunerea la diferite tipuri de flux sau diferite niveluri de osmolaritate34 (Fig. 1c). Dezvoltarea tehnologiilor de transcriptomică unicelulară a permis ca eterogenitatea REC-urilor de șoarece să fie mapată la rezoluție foarte mare^6,10,11, dezvăluind până la 24 de populații REC diferite din punct de vedere transcripțional^6,10,11. De notat, constatările din studiile ARN-seq unicelulare rezumate mai jos rămân de confirmat la nivel de proteine, atât pentru a verifica în mod cuprinzător localizarea spațială a proteinelor prezise, ​​cât și pentru a integra cunoștințele despre modificările post-translaționale și/sau mecanisme de semnalizare care pot afecta activitatea proteinelor. De asemenea, este de remarcat faptul că îmbogățirea relativă a unei gene într-o anumită populație REC, așa cum este determinată de secvențierea cu o singură celulă, nu implică neapărat că expresia acelei gene este limitată la acea populație celulară specifică.

Eterogenitatea celulelor endoteliale renale glomerulare.Therinichiglomerulus este o structură foarte specializată, care este responsabilă pentru filtrarea plasmei sanguine pentru a genera un filtrat primar de urină, asigurând în același timp că proteinele plasmatice esențiale sunt reținute în sânge. Este compus din capilare glomerulare care se află între arteriolele aferente și eferente, care sunt vase de rezistență care controlează atât fluxul sanguin capilar, cât și presiunea. Arteriolele unui nefron sunt în contact parțial cu aparatul juxtaglomerular (JGA) - o structură specializată care cuprinde macula densa a tubului contort distal, celule granulare producătoare de renină care sunt asociate cu arteriola aferentă și celulele mezangiale extraglomerulare (Fig. 2a). JGA reglează RFG cu un singur nefron și tensiunea arterială prin feedback-ul tubuloglomerular, răspunsul miogen și eliberarea de renina^19,35–37.

Endoteliul capilar glomerular este compus din CE unice cu fenestrari nediafragmate care permit filtrarea unor volume mari de lichid38 (Fig. 2b).

Fenestrațiile au o dimensiune de 50-100 nm și ocupă aproximativ 20 la sută din suprafața celulei, apărând la imagistica microscopică electronică ca găuri transcelulare.³⁸. Diametrul acestor fenestrari este teoretic suficient de mare pentru a permite trecerea fluidelor si a proteinelor mari in tubuli. Cu toate acestea, gREC-urile capilare produc, de asemenea, un strat gros de glicocalix care cuprinde glicoproteine ​​încărcate negativ și polizaharide care acționează ca o barieră în calea trecerii proteinelor.^39,40. Mai mult, componentele plasmatice sunt adsorbite în glicocalix și formează un strat mai larg numit strat de suprafață endotelial41, care, cu structura sa filamentoasă, îmbunătățește și mai mult permselectivitatea barierei endoteliale glomerulare.⁴². Într-adevăr, albuminuria și proteinuria sunt observate la afectarea glicocalixului^39,43,44. Împreună cu podocitele, gREC-urile capilare sintetizează și împărtășesc o matrice extracelulară comună cunoscută sub numele de membrana bazală glomerulară (GBM), care cuprinde în principal colagen de tip IV, laminină și proteoglicani sulfatați42. Mutațiile care afectează sinteza oricăreia dintre componentele GBM duc la proteinurie45,46. Astfel, gREC-urile capilare, podocitele și GBM formează o barieră eficientă de filtrare glomerulară. De remarcat, endoteliul capilar glomerular nu are diafragmă și, prin urmare, nu exprimă proteina 1 asociată veziculelor plasmalemei glicoproteinei transmembranare de tip II (PV1), care este codificată de Plvap10 și este un marker tipic al EC fenestrate asociat cu diafragmele de punte ale endoteliului. fenestre și caveole⁴⁷

Dezvoltarea și menținerea fenestrațiilor gREC capilare necesită factor de creștere endotelial vascular derivat din podocite (VEGF), care acționează într-o manieră paracrină prin receptorul VEGF endotelial 2 (VEGFR2, cunoscut și sub numele de KDR)⁴⁸. Supraexprimarea VEGF determină colapsul glomerular, pierderea rapidă a grREC capilare și proteinurie masivă⁴⁹. Astfel, este necesară o reglare strictă a podocitelor VEGF pentru a stabili vascularizația glomerulară în timpul dezvoltării embrionare și pentru menținerea fenestrațiilor în capilarele glomerulare mature.^38,42. În mod similar, VEGF derivat din celulele epiteliale tubulare permite menținerea rețelei capilare peritubulare⁵⁰

Spre deosebire de alte EC capilare, gREC-urile sunt expuse la hipertensiune arterială și la un flux sanguin ridicat, ceea ce conduce procesul de filtrare glomerulară și expune gREC-urile la stres de forfecare substanțial⁵¹. În consecință, gREC-urile exprimă niveluri ridicate ale transcripției reglate de forfecare Pi16 (ref^6,10,11,52) (Fig. 2c; Tabelul suplimentar 1). GREC-urile capilare exprimă, de asemenea, o serie de alți markeri^10,11,32,53, inclusiv Ehd3, care codifică un membru al familiei de proteine ​​EHD^{10,11,38,54,55}care reglează reciclarea endocitară și se crede că reglează reciclarea VEGFR2 în grREC capilare (Fig. 2c), împreună cu EHD4 (ref. 54). Astfel, EHD3 ar putea contribui la menținerea fenestrațiilor capilare glomerulare. GREC-urile capilare arată, de asemenea, expresia îmbogățită a genelor asociate cu calea de semnalizare TGF-BMP (Eng, Smad6, Smad7, Xiao și Hipk2 (refs10,56-58)), care este implicată în formarea capilarului glomerular. Supraexprimarea TGF induce proteinurie și glomeruloscleroză⁵⁹și, prin urmare, prezența SMAD-urilor inhibitoare, cum ar fi cele codificate de Smad6 și Smad7 în gRECs poate preveni semnalizarea excesivă a TGF și disfuncția glomerulară. Prin contrast, BMP derivat din podocite este crucială pentru formarea normală a capilarelor glomerulare60. GREC-urile capilare exprimă, de asemenea, în mod specific Nostrin³², al cărui produs proteic leagă sintaza endotelială de oxid nitric (eNOS) pentru a declanșa translocarea sa din membrana plasmatică în structuri subcelulare asemănătoare veziculelor și atenuează producția de oxid nitric (NO) - un regulator important al GFR32. Mai mult decât atât, expresia restricționată a lipoprotein lipazei (Lpl) la gREC capilare sugerează că endoteliul glomerular poate fi esențial pentru eliberarea acizilor grași în ultrafiltrat, care ar putea fi ulterior utilizat ca sursă de energie de către celulele epiteliale tubulare sau pentru reglarea conținutul de lipide din sânge sau ar putea contribui la acumularea de lipide glomerulare, așa cum se observă în contexte patologice^6,10,61,62. În mod interesant, expresia renală a genelor implicate în metabolismul lipidelor se corelează cu GFR și inflamația la pacienții cudiabeticrinichiboala, în timp ce oxidarea defectuoasă a acizilor grași (FAO) în celulele tubulare contribuie la dezvoltarearinichifibroză^61,62.

Factorii de transcripție, cum ar fi SOX17 și COUP-TFII (codificați de Nr2f2) în REC arteriale și, respectiv, venoase, conduc semnăturile transcriptomice și identitatea paturi vasculare specifice63,64. Identitatea gREC-urilor se bazează pe activitatea a cel puțin doi factori de transcripție: GATA5 și TBX3 (refs10,11,32) (Fig. 2c), care mediază achiziționarea unui profil de expresie genică asemănătoare gREC atunci când sunt supraexprimați împreună în vena ombilicală umană. EC (HUVEC), un model EC utilizat în mod obișnuit11. Regulonul GATA5 este suprareglat în grREC, dar nu și în alte populații REC^10,11iar deleția selectivă a lui Gata5 în EC provoacă leziuni glomerulare65. Mai mult decât atât, deleția specifică EC a Tbx3 provoacă defecte morfogene, cum ar fi microanevrisme în subseturi de glomeruli, număr redus de fenestrații gREC capilare și procese deformate ale podocitelor, sugerând un rol pentru acest factor de transcripție în menținerea organizării structurale a capilarelor glomerulare.¹¹. În plus, atât GATA5, cât și TBX3 sunt implicate în reglarea tensiunii arteriale. GATA5 afectează funcția vasculară tipică, protein kinaza A și căile de semnalizare NO⁶⁵, în timp ce se crede că TBX3 modulează tensiunea arterială prin reglarea secreției de renină înrinichi¹¹.

Reglarea tonusului vascular al arteriolelor aferente și eferente este necesară pentru a menține presiunea capilară glomerulară constant ridicată necesară pentru filtrarea glomerulară.¹⁸. Acest proces de reglare permite menținerea unui RFG constant în ciuda modificărilor presiunii sistemice și debitului cardiac66. Arteriolele aferente au unul până la trei straturi de celule musculare netede vasculare (VSMC), care, în apropierea JGA, sunt parțial înlocuite cu celule granulare producătoare de renină67 (Fig. 2d). Eterogenitatea EC există, de asemenea, în arteriola aferentă, cu fenestrații nediafragmate ale endoteliului cel mai apropiat de JGA68,69 - similar cu cel al endoteliului capilar glomerular - probabil pentru a facilita transportul rapid al reninei în sânge18 (Fig. 2d). Expresia Gja5 (codificarea conexinei 40) este îmbogățită în acest subset de gREC^10,70și are un rol important în comunicarea dintre endoteliu și celulele granulare din JGA pentru a regla eliberarea de renină^35,70,71. Aceste EC sunt, de asemenea, îmbogățite în alte gene implicate în interacțiunea celulă la celulă, cum ar fi cele legate de căile de semnalizare Wnt și Notch, Ephrin și citokine și chemokine (Fig. 2c), care ar putea media diafonia între celulele mezangiale și/ sau celule granulare și gREC în JGA și pot contribui la autoreglare și modularea tensiunii arteriale¹⁰.

În schimb, gREC-urile din partea din amonte (cea mai distală) a arteriolelor aferente exprimă gene implicate în reglarea benzinei, cum ar fi Edn1 (care codifică endotelina 1), Alox12 (arahidonat 12-lipoxigenază) și S1pr1 (sfingozină{{6} }}receptor de fosfat 1)^10,72,73(Fig. 2c). Calea de semnalizare S1P–S1PR1 reglează puternic benzina arteriolă aferentă prin activarea sistemului eNOS^74–76. În conformitate cu acest rol, receptorul S1P este îmbogățit în gREC în arteriolele aferente și nu este detectat în arteriolele eferente¹⁰.

Spre deosebire de gREC-urile din arteriolele aferente, gREC-urile din arteriolele eferente prezintă o expresie mai scăzută a conexinei77, în special a conexinei 37 și a conexinei 40 (codificate de Gja4 și, respectiv, Gja5)10. Cu toate acestea, similar cu EC din arteriolele aferente, analizele transcriptomului EC din arteriolele eferente indică prezența a două populații gREC: una probabil asociată cu JGA (exprimând gene asociate cu adeziunea și extravazarea celulelor imune și permeabilitatea EC) și o a doua. care corespunde porțiunii distale a arteriolei eferente (îmbogățite în gene implicate în răspunsurile de hiperosmolaritate)10 (Fig. 2c).

Aceste perspective sugerează că diversitatea fenotipică și funcțională a grREC stă la baza capacității acestor endotelii de a menține GFR prin modularea activă a fluxului sanguin glomerular și prin asigurarea eficienței filtrării glomerulare. Prin integrarea feedback-ului tubuloglomerular și a semnalelor miogenice, gREC-urile asociate cu JGA, în special, sunt probabil regulatori critici ai GFR.

Eterogenitatea celulelor endoteliale renale corticale.Pe lângă endoteliul capilar glomerular și arteriolele aferente și eferente preglomerulare și postglomerulare,rinichicortexul conține vase limfatice și artere și vene mari împreună cu vasele vasore asociate, venule postcapilare și capilarele peritubulare. În conformitate cu rolul lor în reabsorbția și secreția substanțelor dizolvate, ionilor și apei, capilarele corticale peritubulare sunt capilare cu pereți subțiri care cuprind EC care sunt cuplate funcțional cu epiteliul tubular9 (Fig. 3a). În comparație cu gREC și mREC, cREC - în special, EC capilare peritubulare - exprimă niveluri ridicate de Igfbp3 (codifică proteina de legare a factorului de creștere asemănător insulinei 3) și Npr3 (codifică receptorul peptidei natriuretice 3)10,11 (Fig. 3b) .

Capilarele corticale peritubulare iau naștere din arteriolele eferente și înconjoară tubii contorți proximali și distali (Fig. 3a), furnizând oxigen și nutrienți și contribuind la absorbția de substanțe dizolvate și la reabsorbția apei din lumenul tubular.⁹. Spre deosebire de capilarele glomerulare, EC capilare peritubulare exprimă Plvap, al cărui produs proteic (PV1) se întinde pe fenestra EC capilară peritubulară. Aceste fenestre diafragmate au un diametru de 62–68 nm și probabil faciliteazăschimb de apă, ioni și substanțe dizolvate mici cu tubii proximali și distali9,10

Glomerulii filtrează aproximativ 180 g de glucoză pe zi78 și în condiții fiziologice, aproape toată este reabsorbită în tubii proximali. Glucoza filtrată este mai întâi reabsorbită din lumenul tubilor proximali din interiorul celulelor epiteliale prin intermediul cotransportatorilor sodiu-glucoză (SGLT). Odată ce concentrația intracelulară de glucoză o depășește pe cea a interstițiului, aceasta difuzează în spațiul interstițial prin intermediul transportatorilor de glucoză facilitati specifici (GLUT), de unde este reabsorbită în fluxul sanguin79. În conformitate cu rolul lor în acest proces, EC capilare peritubulare exprimă niveluri mai mari de Slc2a1 (codând GLUT1) decât EC ale altor paturi vasculare renale11 (Fig. 3b), sugerând că reabsorbția glucozei ar putea fi facilitată de GLUT1 în EC capilare peritubulare.

Capilarele peritubulare corticale includ două populații EC - una care exprimă niveluri ridicate de Apoe (codifică apolipoproteina E) și una care exprimă puțin sau deloc Apoe10 (Fig. 3b). Populația Apoe-high prezintă o expresie îmbogățită a altor gene legate de metabolismul lipidic, cum ar fi Plpp3 și Thrsp10,80,81. În schimb, populația Apoe-low exprimă gene care codifică receptorii VEGF (Kdr, Flt1 și Nrp1, care codifică VEGFR2, VEGFR1 și respectiv neuropilina 1), proteine ​​și receptori care leagă factorul de creștere asemănător insulinei (Igfbp5, Igfbp3 și Insr) și Npr3, care codifică un receptor pentru peptida natriuretică, care reglează volumul sanguin și excreția de sodiu10,82–85. În prezent, nu se știe dacă aceste două populații EC există în capilare separate care interacționează cu tubii contorți proximali sau cu tubii distali sau dacă există în aceleași capilare.

În mod surprinzător, au fost descrise și două populații capilare suplimentare de EC în cortexul renal de șoarece - o populație de EC asemănătoare angiogenului și o populație care se caracterizează prin expresia genelor stimulate de interferon și a genelor implicate în procesarea și prezentarea antigenului10 (Fig. 3b) . EC-urile asemănătoare angiogene ar putea avea un rol în regenerarea REC-urilor deteriorate, în timp ce EC-urile activate de interferon ar putea participa la supravegherea imună, deși sunt necesare studii suplimentare pentru a investiga aceste posibilități10.

cREC-urile din arterele mari sunt caracterizate prin expresia genei factorului de transcripție arterial Sox17 și a genei de joncțiune strânsă Cldn5 (claudin 5), în timp ce cREC-urile din venele mari sunt caracterizate prin expresia factorului de transcripție Nr2f2 (COUP-TFII) și marker de fenestrare Plvap^{6,10,11,47,63,64,86}(Fig. 3b).

CREC-urile arteriale exprimă gena care codifică semaforină Sema3g, care are efecte autocrine și paracrine asupra EC și, respectiv, VSMC, genele care codifică conexine Gja4 și Gja5, care sunt componente ale joncțiunilor mioendoteliale și membrul familiei Notch Jag1 (ref. 6, 10, 11,87–90) (Fig. 3b). Arterele mari sunt expuse la hipertensiune arterială, iar tonusul lor vascular este modulat ca răspuns la modificările tensiunii arteriale. Capacitatea lor de a răspunde la semnale mecanice este activată de prezența unui strat elastic în tunica media care este bogat în fibre elastice^9,91și prin expresia genelor legate de ansamblul fibrelor elastice, cum ar fi Eln (elastină), Ltbp4 (proteina de legare a factorului de creștere cu transformare latentă- -4), Fbln5 (fibulină 5) și Bmp4 (refs6,10,11,92). –95). Ele exprimă, de asemenea, niveluri ridicate de Mgp (proteina matricei Gla)6,10, care suprimă calcificarea vasculară, probabil prin inhibarea semnalizării BMP2 și BMP496. În concordanță cu rolul lor în reglarea fluxului sanguin renal, cREC ale arterelor mari exprimă, de asemenea, gene care sunt responsabile pentru reglarea benzinei, cum ar fi Ace, Edn1 și S1pr1 (refs6,10,97-99) (Fig. 3b).

Livrarea oxigenului și a nutrienților și îndepărtarea produselor reziduale eliberate în peretele vascular al arterelor și venelor mari sunt facilitate de vasa vasora100. REC Vasa vasora nu au fost identificate în studiile publicate cu REC unicelulare de șoarece, probabil din cauza vaselor cu un diametru lumen de<0.5mm (the="" diameter="" of="" normal="" vessels="" in="" mice)="" do="" not="" normally="" have="" vasa="">^6,10,11,100. Efectuarea unor astfel de studii la animale mai mari sau la oameni, care au vase renale mai mari, poate crește probabilitatea de a capta REC vasa vasora. În prezent, nu există markeri descriși pentru REC derivate din vasa vasora.

Dincolo de sistemul vascular sanguin, cortexul renal conține și două seturi de vase limfatice renale. Ambele își au originea ca capilare orb în lobul renal, de unde un set urmează arterele spre hil pentru a conecta sistemul hilar și capsular, iar celălalt pătrunde în capsulă pentru a se uni cu limfaticele capsulare28,101 (Fig. 1a). Capilarele limfatice renale pot fi distinse de capilarele vaselor de sânge, deoarece sunt prezente în principal în interstițiu, sunt orb și lipsite de pericite.^28,29. Capilarele limfatice renale constau din LEC-uri cu un singur strat, în formă de „frunză de stejar”, ​​suprapuse parțial28,29, care pot fi distinse de BEC prin expresia mai multor markeri.⁶, dintre care cele mai cunoscute sunt Pdpn (podoplanina)102, gena care codifică receptorul hialuronan Lyve1 (ref. 103), Flt4 (care codifică VEGFR3)104 și gena factorului de transcripție Prox1 (ref. 105) (Fig. 3b) . Deși acești markeri sunt exprimați și în alte tipuri de celule, ei pot fi utilizați pentru a distinge între cele două tipuri majore de CE29. În umanrinichi, podoplanina a fost descrisă ca fiind cel mai de încredere marker al LEC^28,29. Cu toate acestea, niciunul dintre cei doi nu este cunoscutrinichiPopulațiile LEC au fost identificate în studiile ARN-seq unicelulare publicate^6,10,11, posibil din cauza pierderii lor în timpul etapelor tehnice de prelucrare (de exemplu, în timpul digestiei enzimatice sau al purificării EC) și/sau deoarece reprezintă o fracție EC prea mică în comparație cu populația de BEC renale. Prin urmare, sunt necesare studii suplimentare pentru a caracteriza eterogenitatea endoteliului limfatic renal.

Eterogenitatea celulelor endoteliale renale medulare.Rolul principal al medulei renale este concentrarea urinei⁹. Aranjamentul anatomic al vaselor rectale și fluxul sanguin scăzut al medulului renal (10 la sută din fluxul sanguin total renal9 ), împiedică eliminarea substanțelor dizolvate, cum ar fi ureea și NaCl, creând un gradient de osmolaritate de la medularul extern la papila renală. , care este esențial pentru concentrarea urinei26,106. Acest gradient variază în funcție de starea de hidratare106.

Endoteliul medular renal este caracterizat prin exprimarea Igfbp7 (refs10,11), un marker urinar alrinichileziune care prezice recuperarea renală după leziunea renală acută (AKI)107 și Cd36 (refs10,32), care codifică un receptor scavenger care este responsabil pentru absorbția acizilor grași cu lanț lung din circulație108 (Fig. 3c). Prin urmare, lipidele ar putea trece într-o manieră dependentă de CD36-prin endoteliul medular către celulele interstițiale medulare, o populație de celule asemănătoare fibroblastelor care este caracterizată de picături de lipide, a căror abundență se corelează cu starea de diureză109. Deleția Cd36 la șoareci a fost asociată cu un risc crescut de hipertensiune arterială spontană dependent de rinichi^10,110, dar a atenuat dezvoltarearinichifibroza ca răspuns la o dietă bogată în grăsimi111 (Fig. 3c), sugerând prin urmare atât un rol protector, cât și unul patologic pentru transportul lipidelor în aceste procese.

La fel ca endoteliul cortical și glomerular, endoteliul medular renal prezintă o eterogenitate intra-compartimentală extinsă^10,11. DVR-ul este vase asemănătoare arterelor care cuprind un endoteliu continuu înconjurat de pericite asemănătoare mușchilor netezi sau VSMC care răspund la stimuli vasoactivi pentru a controla fluxul sanguin medular renal. În concordanță cu fenotipul lor asemănător arteriolar, EC-urile DVR exprimă Sox17 (refs10,55), Cldn5 (refs10,55,86,112), Fbln5, Gja4 și Cxcl12 (CXCL12, cunoscută și ca SDF1 - o proteină chemokină). care acționează ca un ligand pentru CXCR4 și CXCR7 exprimat de VSMC și pericite)^10,63,113. EC-urile DVR exprimă și Slc14a1 și Aqp1 care codifică transportorul de uree B (UTB)^10,11,112și canalul de apă aquaporina 1 (ref^10,11,55), ambele sunt necesare pentru concentrarea urinei114,115 (Fig. 3c,d). Aceste EC exprimă, de asemenea, Scin, care codifică cenușa în - o proteină care leagă acvaporina 2 într-un complex multiproteic în colectarea celulelor epiteliale ale conductelor, probabil pentru a facilita traficul cu acvaporina 2116. Co-expresia Aqp1 și Scin în EC DVR sugerează o interacțiune similară în endoteliul medular¹⁰.

Gradientul de osmolaritate stabilește un mediu ostil pentru celulele medularei renale, în special pentru cele din papila renală, unde osmolaritatea este cea mai mare (corespunzând unei stări de hiperosmolaritate fiziologică în care osmolaritatea este mai mare decât în ​​plasma sistemică)117. EC-urile DVR de șoarece pot fi separate în două fenotipuri principale în funcție de localizarea lor în papila renală sau în medularul extern sau intern10 și se disting prin expresia genelor induse de hiperosmolaritate și a genelor de reglare vasotonă10 (Fig. 3c). EC-urile DVR ale papilei renale exprimă gene care răspund la hiperosmolaritate, inclusiv genele țintă ale factorului de transcripție inductibil de hiperosmolaritate NFAT5, cum ar fi S100a4 și S100a6 (refs10,118), în timp ce EC-urile DVR din medula interioară și exterioară prezintă o expresie îmbogățită, care codifică Hp. o enzimă majoră implicată în catabolismul prostaglandinelor vasoactive, Edn1, care codifică endotelina vasoconstrictoare 1, și Adipor2, care codifică un receptor pentru adiponectină care induce efecte vasodilatatoare119,120 (Fig. 3c). Acest model de expresie este în concordanță cu prezența mai proeminentă a pericitelor asemănătoare mușchilor netezi în porțiunea medulară exterioară a DVR și, prin urmare, cu o mai mare receptivitate a acestei regiuni la factorii vasoactivi, în comparație cu porțiunile inferioare DVR9,121.

Spre deosebire de DVR, AVR sunt vase venoase fenestrate (Fig. 3d). Aceste vase reabsorb apa din interstițiul medular renal care se acumulează în timpul concentrării urinei de către canalele colectoare, bucla lui Henle și DVR, colectând-o înapoi în circulația generală într-un mod asemănător cu funcția vaselor limfatice30. În conformitate cu acest rol, EC-urile AVR exprimă factorul de transcripție venoasă Nr2f2 (refs10,11,64) și Plvap - probabil pentru a-și susține rolul în reabsorbția apei.^10,11,47,122(Fig. 3c). EC-urile AVR exprimă, de asemenea, Tek, care codifică receptorul de angiopoietină Tie2, care este necesar pentru formarea AVR în timpul dezvoltării. Eliminarea Tek la șoareci declanșează acumularea rapidă de lichid și chisturi în interstițiul medular și pierderea fasciculelor vasculare medulare și are ca rezultat scăderea capacității de concentrare a urinei.³⁰.

Similar cu DVR, AVR poate fi separat în două populații EC diferite din punct de vedere transcriptomic, situate în papilă și în medularul extern și intern. Cele din papilă sunt caracterizate prin expresia genelor care răspund la hiperosmolaritate (Cryab, Fxyd2 și Cd9 (refs10,123,124)), gene glicolitice (Ldha, Aldoa și Gapdh10,125,126) și Car2, care codifică enzima carbonică 2 anhidrază. , a cărui absență afectează concentrația de urină și declanșează poliurie la șoareci127 (Fig. 3c). EC-urile AVR papilare exprimă în mod specific gena de codificare a subunității Na plus/K plus ATPază Fxyd2, în timp ce o genă alternativă care codifică subunitatea Fxyd6 este suprareglată în EC-urile AVR în medularul extern și intern.¹⁰ (Fig. 3c).

Porțiunile papilare ale AVR și DVR afișează profiluri distincte de expresie a genelor, dar împărtășesc expresia mai multor gene sensibile la hiperosmolaritate, inclusiv Akr1b3, care codifică aldoza reductază - enzima limitatoare de viteză a căii poliolului care este responsabilă pentru conversia glucozei în sorbitol, un osmolit organic inert care este important pentru menținerea volumului celular în condiții de hiperosmolaritate117. Ele exprimă, de asemenea, S100a6, precum și alte gene - cum ar fi Fxyd5 (care codifică o altă subunitate Na plus /K plus ATPază), Nrgn (care codifică proteina care leagă calmodulină neurogranina) și Crip1 (care codifică proteina 1 bogată în cisteină) 10,118 - care ar putea fi potențial legat de mediul hiperosmotic (Fig. 3c).

Plexul capilar medular renal, care conectează DVR și AVR (Fig. 3a), este caracterizat de un endoteliu fenestrat Plvap-pozitiv și de expresia endotelială îmbogățită a genelor care codifică receptorii VEGF, cum ar fi Kdr, Flt1 și Nrp1, de asemenea ca gene implicate în transportul și metabolismul acizilor grași (Cd36 și Plpp3)10 (Fig. 3c). mREC-urile includ, de asemenea, EC din venule postcapilare, precum și populații de EC angiogenice și activate de interferon, similare cu capilarele cortexului renal10.

Eterogenitatea REC și boala renală

În condiții fiziologice, endoteliul este repaus - o stare care este menținută în mare parte prin S-nitrozilarea proteinelor și a factorilor de transcripție de către NO128,129 derivat din eNOS. Activitatea eNOS în sine este reglată de efortul de forfecare¹³⁰și metaboliți intracelulari, cum ar fi substratul eNOS, l-arginina și cofactorul său, tetrahidrobiopterina¹³¹. În condiții speciale - de exemplu, ca răspuns la infecție - această stare de repaus poate fi oprită, inducând activarea EC și recrutarea celulelor imune. Semnalizarea redox și, în special, decuplarea enzimei eNOS care are ca rezultat producerea de superoxid în loc de NO este esențială pentru acest proces de activare. Decuplarea eNOS pune în mișcare o cascadă care duce la remodelarea stratului de suprafață endotelial și induce expresia receptorilor care pot interacționa cu trombocitele și celulele imune.¹³². Deși activarea endotelială face parte din sistemul de apărare al gazdei, această mașinărie moleculară poate fi activată în mod necorespunzător în condiții de boală, cum ar fi bolile autoimune sau în stabilirea factorilor de risc cardiovascular sau a infecției. De notat, există eterogenitate în răspunsul REC-urilor la semnalele dăunătoare¹³³. De exemplu, în sindromul hemolitic uremic atipic, mutațiile în factorul inhibitor al complementului H sunt asociate cu legarea redusă a factorului H la sulfatul de heparan endotelial glomerular134, inducând astfel microangiopatia trombotică glomerulară. Un alt exemplu este respingerea cronică a alogrefei umorale, în care capilarele peritubulare par a fi ținta principală a leziunii.¹³⁵; pierderea asociată a rețelei capilare peritubulare prezice aparițiarinichieșec136. În contextul pandemiei COVID-19, este de remarcat faptul că AKI este frecvent observată la pacienții cu boală severă (care afectează până la 50% dintre pacienții din secțiile de terapie intensivă)¹³⁷, la care disfuncția EC larg răspândită ar putea promova escaladarea bolii ca urmare a scurgerilor vasculare, coagulopatiei și inflamației exacerbate^138,139.

În plus față de eterogenitatea răspunsului de activare endotelială, răspunsul REC la indicii de mediu din circulație poate fi specific locului. De exemplu, gREC de la pacienții cu diabet zaharat de tip 1 demonstrează un răspuns angiogenic dereglat care are ca rezultat creșterea glomerulară și podocitopatie secundară^140,141. În leziunile ischemice - în special în capilarele peritubulare - activarea endoteliului și desprinderea EC au ca rezultat așa-numitul fenomen „no-reflow”, prin care perfuzia nu este restabilită nici măcar după restabilirea permeabilității, ducând la leziuni ale celulelor epiteliale tubulare și AKI.¹⁴². Patologia clinică indusă de activarea REC este discutată în detaliu în altă parte.

Apariția tehnicilor de înaltă rezoluție, cum ar fi ARN-seq unicelular, a oferit noi perspective asupra reglării moleculare a eterogenității fenotipice endoteliale și a proceselor implicate înrinichirănire. O serie de studii din ultimii câțiva ani, din grupul nostru și alții, au avansat conceptul că eterogenitatea endotelială este interconectată cu metabolismul intracelular.^{3,6,10,143–145}. După cum este descris mai jos, diferitele micromedii la care sunt expuse REC ajută la stabilirea atât a diversității lor fenotipice, cât și a specializării metabolice.

Specializarea metabolică a REC-urilor

EC-urile prezintă un metabolism activ chiar și atunci când sunt repaus pentru a susține procese precum producția de energie, sinteza biomasei și homeostazia redox, care sunt necesare pentru menținerea integrității barierei vasculare, a funcției vaso-reglatoare, a transportului de substanțe dizolvate și a inhibării trombozei și a inflamației vasculare. De exemplu, EC repaus susțin niveluri ridicate de FAO, care ajută la menținerea integrității barierei vasculare în parte prin regenerarea NADPH, care oferă protecție împotriva speciilor reactive de oxigen (ROS)146. În conformitate cu acest rol, inhibarea FAO în EC crește stresul oxidativ, permeabilitatea barierei endoteliale, infiltrarea leucocitelor146 și tranziția de la endoteliu la mezenchimal.¹⁴⁷, sugerând că FAO este necesară pentru menținerea funcției endoteliale și a fenotipului. REC-urile arată profiluri metabolice și transcriptoame diferite la EC izolate din alte organe la șoareci^3,6. În special, ele sunt caracterizate prin reglarea genelor implicate în biosinteza aminoacizilor și pirimidinelor, precum și în metabolismul glucozei.⁶. Mai mult, unele gene metabolice sunt îmbogățite selectiv în EC arteriale, capilare sau venoase, ceea ce indică heterogenitatea metabolică intra-organă.⁶. După cum se discută mai jos, diferite condiții de micromediu la care sunt expuse diferite populații de REC ar putea, de asemenea, să le afecteze profilurile metabolice și să susțină eterogenitatea fenotipică a REC, precum și răspunsul lor la stimulii bolii.

Răspunsuri REC la modificările tensiunii de oxigen

Cu toate cărinichisunt organele cele mai perfuzate din organism, mai puțin de 10% din oxigenul circulant este consumat în timpul trecerii sângelui prinrinichi¹⁴⁸. Therinichimedulara este expusă la o tensiune scăzută de oxigen, cu o pO2 de 10–20 mmHg (hipoxie) în comparație cu 50 mmHg în cortexul renal117 (Fig. 4a). Gradientul de oxigen care urmează axa corticopapilară este consecința mai multor factori, inclusiv un șunt arteriovenos de oxigen care rezultă din aranjarea paralelă a AVR și DVR în medulară, fluxul sanguin limitat către și în interiorul medulului pentru a minimiza eliminarea substanțelor dizolvate. , și utilizarea fosforilării oxidative pentru a produce nivelurile ridicate de energie necesare Na plus /K plus ATPaza pentru a reabsorb Na plus și pentru a permite funcționarea corectă a altor transportatori de soluți membranari celulare117. Astfel, hipoxia este inerentă mecanismului de concentrare a urinei medulare^10,117.

De asemenea, este necesar pentru adecvatrinichidezvoltare149. Cu toate acestea, hipoxia poate fi dăunătoare și este considerată o cauză majoră a AKI150 și un factor de risc pentru boala cronică de rinichi (CKD)151 (Fig. 4a). Hipoxia renală poate rezulta din evenimente ischemice, cum ar fi cele care pot apărea în timpul transplantului de rinichi sau ca urmare a perfuziei renale anormale din cauza rarefării capilare peritubulare, leziuni glomerulare, ateroscleroză, dereglarea tonusului vascular arterial, anemie și difuzie afectată de oxigen din cauza fibrozei152 ( Fig. 4a). În sistemul vascular, expunerea pe termen scurt la hipoxie determină modularea reversibilă a tonusului vascular și a fluxului sanguin, în timp ce expunerea pe termen lung are ca rezultat remodelarea ireversibilă a sistemului vascular și a țesuturilor înconjurătoare cu proliferarea VSMC și fibroză.¹⁵³. Răspunsul celular la hipoxie depinde de inactivarea oxigenazelor dependente de Fe2 plus și de oxigenazele dependente de 2-oxoglutarat (2-OG)152 și de activarea ulterioară a factorului de transcripție inductibil de hipoxie (HIF) și dependent de Căi independente de HIF. Expunerea la hipoxie declanșează activarea atât a HIF1, cât și a HIF2 în ECs154 (Fig. 4b). Înrinichi, REC-urile exprimă pe scară largă HIF2 în caz de hipoxie, în timp ce expresia proteinei HIF1 este limitată la mREC-urile din papila155-157, unde probabil stimulează glicoliza (Fig. 4b). Activarea HIF2 în REC, în general, mediază protecția și recuperarea din leziunile renale ischemice prin promovarea eritropoiezei și prin suprimarea inflamației renale, rarefăcții capilare și fibrozei156 (Fig. 4b). Expunerea REC la hipoxie în contextulrinichiPrin urmare, boala ar putea induce răspunsuri diferite în grREC și cREC decât în ​​mREC. De exemplu, hipoxia promovează proliferarea dependentă de HIF1 -și migrarea EC-urilor de cultură158,159; cu toate acestea, în condiții non-confluente, gREC-urile cultivate suferă apoptoză dependentă de mitocondrii la expunerea la hipoxie155,160,161, sugerând o inadaptare a gREC-urilor la hipoxie. Deși gREC-urile par a fi destul de rezistente la hipoxie in vivo, probabil din cauza efectului paracrin al VEGF161 derivat din podocite, hipoxia poate induce o pierdere progresivă a proteinelor de joncțiune strânsă ocludină și ZO-1 în gREC într-un HIF{{ 11}}mod dependent, crescând în cele din urmă permeabilitatea barierei endoteliale162. Se cunosc puține lucruri despre răspunsul mREC la hipoxie. mREC-urile din AVR și DVR, în special, sunt expuse la o tensiune scăzută de oxigen în papilă în condiții fiziologice, iar regulonul Epas1 (codând HIF2) este reglat în sus în mREC la privarea de apă, probabil ca răspuns la o creștere a hipoxiei determinată de procesul de concentrare a urinei¹⁰.

Adaptarea metabolică a EC la modificările tensiunii oxigenului.În condiții normoxice, EC se bazează în principal pe glicoliză pentru producerea de ATP, mai degrabă decât pe fosforilarea oxidativă mitocondrială163. Ca răspuns la hipoxie, aceste răspunsuri metabolice sunt exacerbate, cu îmbunătățirea suplimentară a glicolizei și suprimarea respirației mitocondriale (Fig. 4b), explicând de ce EC sunt rezistente la hipoxie atâta timp cât glucoza rămâne disponibilă164. La expunerea la hipoxie acută, cum ar fi un eveniment ischemic, EC arată o creștere rapidă a ROS mitocondriale și/sau derivate din NAD(P)H oxidază, care stabilizează HIF1 și permite un flux glicolitic mai mare164 - răspunsuri care sunt în concordanță cu un HIF{6 }}reglarea pozitivă indusă a metabolismului glucozei și reglarea în jos a activității mitocondriale^164,165 (Fig. 4b). Mai mult, analizele căilor metabolice ale EC expuse la hipoxie cronică, cum ar fi cea care poate apărea în medular sau în contextul CKD, au relevat o reglare ascendentă dependentă de HIF2 -a genelor glicolitice.¹⁶⁶. Interesant este că unele gene glicolitice, cum ar fi Eno1 și Aldoa, care codifică enzimele enolaza 1 și aldolaza A, care sunt necesare pentru a produce ATP și piruvat din glucoză, au fost reglate într-o măsură mai mare în mREC decât în ​​cREC și gREC10. Mai precis, mREC-urile din porțiunea papilară a AVR - care este porțiunea patului vascular renal care este cel mai expus la hipoxie - au arătat cea mai mare expresie a genelor glicolitice Aldoa, Ldha și Gapdh dintre toate mREC-urile la șoareci10. Astfel, mREC-urile papilare ar putea demonstra un flux glicolitic anaerob mai mare decât alte REC ca urmare a micromediului lor hipoxic. În mod similar, celulele epiteliale medulare au o capacitate mai mare de producere de ATP glicolitic anaerob decât celulele tubulare proximale.¹¹⁷. mREC-urile reglează, de asemenea, mai multe gene glicolitice la privarea de apă, concomitent cu creșterea activității HIF2 menționată mai sus¹⁰.

În EC, HIF2 este suprareglat parțial după activarea NAD mitocondrial plus deacetilază sirtuina 3 dependentă de deacetilază (SIRT3) (ref. 167) (Fig. 4b). Pierderea SIRT3 afectează semnalizarea hipoxică în EC și are ca rezultat angiogeneză defectuoasă și disfuncție microvasculară, secundară unei treceri metabolice de la glicoliza independentă de oxigen la respirația mitocondrială. Această schimbare metabolică este asociată cu o scădere a expresiei 6-fosfofructo-2-kinazei (PFKFB3), o enzimă care acționează ca un regulator pozitiv al glicolizei și formării ROS.¹⁶⁷(Fig. 4b). La hipoxie, SIRT3 reglează enzimele antioxidante mitocondriale într-un mod dependent de FOXO3 (ref.¹⁶⁸) — un factor de transcripție care este, de asemenea, suprareglat de HIF1¹⁶⁹ (Fig. 4b). Interesant este că calea antioxidantă SIRT3–FOXO3 este operațională în grREC, prevenind tranziția de la endoteliu la mezenchimal șirinichifibroza la un model animal de hipertensiune arterială indusă de angiotensină-II¹⁷⁰(Fig. 4b). Abordările farmacologice care cresc SIRT3 limitează, de asemenea, AKI indusă de cisplatină prin protejarea împotriva leziunilor tubulare și prin îmbunătățirearinichifuncţie¹⁷¹. În schimb, șoarecii Sirt3-knockout prezintă AKI mai severă, deși contribuția REC la aceste efecte nu a fost determinată¹⁷¹. Rămâne de stabilit dacă această cale antioxidantă SIRT3-FOXO3 este implicată și în răspunsul fiziologic al mREC-urilor la hipoxia medulară.

Metabolismul acizilor grași este, de asemenea, afectat de disponibilitatea oxigenului, deoarece hipoxia declanșează o creștere a expresiei și activității sintetazei acizilor grași (FAS), o enzimă cheie care controlează viteza căii de biosinteză a acizilor grași, rezultând o reducere a malonilului. - Pool de CoA și o creștere a nivelurilor de palmitat în ECs172 (Fig. 4b). În EC arterei pulmonare umane, inhibarea FAS duce la afectarea stabilizării HIF1 și la modificările ulterioare mediate de HIF1 -în transportul și metabolismul glucozei și la restabilirea funcției eNOS, sugerând că inhibarea sintezei acizilor grași poate fi benefică. pentru funcția EC în hipoxie¹⁷²(Fig. 4b). Înrinichi, Ventilatoarele - care codifică FAS - au fost reglate în sus într-un model experimental de insuficiență renală cronică și au contribuit la hipertrigliceridemie¹⁷³. Supreglarea ventilatoarelor și a altor gene sensibile la hipoxie a fost, de asemenea, observată înrinichicortexul unui model de șoarece de anemie falciforme care a prezentat leziuni glomerulare și tubulare progresive¹⁷⁴. Metabolismul alterat al lipidelor este o caracteristică a CKD proteinurică și atât dovezile clinice, cât și experimentale susțin ideea că metabolismul lipidic modificat ar putea contribui la patogeneza și progresia bolii renale.¹⁷⁵. Cu toate acestea, rolul REC în metabolismul dereglat al acizilor grași în contextulrinichiboalarămâne de clarificat în continuare.

Hipoxia induce, de asemenea, reglarea în sus a arginazei II într-o manieră dependentă de activarea HIF2¹⁷⁶sau HIF1¹⁷⁷, și scade sinteza și transportul substratului său, arginina, în EC^178,179(Fig. 4b). Arginaza II este o metaloenzimă care este exprimată în special înrinichiși catalizează hidroliza l-argininei în uree și l-ornitină. Creșterea activității arginazei II scade biodisponibilitatea argininei, care atenuează activitatea eNOS, scăzând producția de NO endotelial și declanșând decuplarea eNOS, conducând în cele din urmă la producerea de ROS și stres nitrozativ.¹⁷⁶. Acești pași sunt esențiali în promovarea disfuncției endoteliale, a bolii renale diabetice șirinichiinflamație în contextul obezității induse de dietă^180,181. În condiții fiziologice, arginaza II este exprimată în principal în medularul extern, sugerând că această adaptare metabolică probabil nu are loc în mREC-urile care sunt cele mai expuse hipoxiei.¹⁸¹.

În cele din urmă, expunerea mREC papilare la hipoxie acută declanșează eliberarea de purine și ATP, împreună cu UTP și UDP, în spațiul extracelular.^182–184. ATP activează receptorii endoteliali P2Y, rezultând producția de NO, vasodilatație și creșterea perfuziei tisulare¹⁸⁵. ATP formează de asemenea adenozină în urma metabolizării ATP de către ectoenzime^185,186. Important este că hipoxia declanșează o reglare ascendentă dependentă de HIF2 -a receptorului de adenozină A2a (codificat de ADORA2A) în EC^187,188, a cărei activare crește sinteza proteinei HIF1, promovând în continuare expresia genei glicolitice și fluxul glicolitic¹⁸⁷(Fig. 4b). În majoritatea cazurilor, activarea receptorilor A2a și A2b exprimați de EC și VSMC mediază efectele vasodilatatoare ale adenozinei eliberate în timpul hipoxiei185. Înrinichi, diferiți receptori de adenozină sunt prezenți în diferitele părți ale sistemului vascular¹⁸⁹și ATP extracelular și adenozina exercită roluri cheie în reglarea hemodinamicii renale și a microcirculației.^185,190. În medular, adenozina este produsă în membrul ascendent gros medular al ansei lui Henle (TALH) după stresul oxidativ.¹⁹¹și acționează ca un vasodilatator, inducând o creștere a fluxului sanguin medular printr-un mecanism care poate implica mREC DVR¹⁹². Cu toate acestea, spre deosebire de efectele sale în majoritatea celorlalte vase, activarea mediată de adenozină a receptorilor A2a, care sunt exprimați în special în arteriolele aferente, declanșează vasoconstricția vasculară renală, afectând astfel fluxul sanguin renal și filtrarea glomerulară.^185,193. De notat, a fost identificat un rol al receptorilor purinergici în progresia CKD¹⁹⁴.