Partea 2 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

Click aici pentru partea 1

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 contextulrinichirănireși 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 pentru tratamentulrinichibolișirinichiregenerare.

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

Răspunsurile REC la modificările tensiunii de forfecare EC sunt expuse constant la o forță de întindere indusă de pulsatilitatea fluxului sanguin și o forță de frecare paralelă cu peretele vasului, stresul de forfecare fluid.¹⁹⁵. Aceste celule sunt echipate pentru a simți aceste forțe și pentru a le transduce în semnale biochimice care pot afecta homeostazia vaselor prin reglarea tonusului vascular și remodelarea CE, care ajustează fluxul sanguin pentru a satisface cerințele tisulare195. Interesant este că EC din diferite porțiuni ale patului vascular sunt expuse unor tipuri de flux specifice și răspund în consecință195 (Fig. 5a). În artere și arteriole, fluxul sanguin este puternic pulsatoriu, în timp ce în capilare este de mărime similară, dar mai puțin pulsatorie, iar în venule și vene fluxul sanguin este de aproximativ trei ori până la zece ori mai mic, iar pulsatilitatea este minimă195. Înrinichi, the vasculature of the cortex receives >94% din fluxul sanguin renal¹⁹⁶sugerând că vascularizația medulară este expusă la un mediu de stres de forfecare relativ scăzut. În schimb, gREC-urile sunt expuse la un mediu de forfecare relativ mare (estimat a fi de la 1 dyn/cm2 până la 95 dyn/cm2), ca rezultat al fluxului și presiunii sanguine ridicate, combinate cu o vâscozitate crescută a sângelui ca urmare a filtrării. proces197 (Fig. 5b). Expunerea gREC la stresul de forfecare este critică, deoarece previne agregarea trombocitelor, parțial prin inducerea desfășurării conformaționale a glicoproteinei din sânge a factorului von Willebrand (vWF), care îi sporește susceptibilitatea la scindarea de către metaloproteaza ADAMTS13.^198,199. Importanța acestui fenomen pentru sănătatea gREC este demonstrată de fenotipul pro-trombotic observat în sindromul hemolitic uremic asociat cu toxina Shiga. Toxina Shiga promovează secreția vWF de către grREC și formarea de multimeri vWF ultra-mari care sunt rezistenți la scindarea de către ADAMTS13 și induc microangiopatie trombotică în glomeruli șirinichimicrovasculară200, conducând în cele din urmă la AKI. În purpura trombotică trombocitopenică, activitatea scăzută a ADAMTS13 are ca rezultat un rezultat similar¹⁹⁹.

Importanța stresului de forfecare este, de asemenea, ilustrată de dezvoltarea leziunilor aterosclerotice în arterele renale, care pot duce la stenoza arterei renale - cea mai mare cauză a hipertensiunii arteriale secundare201,202. Aceste leziuni se dezvoltă în regiunile ateroprone din artere și arteriole care sunt expuse la un stres de forfecare laminar mai scăzut decât alte regiuni, cum ar fi regiunile de bifurcație arterială, unde fluxul sanguin este de obicei perturbat201 (Fig. 5c).

Efectele tensiunii de forfecare laminare asupra EC.Stresul de forfecare laminar induce reglarea în creștere a factorilor de transcripție Krüppel-like factor 2 (KLF2) și KLF4 în EC, în parte prin eliberarea de ATP și activarea ulterioară a receptorilor purinergici P2X4203 și în parte prin activarea semnalizării MEK5–ERK5–MEF2. calea^204,205(Fig. 5d). Înrinichi, Klf2 și Klf4 împreună cu gena țintă KLF4, Thbd (care codifică trombomodulină), au fost raportate a fi markeri ai gREC derivate din arteriolele eferente la șoarecii adulți.^10,11(Fig. 3b). Locația acestor markeri care răspund la flux este în concordanță cu faptul că REC-urile situate la locul de ieșire imediată a glomerulilor sunt expuse la un stres de forfecare laminar ridicat, potențial legat de vâscozitatea ridicată a sângelui din această regiune. Reglarea și activarea KLF2 mediază liniștea EC, caracterizată printr-o creștere a expresiei VE-cadherinei și -cateninei pentru a ajuta la menținerea unei bariere vasculare strânse206, alinierea EC-urilor în direcția fluxului207, inhibarea inflamației și întreținerea a unui fenotip anti-aterogenic, o suprareglare a antioxidanților și o scădere a tonusului vascular secundară producției endoteliale de NO și prostacicline208–210 (Fig. 5d). Activarea KLF2 în grREC i-a protejat împotriva rănilor și progresiei bolii în modelele animale de CKD^211,212. În consecință, KLF2 este suprareglat în endoteliul glomerular ca răspuns la stresul de forfecare in vitro, unde promovează un fenotip anticoagulant și antiinflamator și declanșează o scădere dependentă de endoteliu a rezistenței barierei podocitelor, necesară pentru o funcție adecvată de filtrare204. Reglarea în sus a gREC KLF2 secundară hiperfiltrației glomerulare a conferit protecție împotriva disfuncției EC și a atenuat progresia CKD într-un model de nefrectomie unilaterală212. În schimb, pierderea KLF2 endotelială a exacerbat hipertrofia glomerulară și proteinurie într-un model de streptozotocină indusădiabeticrinichiboala²¹¹. KLF4 endotelial este, de asemenea, renoprotector în AKI213. Pierderea EC specifică a KLF4 a exacerbat leziunea renală într-un model de AKI ischemică prin promovarea dobândirii EC a unui fenotip proinflamator²¹³. Cu toate acestea, merită remarcat faptul că KLF2 și KLF4 au roluri specifice contextului în endoteliu214. De exemplu, ele pot promova activarea EC și formarea de leziuni care duc la malformații cavernoase cerebrale în dezvoltare.^214,215.

Expunerea la forfecare laminară reduce absorbția de glucoză²¹⁶și stimulează biogeneza mitocondrială în EC^217–219. Activarea KLF2 reglează în jos expresia PFKFB3 împreună cu cea a altor gene glicolitice, cum ar fi HK2 (care codifică hexokinaza 2) și PFK1 (care codifică fosfofructokinaza 1 (PFK1)), ducând la o scădere a glicolizei216 și la transferul intermediarilor glicolitici precoce disponibili. la calea de biosinteză a hexozaminei și acidului glucuronic pentru sinteza UDP-GlcUA și, respectiv, UDP-GlcNAc, care sunt substraturile limitante ale hialuronan sintetazei (HAS2)^{133,220–222}. KLF2 induce, de asemenea, expresia și translocarea membranară a HAS2 și sinteza ulterioară a componentului glicocalix hialuronan^133,222. Astfel, EC expuse fluxului laminar prezintă un glicocalix mult mai gros decât EC expuse la flux perturbat133 (Fig. 5d, e). Ștergerea specifică EC a Has2 are efecte profunde asuprarinichi, inclusiv afectarea structurii glicocalice a GREC capilare, perturbarea fenestrațiilor endoteliale glomerulare40, albuminurie care indică o disfuncție a barierei de filtrare, semnalizare perturbată a angiopoietinei 1 dependentă de glicocalix și structuri podocite anormale ca urmare a EC anormale încrucișate-podocite, care rezultă în EC anormale. rarefacția capilară și glomeruloscleroza⁴⁰.

Respirația mitocondrială și generarea de ATP sunt, de asemenea, crescute în EC sub flux unidirecțional, comparativ cu cei expuși la flux perturbat223,224. Blocarea generării de ATP mitocondrial inhibă eliberarea de ATP indusă de stresul de forfecare, în timp ce, prin contrast, inhibarea glicolizei nu are niciun efect, sugerând că respirația mitocondrială EC este necesară pentru activarea receptorului purinergic, care la rândul său induce expresia KLF2 ca răspuns la stresul de forfecare.^203,218,224. În plus, biogeneza mitocondrială este suprareglată ca răspuns la stresul de forfecare, datorită activării unei cascade de semnalizare SIRT1–PGC1a– TFAM217,219, în timp ce expresia genelor antioxidante, cum ar fi hemoxigenaza 1 și glutaredoxina 1, este crescută pentru a proteja EC de ROS225.226 (Fig. 5d). Inhibarea lanțului de transport de electroni în EC expuse fluxului laminar a dus la inflamarea EC, sugerând că respirația mitocondrială previne activarea EC²²³. Înrinichi, activarea receptorului 5-HT1F pentru a stimula biogeneza mitocondrială în REC poate reduce rarefacția vasculară și poate promova recuperarea după leziuni, așa cum a fost demonstrat într-un model de AKI227.

KLF4 induce, de asemenea, reglarea în sus a colesterol-25- hidroxilazei (CH25H) și a receptorului X hepatic la expunerea la un stres de forfecare pulsatil ateroprotector²²⁸. CH25H catalizează producerea de 25-hidroxicolesterol, care previne activarea proteinei 2 de legare a elementelor de reglare a sterolului (SREBP2), un mediator important în răspunsul CE la fluxul sanguin perturbat (vezi mai jos)229,230. Prin urmare, modularea expresiei KLF2 și KLF4 și activarea prin stresul de forfecare laminară și răspunsurile lor metabolice ulterioare pot avea un rol critic în menținerea inactivității REC și a filtrării glomerulare (Fig. 5d).

Efectele fluxului sanguin perturbat asupra EC.EC expuse la fluxul sanguin perturbat, cum ar fi în bifurcațiile arteriale sau curburi, sunt activate și prezintă un fenotip proinflamator și aterogen231 (Fig. 5e). Astfel, activarea REC arteriale și arteriolare aferente situate în astfel de regiuni ateroprone ar putea promova dezvoltarea stenozei arterei renale aterosclerotice.

Expresia KLF4 este reprimată de fluxul sanguin perturbat, metilarea crescută a regiunii promotorului KLF4 prevenind legarea MEF2 și transcripția ulterioară a KLF4²³². În plus, microARN (miR)-92a, care este indus în regiunile ateropronei ca răspuns la stresul de forfecare scăzut, reprimă expresia endotelială a KLF2, KLF4 și SIRT1 și reglează în jos fosfataza acidului fosfatidic tip 2B (PPAP2B)216,233,234. În condiții de forfecare laminară normală, PPAP2B defosforilează acidul lizofosfatidic circulant (LPA), împiedicând legarea acestuia de receptorul LPAR1, care altfel induce semnalizarea proinflamatoare233 (Fig. 5e). Pierderea endotelială a PPAP2B duce la o inflamație locală și sistemică exacerbată asociată cu o creștere a permeabilității endoteliale235. Semnalizarea LPA este implicată înrinichiboala prin inducerea ROS, citokine inflamatorii si fibroza236

Expunerea endotelială la forfecare scăzută și flux perturbat induce expresia enzimelor glicolitice și a piruvat dehidrogenază kinazei 1 (PDK1), decuplând astfel glicoliza de metabolismul mitocondrial și scăzând respirația mitocondrială în CE.^223,237(Fig. 5e). Din punct de vedere mecanic, fluxul perturbat induce producerea de ROS derivat din NAD(P)H oxidaza 4 (NOX4) și activează NF-kB, conducând la reglarea și stabilizarea HIF1 prin prevenirea degradării acestuia.^223,237. Activarea căii NF-kB a fost legată de activitatea heparinazei și degradarea ulterioară a glicocalixului^238.În conformitate cu aceste constatări, activarea NF-kB este reprimată de stresul cronic de forfecare în endoteliul glomerular239. Activarea HIF1 ca răspuns la fluxul perturbat îmbunătățește proliferarea EC arterială și exprimarea markerilor inflamatori, în timp ce inhibarea glicolizei previne aceste răspunsuri223,237. Mai mult, activarea fosforilării oxidative mitocondriale previne fenotipul proinflamator indus de fluxul perturbat în EC arteriale.²²³.

Tulburările în stresul de forfecare scăzut induc, de asemenea, activarea factorilor de transcripție proinflamatori YAP și TAZ, în timp ce stresul de forfecare laminar îi inhibă într-o manieră dependentă de integrină.^240,241. Activarea YAP și TAZ modulează metabolismul EC prin stimularea glicolizei și a activității mitocondriale într-o manieră dependentă de MYC²⁴²și prin suprareglarea glutaminolizei²⁴³. În schimb, enzima glicolitică PFK1 stimulează activitatea YAP și TAZ într-o buclă de feedback pozitiv244. YAP și TAZ sunt mecanoregulatori ai căii de semnalizare TGF –SMAD înrinichi. S-a demonstrat că aceștia promovează fibroza renală într-un model experimental de obstrucție ureterală unilaterală, deși rolul REC în acest răspuns fibrotic ca urmare a tranziției de la endoteliu la mezenchimat a fost slab investigat.^245,246

Interesant este că EC expuse la un flux sanguin perturbat arată, de asemenea, activarea SREBP2, care reglează genele implicate în sinteza colesterolului, inclusiv enzima limitatoare de viteză a căii mevalonatului HMG-CoA reductază (Fig. 5e) și scade efluxul de colesterol.^230,247, crescând nivelul intracelular al colesterolului în EC^230,247. Interesant este că inhibarea HMG-CoA reductazei de către statine induce o creștere endotelială a expresiei KLF2 și reduce semnalizarea proinflamatoare de către NF-κB, HIF1 și YAP-TAZ, inducând astfel un răspuns asemănător EC la fluxul laminar.^241,248,249. În plus, activarea SREBP2 promovează transcripția miR-92a, reglează în sens pozitiv expresia NOX2, care induce producția de ROS și crește expresia inflamazomului NLRP3, promovând în cele din urmă inflamația endotelială și ateroscleroza216,230. Astfel, SREBP2 poate fi unul dintre factorii cheie în răspunsul endotelial arterial renal și arteriolar aferent la un flux perturbat.

Răspunsurile REC la modificările osmolarității

Therinichipoate produce urina cu osmolaritate foarte variata in functie de starea de hidratare. Multiplicatorul în contracurent al buclei lui Henle generează un gradient de osmolaritate medulară care stă la baza mecanismului de concentrare a urinei și determină osmolaritatea finală a urinei. Pe scurt, TALH - un segment de tub care este în mare parte impermeabil la apă - transportă activ NaCl de la filtrat la interstițiul medular, stabilind o diferență de osmolalitate de 20 mOsm/kg H2O în fluxul ascendent și descendent.²⁵⁰ (Fig. 6a). Ca răspuns osmotic, apa este reabsorbită prin limbul descendent subțire al lui Henle (TDLH), crescând astfel osmolaritatea filtratului250. Pe măsură ce acest filtrat progresează de la TDLH la TALH, reabsorbția activă a NaCl de către TALH restabilește diferența de osmolalitate de 20 mOsm/kg H2O între TALH și interstițiu, crescând și mai mult osmolaritatea interstițiului medular250. Înmulțirea acestor mici diferențe de osmolalitate între fluxurile în contracurent duce la un gradient de osmolalitate corticomedular mare (un multiplicator în contracurent)²⁵⁰. La nivelul vaselor rectale, efluxul de apă facilitat de acvaporine are loc în paralel cu reabsorbția ureei și NaCl în DVR, condus de diferența dintre osmolaritatea sângelui și medulara, rezultând o osmolaritate crescută a sângelui spre papilă.²⁵⁰(Fig. 6a). Prin contrast, AVR-ul puternic fenestrat reabsorb apa medulară și eliberează NaCl în interstițiu, deoarece sângele care vine din papilă are o osmolaritate mai mare decât interstițiul medular.²⁵⁰(Fig. 6a). Acest schimb în contracurent între DVR și AVR menține gradientul de osmolaritate medulară creat de sistemul multiplicator în contracurent (Fig. 6a). Osmolaritatea mare a medularei este susținută și de canalele colectoare, care exportă în mod activ ureea în interstițiul medular intern în timp ce concentrează urina în funcție de gradientul de osmolaritate medulară prin transportul de apă facilitat de acvaporină. În consecință, celulele medulare, inclusiv mREC, sunt expuse la niveluri extreme de hiperosmolaritate, în special în condiții de deshidratare, în care osmolalitatea poate crește până la 1400 mOsm/kg la om.²⁵⁰(Fig. 6a). După cum este descris mai jos, dovezile disponibile sugerează că mREC-urile s-au adaptat la aceste condiții extreme prin activarea mecanismelor de protecție și dezvoltarea unui profil metabolic specific10. De notat, alte (R)EC pot fi expuse la condiții hiperosmolare ca o consecință a hiperglicemiei în contextul diabetului zaharat.²⁵¹.

Răspunsul EC la condițiile de hiperosmolaritate a fost slab investigat, majoritatea cercetărilor din acest domeniu concentrându-se pe celulele epiteliale renale, în care hiperosmolaritatea declanșează oprirea ciclului celular, producerea de ROS și deteriorarea ADN-ului.²⁵². Mai exact, răspunsul epitelial la hiperosmolaritate este caracterizat printr-o reorganizare a actinei citoscheletice printr-un proces dependent de integrine și familia Rho a GTPazelor253, activarea canalelor Na plus NHE4 (ref. 254), NKCC1 și NKCC2 (ref. 255). ), și afluxul rezultat de ioni Na plus pentru menținerea volumului celular. Aceste răspunsuri declanșează exprimarea proteinelor de șoc termic pentru a menține plierea corectă a proteinelor și activarea factorului de transcripție TonEBP sensibil la hiperosmolaritate (cunoscut și ca NFAT5); în condiții de hiperosmolaritate prelungită, cum ar fi în papila, aceste răspunsuri au ca rezultat acumularea de osmoliți organici inerți.²⁵².

Dovezile dintr-un studiu de transcriptom la șoareci expuși la privarea de apă sugerează că un proces similar are loc în endoteliul medular renal10 (Fig. 6b). Aceste mREC-uri demonstrează o expresie crescută a genelor legate de căile de fosforilare glicolitică și oxidativă10 (Fig. 6b). Mai mult, analizele transcriptomului au sugerat că aceste celule angajează procese enzimatice și de transport pentru a ajuta la acumularea de osmoliți organici inerți - cum ar fi derivații de zahăr, poliolii (în special, sorbitolul, care este derivat din calea poliolului și mio-inozitol, care poate să fie preluate sau sintetizate din intermediari glicolitici), aminoacizi (în special, taurină) și eventual metilamine precum betaină și glicerofosfocolină — pentru a echilibra osmolaritatea dintre compartimentele intracelular și extracelular10 (Fig. 6b). La privarea prelungită de apă, mREC-urile reglează, de asemenea, Na plus / K plus ATPaza, probabil pentru a limita Na plus acumularea intracelulară (Fig. 6b). În acest context, fosforilarea oxidativă, care produce 32 de molecule de ATP per moleculă de glucoză, ar reprezenta o strategie mai eficientă decât glicoliza anaerobă, care eliberează doar două molecule de ATP per moleculă de glucoză, pentru a susține o activitate mai mare Na plus /K plus ATPază. În plus, unii dintre intermediarii de glicoliză care se acumulează în EC expuși la condiții hiperosmolare sunt susceptibile să devieze de la soarta lor glicolitică pentru a intra în căile de sinteză a osmoliților, în special poliolii, sorbitolul și mio-inozitol.¹⁰. Împreună, aceste adaptări metabolice ale mREC-urilor la modificările osmolarității le-ar permite supraviețuirea în medii hiperosmolare extreme și le-ar permite să susținărinichifuncţie^10,256.

Adaptarea CE în homeostazia tisulară

EC-urile sunt instruite prin semnalizarea factorului de creștere angiogenic de la celulele suport, cum ar fi pericitele, celulele epiteliale și podocitele. În schimb, endoteliul instruiește celulele învecinate direct prin semnalizare autocrină.

Expunerea REC la factori angiogeni

Deși EC-urile sunt considerate repaus la vârsta adultă în condiții fiziologice, una dintre cele mai interesante descoperiri obținute din studiile ARN-seq unicelulare disponibile pe REC este prezența unor EC angiogene tipice înrinichicortexul și medulara la șoarecii adulți sănătoși6,10. Aceste REC-uri sunt caracterizate printr-un program genetic asemănător cu cel al EC-urilor migratoare angiogenice (cunoscute și sub numele de celule vârf) (Fig. 7a). Aceste celule sunt probabil expuse factorilor de creștere angiogenici și pot contribui la regenerarea vasculară în sistemul vascular adult, deși rolul lor este încă necunoscut. Celulele din rinichi pot produce factori de creștere angiogenic, fie într-o manieră constitutivă (de exemplu, în cazul VEGFA derivat din podocite), fie ca răspuns la modificări ale condițiilor de micromediu, cum ar fi hipoxia, stresul oxidativ, stresul de forfecare sau inflamația. Factorii de creștere angiogeni determină vascularizarea glomerulilor și a tubilor în timpulrinichidezvoltarea într-un proces care depinde în principal de cooperarea germenării și angiogenezei intususceptive257 (Fig. 7a,b). De exemplu, angiopoietinele și receptorul lor endotelial înrudit Tie2 sprijină limfangiogeneza și sunt critice pentru dezvoltarea AVR la embrionii de șoarece și sunt necesare pentru capacitatea de concentrare a urinei30. Semnalizarea VEGF este, de asemenea, necesară pentru dezvoltarea corectă a arhitecturii glomerulare. De exemplu, neutralizarea VEGF mediată de anticorpi la șoarecii nou-născuți afectează formarea vaselor în cortexul renal superficial și glomeruli și în cele din urmă afectează dezvoltarea nefronului258, în timp ce ștergerea postnatală a VEGFR2 dăunează endoteliului glomerular48. Mai mult, pierderea VEGFA derivată din podocite exclude vascularizarea glomerulară și duce la moarte perinatală, în timp ce pierderea heterozigotică a Vegfa are ca rezultat endoteline glomerulare și proteinurie49. VEGF derivat din podocite este, prin urmare, un indiciu critic pentru stabilirea endoteliului glomerular și menținerea acestuia în capota adultului257. În mod similar, VEGFA derivat din celulele epiteliale tubulare este necesar pentru dezvoltarea și întreținerea capilarelor peritubulare.⁵⁰.

Ca și în cazul activării endoteliale în activarea imună, răspunsul fiziologic al REC la semnalizarea angiogenă poate deveni dereglat în condiții de boală²⁵⁹. De exemplu, angiogeneza dereglată este observată la respinsrinichialogrefe²⁶⁰. Mai mult, pierderea factorilor angiogenici, în principal VEGF, a fost implicată în pierderea capilară după AKI261; invers, reglarea VEGF se îmbunătățeșterinichifuncția, iar administrarea VEGF reduce rarefacția capilară în contextul leziunii ischemie-reperfuzie^262,263. Dovezile experimentale și clinice sugerează că în CKD, echilibrul dintre factorii pro-angiogeni și anti-angiogeni este perturbat.^259,264. Deși CKD se caracterizează prin rarefierea capilarelor peritubulare, care favorizeazărinichihipoxia, previne rediferențierea tubilor regeneranți și este probabil să fie asociată cu tranziția endotelial-mezenchimală, care contribuie la fibroza renală, semnalizarea proangiogenă în gREC capilare favorizează perturbarea barierei de filtrare259. De exemplu, dovezile de la modele animale sugerează că în fazele incipiente ale bolii renale diabetice, endoteliul glomerular și EC găsite în vecinătatea glomerulului suferă angiogeneză anormală mediată de VEGF; blocarea angiogenezei în aceste modele îmbunătățește funcția rinichilor²⁶⁵.

Deși se știe puțin despre creșterea vaselor intusceptive, angiogeneza germinativă a fost caracterizată intens1. Procesul de încolțire este orchestrat prin activarea receptorilor de suprafață EC și a căilor de semnalizare din aval de către factorii de creștere angiogenic și apariția a două fenotipuri EC angiogenice majore - EC proliferative (cunoscute și sub denumirea de celule tulpină) și EC migratoare (cunoscute și ca celule vârf; descrisă în detaliu în altă parte^1,266,267). La nivel metabolic, fiecare tip de CE angiogen are nevoi specifice (cereri energetice și de biomasă), în funcție de fenotipurile lor proliferative sau migratoare, și își adaptează metabolismul în consecință144 (Caseta 1). Rămâne de stabilit dacă REC angiogenice, identificate prin studii ARN-seq unicelulare la șoarecii adulți sănătoși, prezintă activitate fenotipică și metabolică similară cu cea a celulelor vârfului. În plus, capacitatea potențială a strategiilor metabolice, cum ar fi suplimentarea metabolică, de a promova angiogeneza sau limfangiogeneza pentrurinichirepararea și regenerarea necesită, de asemenea, investigații suplimentare.

Semnalizarea angiocrină în rinichi

De asemenea, EC-urile instruiesc direct celulele lor vecine prin eliberarea factorilor de creștere și a citokinelor și prin expresia moleculelor de adeziune268. Înrinichi, vasculatura stabilește o nișă care susține dezvoltarea și întreținerearinichistructura si functia4,11. Dovada directă pentru acest concept este oferită de studiile organoidelor renale derivate din celule stem pluripotente induse, în care maturarea structurilor glomerulare și tubulare poate fi indusă prin promovarea vascularizației și a fluxului sanguin prin transplantul organoidului sub capsula renală a șoarecilor269. În plus, perturbarea endoteliului glomerular în rinichii embrionari de șoarece previne maturarea podocitelor, în special, achiziționarea proceselor piciorului și a diafragmelor fante.⁴⁹. Interesant este că atât vascularizația renală în curs de dezvoltare, cât și cea adultă demonstrează diferențe spațiale în exprimarea factorilor endocrini. În timpul dezvoltării glomerulului, metaloproteinaza 2 a matricei derivată din EC pare să regleze interacțiunea EC cu podocitele pentru asamblarea glomerulară²⁷⁰, în timp ce expresia PDGFB stimulează recrutarea celulelor mezangiale^271,272. Endoteliul glomerular în curs de dezvoltare exprimă, de asemenea, gene ale factorului de creștere, cum ar fi Fgf1 și Vegfa, ligandul Notch Dll4, indiciul de ghidare neuronal Sema5a și antagonistul Wnt Dkk2 (refs4,11); Dkk2 este, de asemenea, îmbogățit în arteriole aferente gREC care sunt asociate cu JGA la vârsta adultă10. Arterele și arteriolele renale în curs de dezvoltare exprimă, de asemenea, factori de creștere, inclusiv Pdgfb, Tgfb2 și Ltbp4 (ref. 11); expresia Tgfb2 și Ltbp4 rămân îmbogățite în aceleași subseturi REC la vârsta adultă10. În mod surprinzător, sistemul de semnalizare a factorului de creștere asemănător insulinei arată o zonare clară în cadrul adultuluirinichivascularizație: Igf1 este exprimată în principal înrinichimedulara de către REC-urile AVR în papilă, Igfbp7 este considerat un marker larg al mRECs, Igfbp4 se găsește în gREC arteriolare aferente, Igfbp3 este exprimat în mare parte prin cREC capilare peritubulare și Igfbp5 este îmbogățit atât în ​​capilarele corticale peritubulare, cât și în capilarele glomerulare10,11. Mulți alți factori endocrini arată, de asemenea, o expresie eterogenă între diferitele fenotipuri EC în rinichii de șoareci adulți10. Rolurile lor în întreținerearinichițesutul și funcțiile rămân de investigat.

Semnalizarea angiocrină este, de asemenea, critică pentru procesele de reparare după leziuni renale. De exemplu, REC pot contribui la recuperarea renală după AKI prin reglarea răspunsurilor inflamatorii sau furnizarea de semnale pro-tubulogene.²⁷³. În coculturi, celulele tubulare proximale renale stimulează REC să exprime un număr de factori angiocrini, inclusiv VEGF, TGF, antagonistul său 2-macroglobulina și factorul de creștere a hepatocitelor, care la rândul lor promovează supraviețuirea, proliferarea și diferențierea tubului proximal. celule274. Este probabil ca rarefacția capilară să inducă procese de „leziune cronică-reparare dereglată”, care au ca rezultat regenerarea epitelială afectată, pierderea nefronului și semnale proinflamatorii și fibrotice, posibil din cauza semnalelor angiocrine insuficiente273. În sprijinul acestei ipoteze există dovezi care demonstrează că extractele de celule progenitoare endoteliale posedă activitate renoprotectoare în modelele animale de AKI prin prevenirea pierderii capilare și reducerea fibrozei, factorii endocrini precum factorul inhibitor al leucemiei prevenind și inversând tranziția fibroblast la miofibroblast.²⁷⁵.

Este necesară investigarea ulterioară a micromediilor fiziologice și patologice care modelează profilele endocrine ale REC. Mai mult, mecanismele prin care procesele metabolice REC se interacționează cu aceste semnături endocrine distincte rămân de determinat. Interesant, un studiu din 2020 a descris comunicarea metaboliților endocrini în regenerarea musculară după ischemie. Studiul respectiv a demonstrat că lactatul derivat din EC determină macrofagele să adopte un fenotip M2-pro-regenerativ, ridicând întrebarea dacă un mecanism similar ar putea apărea înrinichipentru a promova regenerarea după insulte ischemice²⁷⁶.

Concluzii

Sistemul vascular al mamiferelor a fost mult timp considerat a fi un canal pasiv pentru livrarea de oxigen și nutrienți către diferite organe, precum și pentru îndepărtarea deșeurilor, endoteliul servind ca o barieră sânge-țesut. Această paradigmă nu mai este valabilă deoarece cercetările intensive în domeniul vascular au relevat un rol activ al endoteliului nu numai în reglarea vasotonei și a inflamației, ci și în maturarea organelor prin producerea de mediatori endocrini, imunitate și funcția organelor. Importanța EC pentru aceste procese este evidențiată de faptul că fiecare organ beneficiază de un endoteliu unic, adaptat nevoilor sale specifice și modelat de micromediul celular și non-celular.

Endoteliul înrinichieste unic pentru acel organ și prezintă o vastă eterogenitate pentru a susține activitățile multiple ale rinichilor în homeostazia fluidelor și a tensiunii arteriale. Important este că disfuncția REC nu este asociată doar cu boala renală, ci poate conduce la progresia bolii, identificând endoteliul renal ca o țintă terapeutică relevantă. În ultimul deceniu, analize ample au dezvăluit că metabolismul EC este strâns reglat la niveluri celulare și subcelulare și că diferitele fenotipuri de EC prezintă profiluri metabolice unice. Plasticitatea metabolismului EC oferă un mecanism de orchestrare a comportamentului fenotipic EC, permițând EC să răspundă activ la schimbările din micromediul lor, dar oferind și o potențială oportunitate de direcționare terapeutică. De exemplu, inhibarea PFKFB3 endotelială în EC tumorale a normalizat fluxul glicolitic și îmbunătățirea maturării vaselor sunt asociate cu scăderea activării endoteliale și cu înăsprirea barierei endoteliale.²⁷⁷. Mai mult decât atât, suplimentarea EC cu precursorul acetil-CoA, acetat, promovează (limfa) angiogeneza, in vitro și in vivo^278–280. Dietele specifice pot oferi, de asemenea, noi căi terapeutice: un studiu din 2019 a demonstrat că o dietă cetogenă promovează limfangiogeneza prin creșterea rezervorului de acetil-CoA în LEC și scăderea limfedemul la un model animal.²⁸¹

În mod similar, înrinichi, se crede că eterogenitatea fenotipică a REC este determinată de adaptările metabolice la nevoile celulare și semnalele din micromediu atât în ​​​​sănătate, cât și în boală. Direcția metabolică a disfuncției endoteliale, precum și angiogeneza și limfangiogeneza, sunt strategii potențiale de îmbunătățire a funcției renale în contextul bolii renale. Organoizii renali au fost propuși ca o abordare regenerativă de înlocuirerinichifuncția, dar lipsa lor de vasculatură dezvoltată este o limitare majoră^282–284. Strategii (inclusiv strategii metabolice) de stimularerinichivascularizarea organoidelor și promovarea maturării EC poate promova maturarea acestor organoizi și, în cele din urmă, poate facilita utilizarea lor terapeutică²⁶⁹. În ciuda necesității unor investigații suplimentare asupra specificității endoteliului renal, dovezile disponibile susțin un rol cheie pentru aceste celule înrinichiprocesele fiziologice și sugerează că țintirea (metabolică) a REC ar putea fi o strategie extrem de benefică pentru promovarea recuperării și regenerării renale.

1. Carmeliet, P. & Jain, RK Mecanisme moleculare și aplicații clinice ale angiogenezei. Nature 473, 298–307 (2011).

2. Wong, BW, Zecchin, A., Garcia-Caballero, M. & Carmeliet, P. Concepte emergente în vasele limfatice specifice organului și reglarea metabolică a dezvoltării limfatice. Dev. Celula 45, 289–301 (2018).

3. Marcu, R. et al. Eterogenitatea celulelor endoteliale specifice organelor umane. iScience 4, 20–35 (2018).

4. Nolan, DJ și colab. Semnături moleculare ale eterogenității celulelor endoteliale microvasculare specifice țesutului în întreținerea și regenerarea organelor. Dev. Celula 26, 204–219 (2013).

5. Augustin, HG & Koh, GY Vasculatura organotipică: de la eterogenitatea descriptivă la patofiziologia funcțională. Science 357, eaal2379 (2017).

6. Kalucka, J. şi colab. Atlas de transcriptom unicelular al celulelor endoteliale murine. Celula 180, 764–779.e20(2020).

7. Herzlinger, D. & Hurtado, R. Modelarea patului vascular renal. Semin. Cell Dev. Biol. 36, 50–56(2014).

8. Jourde-Chiche, N. et al. Structura și funcția endoteliului în sănătatea și boala rinichilor. Nat. Rev. Nephrol. 15, 87–108 (2019).

9. Molema, G. & Aird, WC Heterogenitatea vasculară în rinichi. Semin. Nefrol. 32, 145–155 (2012).

10. Dumas, SJ et al. Secvențierea ARN unicelular dezvăluie heterogenitatea endoteliului renal și adaptarea metabolică la privarea de apă. J. Am. Soc. Nefrol. 31, 118–138 (2020).

11. Barry, DM și colab. Determinanți moleculari ai specializării vasculare nefronului în rinichi. Nat. comun. 10, 5705 (2019).

12. Jang, C. şi colab. Schimbul de metaboliți între organele mamiferelor cuantificat la porci. Cell Metab. 30, 594–606.e3 (2019).

13. Wong, BW, Marsch, E., Treps, L., Baes, M. & Carmeliet, P. Metabolismul celulelor endoteliale în sănătate și boală: impactul hipoxiei. EMBO J. 36, 2187–2203(2017).

14. Makris, K. & Spanou, L. Acute kidney injury: definiție, fiziopatologie și fenotipuri clinice. Clin. Biochim. Apoc. 37, 85–98 (2016).

15. Levey, AS și colab. Definiția și clasificarea bolii cronice de rinichi: o declarație de poziție din Kidney Disease: Improving Global Outcomes (KDIGO). Rinichi Int. 67, 2089–2100 (2005).

16. Verma, SK & Molitoris, BA Leziunea endotelială renală și disfuncția microvasculară în leziunea renală acută. Semin. Nefrol. 35, 96–107 (2015).

17. Goligorsky, MS Patogenia disfuncției celulelor endoteliale în boala cronică de rinichi: o retrospectivă și ceea ce poate rezerva viitorul. Rinichi Res. Clin. Practică. 34, 76–82 (2015).

18. Rosivall, L. & Peti-Peterdi, J. Heterogeneity of the aferent arteriole–corelations between morphology and function. Nefrol. Apelează. Transpl. 21, 2703–2707(2006).

19. Guerci, P., Ergin, B. & Ince, C. Macro-și microcirculația rinichiului. Cea mai bună practică. Res. Clin. Anesteziol. 31, 315–329 (2017).

20. Wang, K. & Kestenbaum, B. Clearance-ul secretor tubular proximal: un partener neglijat al funcției renale. Clin. J. Am. Soc. Nefrol. 13, 1291–1296 (2018).