1 dalis Inkstų endotelio ląstelių fenotipinė įvairovė ir metabolinė specializacija

Kontaktai: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 El. paštas:audrey.hu@wecistanche.com

Sebastienas J. Dumas^1,6, Elda Meta^1,6, Mila Borri^1,6, Yonglun Luo ^2,3, Xuri Li⁴, Ton J. Rabelink⁵ir Piteris Karmelietas^1,4

Cistanche tubulosa apsaugo nuo inkstų ligos, spustelėkite čia, kad gautumėte mėginį

Santrauka |

Sudėtinga daugialąstelė žinduolių gyvybė priklauso nuo funkcinio skirtingų organų bendradarbiavimo viso organizmo išlikimui. Theinkstusvaidina svarbų vaidmenį šiame procese, palaikydamas skysčių tūrio ir sudėties homeostazę, kuri leidžia kitiems organams atlikti savo užduotis. Inkstų endotelis pasižymi fenotipiniais ir molekuliniais bruožais, kurie jį išskiria iš kitų organų endotelio. Be to, suaugusiųjų inkstų kraujagysles sudaro įvairios daugiausia ramybės būsenos, bet ne metaboliškai neaktyvių endotelio ląstelių (EC) populiacijos, esančios inkstuose.inkstasglomerulų, žievės ir smegenų. Kiekviena iš šių populiacijų atlieka specifines funkcijas, pavyzdžiui, kraujo plazmos filtravimą, vandens ir tirpių medžiagų reabsorbciją ir sekreciją bei šlapimo koncentraciją. Šių skirtingų EB populiacijų transkripcijos profiliavimas rodo, kad jie prisitaikė prie vietinių mikroaplinkos sąlygų (hipoksijos, šlyties įtempio, hiperosmoliškumo), todėl jie palaiko inkstų funkcijas. EC poveikis mikroaplinkos sukeliamiems angiogeniniams veiksniams veikia jų metabolizmą ir palaikoinkstasvystymasis ir homeostazė, o EB išvesti endokrininiai veiksniai išsaugo skirtingas mikroaplinkos nišas. Inkstų ligos kontekste inkstų EC keičiasi jų metabolizmas ir fenotipas, reaguojant į patologinius vietinės mikroaplinkos pokyčius, toliau skatinant inkstų funkcijos sutrikimą. Inkstų EC įvairovės ir specializacijos supratimas galėtų suteikti naujų būdų gydyti inkstų ligas irinkstasregeneracija.

Žinduolių kraujagyslių sistema susideda iš dviejų sujungtų ir labai išsišakojusių tinklų, kurie persmelkia visą kūną – kiekvienas turi specifinį vaidmenį. Kraujagyslių sistema tiekia deguonį ir maistines medžiagas į parenchiminius audinius ir palengvina atliekų pašalinimą, imuninę priežiūrą ir imuninių ląstelių judėjimą, koaguliaciją ir endokrininių signalų gamybą audinių priežiūrai ir regeneracijai1. Priešingai, limfinė kraujagyslių sistema nusausina ekstravazuotą intersticinį skystį iš pralaidžių kraujo kapiliarų atgal į venas ir palengvina imuninių ląstelių judėjimą bei lipidų transportavimą.². Visos kraujagyslės yra išklotos kraujo endotelio ląstelėmis (BEC, toliau vadinamos EC), o limfinės endotelio ląstelės (LEC) sudaro vidinį limfinių kraujagyslių sluoksnį, o kiekviena populiacija atlieka specifines kraujagyslių užduotis. Tačiau endotelio nevienalytiškumas gerokai viršija didelius kraujo ir limfinio endotelio skirtumus. Visų pirma, EC iš skirtingų organų pasižymi unikaliais molekuliniais profiliais, kurie palaiko specifines organo funkcijas.^3–6. Theinkstasnaudosiš labai specializuotos kraujagyslių sistemos, kuri yra glaudžiai susijusi su inkstų epitelio sistema⁷. Tiksliau, fenotipiškai skirtingos inkstų endotelio ląstelių (REC) populiacijos egzistuoja trijuose anatominiuose ir funkciniuose skyriuose.inkstas, glomerulus, žievę ir smegenis – kur jie palaiko specifines inkstų užduotis8,9. Svarbu tai, kad technologijų pažanga leido ištirti REC nevienalytiškumą vienos ląstelės lygmeniu, suteikiant naujų įžvalgų apie jų specializuotus vaidmenis inkstų sveikatai ir ligoms.^6,10,11.

Theinkstasyra labai svarbus palaikant organizmo homeostazę, reguliuojant kūno skysčių tūrį ir sudėtį⁷. Inkstai gauna 20–25 procentus širdies išstūmimo ir turi stereotipinę kraujagyslių struktūrą. Ši architektūra ne tik leidžia tiekti deguonį ir maistines medžiagasinkstus, bet taip pat leidžia dalyvauti kraujo plazmos filtravime, jonų ir metabolitų reabsorbijoje iš filtrato, jonų ir metabolitų sekrecijos pirminiame šlapime bei šlapimo koncentracijos procese.^7,8. Šie labai organizuoti procesai leidžia tiksliai sureguliuoti tarpląstelinio skysčio tūrį, kraujospūdį, osmoliškumą ir jonų koncentraciją.^7,8. Inkstai taip pat reguliuoja cirkuliuojančių metabolitų kiekį ne tik išskirdami medžiagų apykaitos atliekas, bet ir išskirdami gliukozę (per gliukoneogenezę) ir aminorūgštis, pvz.¹². Žinduolių organai nuolat keičiasi metabolitais cirkuliuodami, selektyviai naudojami savo medžiagų apykaitai palaikyti.¹².

Atitinkamai, EC metabolinės funkcijos skirtinguose organuose tikriausiai rodo specifinius organų skirtumus, kaip patvirtina EC metabolinės transkripto analizės išvados skirtinguose organuose.⁶. Be to, EC metabolinis plastiškumas leidžia jiems prisitaikyti ir reaguoti į aplinkos pokyčius, atsižvelgiant į jų medžiagų apykaitos poreikius ir funkcijas 3, 13 . Atsirandantys įrodymai rodo, kad specializuotos RECinkstaspritaikyti savo metabolinį transkriptą inkstų funkcijai palaikyti¹⁰.

REC disfunkcija lydi ūminį ar progresuojantį netekimąinkstasfunkcija^14,15. Šis sutrikimas yra susijęs su arterijų vazokonstrikcijos padidėjimu ir inkstų kraujotakos sumažėjimu, priešuždegiminių ir protrombozinių fenotipų, kurie skatina imuninių ląstelių adheziją ir infiltraciją bei mikrotrombų susidarymą, įgijimu, sieninių pericitų atsiskyrimu nuo endotelio. sluoksnis, endotelio barjero skilimas, dėl kurio atsiranda intersticinė edema, peritubinių kapiliarų retėjimas (taip skatinamas inkstų hipoksija) ir endotelio-mezenchiminis perėjimas, kuris prisideda prie inkstų fibrozės16,17, o tai rodo, kad endotelis gali būti skirtas apsaugoti nuo inkstų. sužalojimui ir (arba) inkstų funkcijai atkurti.

Ši apžvalga apibendrina mūsų dabartinį supratimą apieinkstaskraujagysles, sutelkiant dėmesį į naujausius pasiekimus, susijusius su mūsų supratimu apie REC fenotipinį, molekulinį ir metabolinį heterogeniškumą, atsižvelgiant į jų mikroaplinką. Taip pat aptariame galimą tikslinio REC metabolizmo taikymą kaip terapinę strategijąinkstasligųarba inkstų regeneracijai.

Pagrindiniai klausimai

• Skirtingų organų endotelis skiriasi, tikriausiai tam, kad palaikytų skirtingas organų funkcijas.

• Inkstų glomeruluose, žievėje ir smegenyse egzistuoja keli specializuoti endotelio ląstelių fenotipai; Šios funkcijos palaiko glomerulų filtraciją, jonų ir metabolitų reabsorbciją ir sekreciją bei šlapimo koncentraciją.

• Įvairios vietinės mikroaplinkosinkstasformuoti inkstų endotelio molekulinį ir metabolinį heterogeniškumą; atvirkščiai, iš endotelio ląstelių gauti endokrininiai veiksniai palaiko skirtingų nišasinkstasmikroaplinkos.

• Inkstų endotelio ląstelių metabolizmas gali būti pakeistas atsižvelgiant įinkstastraumų ir ligų, iš dalies dėl mikroaplinkos pokyčių.

• Geresnis inkstų endotelio ląstelių fenotipinės įvairovės ir metabolinės specializacijos supratimas gali padėti nustatyti naujusgydymasinkstasligųirinkstasregeneracija.

Inkstų endotelio nevienalytiškumas

Inkstų kraujagyslių anatomija

Theinkstasyra aprūpinamas krauju per inkstų arteriją, kuri patekusi įinkstasper inksto šlaunį išsišakoja į segmentines, tarpskilvelines, lankines ir tarpskilvelines arterijas (1a pav.) ir galiausiai aferentines arterioles, kurios yra didelio pasipriešinimo kraujagyslės, atsakingos už glomerulų kraujotakos ir glomerulų filtracijos greičio (GFR) kontrolę. 18. Iš aferentinių arteriolių kraujas patenka į glomerulų kuokštelį – labai išsibarsčiusių glomerulų kapiliarų tinklą, kuriame suaugusiems žmonėms kraujo plazmos ultrafiltracija vyksta ~120–140 ml/min greičiu, todėl mažos molekulinės masės tirpios medžiagos gali išeiti iš glomerulų. kapiliarai į Bowmano erdvę¹⁹. Nufiltravus dalį plazmos, kraujas palieka glomerulų kuokštelį per eferentines arterioles, kad būtų kraujagyslės distaliniai ir proksimaliniai vingiuoti kanalėliai, suformuojant žievės peritubulinį kapiliarų tinklą. Kraujas, esantis peritubuliniuose kapiliaruose, yra praturtintas didelės molekulinės masės tirpių medžiagų ir turi mažą skysčių kiekį dėl skysčių netekimo glomerulų ultrafiltracijos metu. Taigi, peritubuliniai kapiliarai yra skirti vandens, jonų ir pagrindinių maistinių medžiagų reabsorbcijai iš proksimalių.^7,20ir distaliniai kanalėliai²¹. Keletas jonų, tokių kaip H plius (nuoroda 22) ir K plus (nuoroda 23), taip pat molekulės, tokios kaip kreatininas²⁴ir vaistų metabolitai²⁵— kurių glomerulų kapiliarai visiškai nefiltravo, bet vis tiek juos reikia pašalinti iš organizmo — iš peritubinių kapiliarų pereina į proksimalinių20 arba distalinių kanalėlių epitelio ląsteles, kad išsiskirtų ir pasišalintų su šlapimu21. Dėl eferentinių arteriolių iš gretutinių nefronų susidaro nusileidžianti vaza (DVR), kuri per kapiliarų rezginius susijungia su kylančia vaza recta (AVR). AVR ir DVR veikia priešinga srove Henle kilpai ir dalyvauja medulinėje priešpriešinės srovės mainuose, kurie, kaip aprašyta vėliau, yra būtini norint išlaikyti šlapimo koncentracijos osmoliarumo gradientą26. Galiausiai žievės ir medulinės kapiliarinės sistemos kartu su AVR susilieja į veninę sistemą kortikomeduliarinėje jungtyje. Konkrečiau, inkstų venų kraujagyslės nusausina kraują iš peritubinių kapiliarų ir AVR į tarpskilvelines ir lankines venas, o vėliau į tarpskilvelines venas, galiausiai suformuodamos inkstų veną, kuri atsiranda išinkstashilum ir galiausiai šakojasi į apatinę tuščiąją veną⁷.

Theinkstastaip pat tiekiamas limfagyslėmis, kurios atitinka bendrą topografijąinkstaskraujo kraujagyslės²⁷(1a pav.). Daugiausia jų yra inkstų žievėje, kur pagrindinis jų vaidmuo yra pašalinti skysčius ir makromolekules (pvz., albuminą) iš intersticinės erdvės tarp kanalėlių ir kapiliarų.²⁸. Jie taip pat turi įtakos imuninių ląstelių įsiskverbimui ir vėlesniam uždegimui²⁹. Glomeruluose jie supa Bowmano kapsulę, neprasiskverbdami į glomerulų kuokštelį²⁸. Priešingai, tradicinės limfagyslės retai būna inkstų šerdyje; Šiame regione intersticinį skystį ir makromolekules pašalina AVR, kuris yra hibridinės kraujagyslės tipas, turintis panašių į limfą.^28,30.

Inkstų endotelio ląstelių fenotipai

EC iš skirtingų organų yra fenotipiškai heterogeniški^3–6,31. Unikalios REC savybės, ypač glomerulų EC, jau seniai vertinamos. Pasaulinis pelių EC transkripcijos profiliavimas patvirtino, kad yra specifinių organų transkripto parašų^3,4,6. Pažymėtina, kad šie tyrimai parodė, kad REC labiausiai skiriasi nuo kitų organų, įskaitant smegenis, širdį, plaučius, raumenis ir sėklides, EC.⁴(1b pav.) per savo genų, susijusių su interferono signalizacija, ekspresiją, taip pat genus, koduojančius endokrininius faktorius FGF1 ir IL-33 (nuoroda^4,6). EC organams būdingas heterogeniškumas tikriausiai yra jų molekulinio prisitaikymo prie specifinių funkcinių vaidmenų pagrindas.^3–6,31.

Tačiau REC nevienalytiškumas viršija organotipinį lygį, o jų įvairovė yra nepaprasta.inkstaskraujagysles, kaip iš pradžių įrodė elektronų mikroskopija ir mikrogardelių tyrimai, o vėliau – vienos ląstelės analizė^6,32,33. Theinkstasžievėje, glomeruluose ir smegenyse yra unikalių EB populiacijų (atitinkamai cREC, gREC ir mREC). Ši EB gyventojų įvairovė gali atsirasti dėl skirtingų šių regionų mikroaplinkų. Pavyzdžiui, glomerulų endotelis yra veikiamas aukšto kraujagyslių slėgio ir glaudžiai sąveikauja su podocitais, kad reguliuotų ultrafiltraciją, tuo tarpu mREC yra veikiami didelio osmoliariškumo ir hipoksijos, kurios yra susijusios su osmoliarumo gradiento ir šlapimo koncentracijos palaikymu.^6,9,10,32(1c pav.). Be tarpdalykinio nevienalytiškumo, REC taip pat demonstruoja tarpskyrių heterogeniškumą, kurį tikriausiai lemia daugybė genetinių ir aplinkos veiksnių, įskaitant kraujagyslių dugno tipą (arterinę, kapiliarinę, veninę), jų sąveiką su kitų tipų ląstelėmis (pvz. , lygiųjų raumenų ląsteles, pericitus, granuliuotas ląsteles, podocitus ir kanalėlių epitelio ląsteles) ir jų poveikį skirtingoms mikroaplinkoms tame pačiame skyriuje, pvz., skirtingų srautų ar skirtingų osmoliariškumo lygių poveikį34 (1c pav.). Vienos ląstelės transkriptomikos technologijų raida leido nustatyti pelių REC heterogeniškumą labai didele raiška.^6,10,11, atskleidžiantis iki 24 transkripciniu požiūriu skirtingų REC populiacijų^6,10,11. Pažymėtina, kad toliau apibendrintų vienos ląstelės RNR-seq tyrimų išvados dar turi būti patvirtintos baltymų lygiu, siekiant visapusiškai patikrinti numatomų baltymų erdvinę lokalizaciją ir taip pat integruoti žinias apie pokyčius po transliacijos ir (arba) signalizacijos mechanizmai, galintys turėti įtakos baltymų aktyvumui. Taip pat reikia atkreipti dėmesį į tai, kad santykinis geno praturtėjimas tam tikroje REC populiacijoje, nustatytas atliekant vienos ląstelės seką, nebūtinai reiškia, kad to geno ekspresija apsiriboja ta specifine ląstelių populiacija.

Glomerulinių inkstų endotelio ląstelių heterogeniškumas.Theinkstasglomerulus yra labai specializuota struktūra, atsakinga už kraujo plazmos filtravimą, kad susidarytų pirminis šlapimo filtratas, kartu užtikrinant, kad pagrindiniai plazmos baltymai liktų kraujyje. Jį sudaro glomeruliniai kapiliarai, esantys tarp aferentinių ir eferentinių arteriolių, kurie yra atsparūs kraujagyslės, kontroliuojančios ir kapiliarinę kraujotaką, ir slėgį. Nefrono arteriolės dalinai liečiasi su juxtaglomeruliniu aparatu (JGA) – specializuota struktūra, kurią sudaro distalinio vingiuoto kanalėlio makula densa, granuliuotos reniną gaminančios ląstelės, susijusios su aferentine arteriole ir ekstraglomerulinėmis mezangialinėmis ląstelėmis (1 pav.). 2a). JGA reguliuoja vieno nefrono GFR ir kraujospūdį per tubuloglomerulinį grįžtamąjį ryšį, miogeninį atsaką ir renino išsiskyrimą.^19,35–37.

Glomerulinis kapiliarinis endotelis sudarytas iš unikalių EC su nediafragminėmis sienelėmis, kurios leidžia filtruoti didelius skysčių kiekius38 (2b pav.).

Fenestracijos yra 50–100 nm dydžio ir užima apie 20 procentų ląstelės paviršiaus ploto, elektronų mikroskopiniame vaizde atrodo kaip tarpląstelinės skylės.³⁸. Šių sienų skersmuo teoriškai yra pakankamai didelis, kad skysčiai ir dideli baltymai galėtų patekti į kanalėlius. Tačiau kapiliariniai gREC taip pat gamina storą glikokalikso sluoksnį, susidedantį iš neigiamo krūvio glikoproteinų ir polisacharidų, kurie veikia kaip barjeras baltymų perėjimui.^39,40. Be to, plazmos komponentai yra adsorbuojami glikokalikse ir sudaro platesnį sluoksnį, vadinamą endotelio paviršiniu sluoksniu41, kuris savo gijine struktūra dar labiau padidina glomerulų endotelio barjero pralaidumą.⁴². Iš tiesų, esant glikokalikso sutrikimui, pastebima albuminurija ir proteinurija^39,43,44. Kartu su podocitais kapiliariniai gREC taip pat sintezuoja ir dalijasi bendra ekstraląsteline matrica, vadinama glomerulų bazine membrana (GBM), kurią daugiausia sudaro IV tipo kolagenas, lamininas ir sulfatiniai proteoglikanai42. Mutacijos, turinčios įtakos bet kurio GBM komponento sintezei, sukelia proteinuriją45,46. Taigi kapiliariniai gREC, podocitai ir GBM sudaro veiksmingą glomerulų filtracijos barjerą. Pažymėtina, kad glomerulų kapiliariniame endotelyje nėra diafragmos, todėl jis neišreiškia II tipo transmembraninio glikoproteino glikoproteino plazmalemos pūslelės susieto baltymo 1 (PV1), kurį koduoja Plvap10 ir yra tipiškas su jungiamomis endotelio diafragmomis susietų EC žymeklis. fenestrae ir caveolae⁴⁷

Kapiliarų gREC fenestracijoms sukurti ir palaikyti reikalingas podocitų kilmės kraujagyslių endotelio augimo faktorius (VEGF), kuris veikia parakriniškai per endotelio VEGF receptorių 2 (VEGFR2, taip pat žinomas kaip KDR).⁴⁸. Per didelis VEGF ekspresija sukelia glomerulų kolapsą, greitą kapiliarų gREC praradimą ir didžiulę proteinuriją.⁴⁹. Taigi, norint sukurti glomerulų kraujagysles embriono vystymosi metu ir palaikyti subrendusių glomerulų kapiliarų fenestracijas, reikalingas griežtas podocitų VEGF reguliavimas.^38,42. Panašiai kanalėlių epitelio ląstelių gautas VEGF leidžia palaikyti peritubinį kapiliarų tinklą⁵⁰

Skirtingai nuo kitų kapiliarinių EC, gREC yra veikiami aukšto kraujospūdžio ir didelės kraujotakos, o tai skatina glomerulų filtravimo procesą ir gREC patiria didelį šlyties įtempį.⁵¹. Atitinkamai, gREC išreiškia aukštą šlyties įtempių reguliuojamo transkripto Pi16 lygį (nuoroda^6,10,11,52) (2c pav.; 1 papildoma lentelė). Kapiliariniai gREC taip pat išreiškia daugybę kitų žymenų^10,11,32,53, įskaitant Ehd3, kuris koduoja EHD baltymų šeimos narį^{10,11,38,54,55}kuris reguliuoja endocitinį perdirbimą ir, kaip manoma, reguliuoja VEGFR2 perdirbimą kapiliariniuose gREC (2c pav.) kartu su EHD4 (nuoroda 54). Taigi EHD3 gali prisidėti prie glomerulų kapiliarų fenestracijų palaikymo. Kapiliariniai gREC taip pat rodo praturtintą genų, susijusių su TGF –BMP signalizacijos keliu (Eng, Smad6, Smad7, Xiao ir Hipk2 (nuorodos 10, 56–58)), kurie dalyvauja formuojant glomerulų kapiliarus, ekspresiją. Per didelis TGF ekspresija sukelia proteinuriją ir glomerulosklerozę⁵⁹, todėl slopinančių SMAD, pvz., Smad6 ir Smad7 užkoduotų gREC, buvimas gali užkirsti kelią pernelyg dideliam TGF signalizavimui ir glomerulų disfunkcijai. Priešingai, podocitų kilmės BMP yra labai svarbus normaliam glomerulų kapiliarų susidarymui60. Kapiliariniai gREC taip pat konkrečiai išreiškia Nostrin³², kurio baltyminis produktas jungiasi su endotelio azoto oksido sintaze (eNOS), kad suaktyvintų jos perkėlimą iš plazmos membranos į pūsleles primenančias tarpląstelines struktūras, ir susilpnina azoto oksido (NO) – svarbaus GFR32 reguliatoriaus – gamybą. Be to, ribota lipoproteinų lipazės (Lpl) raiška į kapiliarinius gREC rodo, kad glomerulų endotelis gali būti būtinas riebalų rūgščių išsiskyrimui į ultrafiltratą, kuris vėliau galėtų būti naudojamas kaip energijos šaltinis kanalėlių epitelio ląstelėse arba reguliuoti kraujo lipidų kiekis arba gali prisidėti prie glomerulų lipidų kaupimosi, kaip pastebėta patologiniame kontekste^6,10,61,62. Įdomu tai, kad lipidų metabolizme dalyvaujančių genų ekspresija inkstuose koreliuoja su GFR ir uždegimu pacientams, sergantiemsdiabetikamsinkstasliga, kadangi sugedusi riebalų rūgščių oksidacija (FAO) kanalėlių ląstelėse prisideda prieinkstasfibrozė^61,62.

Transkripcijos faktoriai, tokie kaip SOX17 ir COUP-TFII (koduojami Nr2f2), atitinkamai arterijų ir venų REC, lemia transkriptominius parašus ir specifinių kraujagyslių lovų tapatybę63, 64. GREC tapatybė priklauso nuo mažiausiai dviejų transkripcijos faktorių aktyvumo: GATA5 ir TBX3 (nuorodos 10, 11, 32) (2c pav.), kurie tarpininkauja į gREC panašaus geno ekspresijos profilio įgijimui, kai kartu yra per daug ekspresuojami žmogaus bambos venoje. EC (HUVEC), dažniausiai naudojamas EB modelis11. GATA5 regulonas yra reguliuojamas gREC, bet ne kitose REC populiacijose^10,11ir selektyvus Gata5 ištrynimas EC sukelia glomerulų pažeidimus65. Be to, EB specifinis Tbx3 ištrynimas sukelia morfogeninius defektus, tokius kaip mikroaneurizmos glomerulų pogrupiuose, sumažėjęs kapiliarų gREC fenestracijų skaičius ir deformuoti podocitų pėdos procesai, o tai rodo šio transkripcijos faktoriaus vaidmenį palaikant struktūrinę glomerulų kapiliarų organizaciją.¹¹. Be to, tiek GATA5, tiek TBX3 dalyvauja reguliuojant kraujospūdį. GATA5 veikia tipišką kraujagyslių funkciją, baltymų kinazę A ir NO signalizacijos kelius⁶⁵, tuo tarpu manoma, kad TBX3 moduliuoja kraujospūdį reguliuodamas renino sekrecijąinkstas¹¹.

Norint išlaikyti nuolat aukštą glomerulų kapiliarų slėgį, reikalingą glomerulų filtracijai, būtina reguliuoti aferentinių ir eferentinių arteriolių kraujagyslių tonusą.¹⁸. Šis reguliavimo procesas leidžia išlaikyti pastovų GFR, nepaisant sisteminio slėgio ir širdies tūrio pokyčių66. Aferentinėse arteriolėse yra nuo vieno iki trijų sluoksnių kraujagyslių lygiųjų raumenų ląstelių (VSMC), kurios šalia JGA yra iš dalies pakeistos reniną gaminančiomis granuliuotomis ląstelėmis67 (2d pav.). EB heterogeniškumas taip pat egzistuoja aferentinėje arteriolėje, o endotelio nediafragminiai sluoksniai yra arčiausiai JGA68, 69 – panašiai kaip glomerulų kapiliarų endotelio – tikriausiai palengvina greitą renino pernešimą į kraują18 (2d pav.). Gja5 ekspresija (koduojanti 40 connexin) yra praturtinta šiame gREC pogrupyje^10,70ir atlieka svarbų vaidmenį komunikuojant tarp endotelio ir granuliuotų JGA ląstelių, reguliuojančių renino išsiskyrimą^35,70,71. Šie EC taip pat yra praturtinti kitais genais, dalyvaujančiais ląstelių sąveikoje, pvz., susijusiais su Wnt ir Notch signalizacijos keliais, efrinu ir citokinais bei chemokinais (2c pav.), kurie gali tarpininkauti tarp mezangialinių ląstelių ir/ arba granuliuotoms ląstelėms ir gREC JGA, ir gali prisidėti prie autoreguliacijos ir kraujospūdžio moduliavimo¹⁰.

Priešingai, gREC, esantys prieš srovę (tolimiausioje) aferentinių arteriolių dalyje, ekspresuoja genus, susijusius su benzino reguliavimu, pvz., Edn1 (koduojančiu endoteliną 1), Alox12 (arachidonato 12-lipoksigenazę) ir S1pr1 (sfingoziną{6). }}fosfato receptorius 1)^10,72,73(2c pav.). S1P – S1PR1 signalizacijos kelias stipriai reguliuoja aferentinių arteriolių benziną, aktyvuodamas eNOS sistemą^74–76. Atsižvelgiant į šį vaidmenį, S1P receptorius yra praturtintas gREC aferentinėse arteriolėse ir nėra aptiktas eferentinėse arteriolėse¹⁰.

Priešingai nei aferentinių arteriolių gREC, eferentinių arteriolių gREC rodo mažesnę konneksino ekspresiją77, ypač konneksino 37 ir 40 konneksino (atitinkamai koduoja Gja4 ir Gja5)10. Tačiau, panašiai kaip EC iš aferentinių arteriolių, EC iš eferentinių arteriolių transkriptinė analizė rodo, kad yra dvi gREC populiacijos: viena, ko gero, susijusi su JGA (išreiškia genus, susijusius su imuninių ląstelių adhezija ir ekstravazacija bei EB pralaidumu) ir antroji. kuri atitinka distalinę eferentinės arteriolės dalį (praturtinta genais, dalyvaujančiais hiperosmoliarinėse reakcijose)10 (2c pav.).

Šios įžvalgos rodo, kad fenotipinė ir funkcinė GREC įvairovė yra šių endotelių gebėjimo palaikyti GFR, nes aktyviai moduliuoja glomerulų kraujotaką ir užtikrina glomerulų filtracijos efektyvumą. Integruojant tubuloglomerulinį grįžtamąjį ryšį ir miogeninius signalus, su JGA susiję gREC tikriausiai yra svarbūs GFR reguliatoriai.

Žievės inkstų endotelio ląstelių heterogeniškumas.Be glomerulų kapiliarų endotelio ir priešglomerulinių bei poglomerulinių aferentinių ir eferentinių arteriolių,inkstasžievėje yra limfinės kraujagyslės, didelės arterijos ir venos kartu su su jais susijusiomis vazomis, pokapiliarinėmis venulėmis ir peritubiniais kapiliarais. Atsižvelgiant į jų vaidmenį reabsorbuojant ir išskiriant ištirpusias medžiagas, jonus ir vandenį, žievės peritubiniai kapiliarai yra plonasieniai kapiliarai, susidedantys iš EC, kurie funkciškai susieti su vamzdiniu epiteliu9 (3a pav.). Palyginti su gREC ir mREC, cREC, ypač peritubuliniai kapiliariniai EC, išreiškia daug Igfbp3 (koduojančio į insuliną panašų augimo faktorių surišantį baltymą 3) ir Npr3 (koduojančio natriuretinio peptido receptorių 3)10,11 (3b pav.). .

Žievės peritubiniai kapiliarai kyla iš eferentinių arteriolių ir supa proksimalinius ir distalinius vingiuotus kanalėlius (3a pav.), tiekdami deguonį ir maistines medžiagas, taip pat prisidėdami prie tirpių medžiagų pasisavinimo ir vandens reabsorbcijos iš kanalėlių spindžio.⁹. Skirtingai nuo glomerulų kapiliarų, peritubuliniai kapiliariniai EC išreiškia Plvap, kurio baltyminis produktas (PV1) apima peritubulinį kapiliarinį EC fenestrae. Šios diafragmos stulpeliai yra 62–68 nm skersmens ir tikriausiai palengvinavandens, jonų ir mažų tirpių medžiagų mainai su proksimaliniais ir distaliniais kanalėliais9,10

Glomeruli per dieną filtruoja apie 180 g gliukozės78 ir fiziologinėmis sąlygomis beveik visa ji reabsorbuojama proksimaliniuose kanalėliuose. Filtruota gliukozė pirmiausia reabsorbuojama iš proksimalinių kanalėlių spindžio epitelio ląstelėse per natrio ir gliukozės kotransporterius (SGLT). Kai tarpląstelinė gliukozės koncentracija viršija intersticinę, ji pasklinda į intersticinę erdvę per specifinius palengvintus gliukozės transporterius (GLUT), iš kur ji reabsorbuojama į kraują79. Atsižvelgiant į savo vaidmenį šiame procese, peritubuliniai kapiliariniai EC išreiškia didesnį Slc2a1 (koduojantį GLUT1) kiekį nei kitose inkstų kraujagyslių lovose11 (3b pav.), o tai rodo, kad GLUT1 gali palengvinti gliukozės reabsorbciją peritubinių kapiliarų EC.

Žievės peritubuliniai kapiliarai apima dvi EB populiacijas – vieną, kuri išreiškia aukštą Apoe kiekį (koduojančią apolipoproteiną E), ir kitą, kuri išreiškia mažai Apoe10 arba visai jo neišreiškia (3b pav.). Populiacija, kurioje yra daug Apoe, rodo praturtintą kitų su lipidų metabolizmu susijusių genų, tokių kaip Plpp3 ir Thrsp10, 80, 81, ekspresiją. Priešingai, mažo Apoe populiacija ekspresuoja genus, koduojančius VEGF receptorius (Kdr, Flt1 ir Nrp1, koduojančius atitinkamai VEGFR2, VEGFR1 ir neuropiliną 1), insulino tipo augimo faktorių surišančius baltymus ir receptorius (Igfbp5, Igfbp3 ir Insr). ir Npr3, kuris koduoja natriuretinio peptido, reguliuojančio kraujo tūrį ir natrio išsiskyrimą, receptorių10,82–85. Šiuo metu nežinoma, ar šios dvi EB populiacijos egzistuoja atskiruose kapiliaruose, kurie sąveikauja su proksimaliniais vingiuotais kanalėliais arba distaliniais kanalėliais, ar jie egzistuoja tuose pačiuose kapiliaruose.

Keista, bet pelės inkstų žievėje taip pat buvo aprašytos dvi papildomos kapiliarinės EB populiacijos – į angiogeninę EC populiaciją ir populiaciją, kuriai būdinga interferono stimuliuojamų genų ir genų, dalyvaujančių antigenų apdorojime ir pateikime, ekspresija10 (3b pav.). . Angiogeninės formos EC gali turėti įtakos pažeistų REC regeneracijai, o interferonu aktyvuoti EC gali dalyvauti imuninės sistemos stebėjime, nors norint ištirti šias galimybes, reikia atlikti tolesnius tyrimus10.

cREC didelėse arterijose būdinga arterijų transkripcijos faktoriaus geno Sox17 ir sandarios jungties geno Cldn5 (claudin 5) ekspresija, tuo tarpu cREC didelėse venose būdinga transkripcijos faktoriaus Nr2f2 (COUP-TFII) ekspresija ir fenestracijos žymeklis Plvap^{6,10,11,47,63,64,86}(3b pav.).

Arteriniai cREC išreiškia semaforiną koduojantį geną Sema3g, kuris turi autokrininį ir parakrininį poveikį atitinkamai EC ir VSMC, konneksiną koduojančius genus Gja4 ir Gja5, kurie yra mioendotelinių jungčių komponentai, ir Notch šeimos narį Jag1 (refs6,10, 10). 11,87–90) (3b pav.). Didelės arterijos yra veikiamos aukšto kraujospūdžio, o jų kraujagyslių tonusas moduliuojamas reaguojant į kraujospūdžio pokyčius. Jų gebėjimą reaguoti į mechaninius signalus įgalina elastingas sluoksnis tunikos terpėje, kuriame gausu elastingų pluoštų.^9,91ir per genų, susijusių su elastinių skaidulų surinkimu, ekspresiją, pvz., Eln (elastinas), Ltbp4 (latentinį transformuojantį augimo faktorių - -jungiantis baltymas 4), Fbln5 (fibulinas 5) ir Bmp4 (nuorodos 6, 10, 11, 92). –95). Jie taip pat išreiškia didelį Mgp (matricos Gla baltymo) 6, 10 kiekį, kuris slopina kraujagyslių kalcifikaciją tikriausiai slopindamas BMP2 ir BMP4 signalizaciją96. Atsižvelgiant į jų vaidmenį reguliuojant inkstų kraujotaką, didžiųjų arterijų cREC taip pat išreiškia genus, kurie yra atsakingi už benzino reguliavimą, pvz., Ace, Edn1 ir S1pr1 (nuorodos 6, 10, 97–99) (3b pav.).

Vasa vasora100 palengvina deguonies ir maistinių medžiagų tiekimą bei atliekų, išsiskiriančių didelių arterijų ir venų kraujagyslių sienelėse, pašalinimą. Vasa vasora REC nebuvo nustatyti paskelbtuose pelių vienaląsčių REC tyrimuose, tikriausiai dėl to, kad kraujagyslės, kurių spindžio skersmuo<0.5mm (the="" diameter="" of="" normal="" vessels="" in="" mice)="" do="" not="" normally="" have="" vasa="">^6,10,11,100. Atliekant tokius tyrimus su didesniais gyvūnais arba žmonėmis, kurių inkstų kraujagyslės yra didesnės, gali padidėti vasa vasora REC užfiksavimo tikimybė. Šiuo metu nėra aprašytų REC, gautų iš vasa vasora, žymenų.

Be kraujo kraujagyslių sistemos, inkstų žievėje taip pat yra du inkstų limfinių kraujagyslių rinkiniai. Abu jie atsiranda kaip aklini kapiliarai inkstų skiltyje, iš kurios vienas rinkinys seka arterijas link šlaunies, kad sujungtų hilar ir kapsulinę sistemą, o kita prasiskverbia į kapsulę, kad prisijungtų prie kapsulės limfagyslių28 101 (1a pav.). Inkstų limfinius kapiliarus galima atskirti nuo kraujagyslių kapiliarų, nes jie daugiausia yra tarpvietėje, yra aklini ir neturi pericitų.^28,29. Inkstų limfiniai kapiliarai susideda iš vieno sluoksnio, „ąžuolo lapo“ formos, iš dalies persidengiančių LEC28, 29, kuriuos galima atskirti nuo BEC pagal kelių žymenų išraišką.⁶, iš kurių žinomiausi yra Pdpn (podoplaninas)102, hialurono receptorius koduojantis genas Lyve1 (103 nuoroda), Flt4 (koduojantis VEGFR3)104 ir transkripcijos faktoriaus genas Prox1 (nuoroda 105) (3b pav.) . Nors šie žymenys taip pat išreikšti kituose ląstelių tipuose, jie gali būti naudojami atskirti du pagrindinius EB tipus29. Žmogujeinkstas, podoplaninas buvo apibūdintas kaip patikimiausias LEC žymeklis^28,29. Nepaisant to, nė vienas iš dviejų nėra žinomasinkstasLEC populiacijos buvo nustatytos paskelbtuose vienos ląstelės RNR-seq tyrimuose^6,10,11, galbūt dėl ​​​​jų praradimo techninio apdorojimo etapuose (pavyzdžiui, fermentinio virškinimo arba EB gryninimo metu) ir (arba) dėl to, kad jie sudaro per mažą EB dalį, palyginti su inkstų BEC populiacija. Todėl reikia atlikti tolesnius tyrimus, kad būtų galima apibūdinti inkstų limfinio endotelio heterogeniškumą.

Meduliarinių inkstų endotelio ląstelių heterogeniškumas.Pagrindinis inkstų smegenų vaidmuo yra šlapimo koncentracija⁹. Anatominis vazos išsidėstymas ir maža inkstų šerdies kraujotaka (10 proc. viso inkstų kraujotakos9) neleidžia išplauti tirpioms medžiagoms, tokioms kaip karbamidas ir NaCl, todėl susidaro osmoliarumo gradientas nuo išorinės šerdies iki inkstų papilės. , kuris būtinas šlapimo koncentracijai26,106. Šis gradientas skiriasi priklausomai nuo hidratacijos būsenos106.

Inkstų meduliariniam endoteliui būdinga Igfbp7 (refs10,11), šlapimo žymens, ekspresija.inkstassužalojimas, numatantis inkstų atsigavimą po ūminio inkstų pažeidimo (AKI)107, ir Cd36 (nuorodos 10, 32), kuris koduoja siurblį, atsakingą už ilgos grandinės riebalų rūgščių pasisavinimą iš kraujotakos108 (3c pav.). Vadinasi, lipidai, priklausomai nuo CD{7}}, gali persikelti per smegenų endotelį į meduliarines intersticines ląsteles – į fibroblastus panašių ląstelių populiaciją, kuriai būdingi lipidų lašeliai, kurių gausa koreliuoja su diurezės būkle109. Cd36 pašalinimas iš pelių buvo susijęs su padidėjusia nuo inkstų priklausoma spontaninės hipertenzijos rizika^10,110, bet susilpnino vystymąsiinkstasfibrozė, reaguojant į riebią dietą111 (3c pav.), todėl galima teigti ir apsauginį, ir patologinį lipidų transportavimo vaidmenį šiuose procesuose.

Kaip ir žievės ir glomerulų endotelis, inkstų šerdies endotelis pasižymi dideliu vidinio skyriaus heterogeniškumu.^10,11. DVR yra į arteriją panašios kraujagyslės, sudarytos iš ištisinio endotelio, apsupto lygiųjų raumenų pericitų arba VSMC, kurie reaguoja į vazoaktyvius dirgiklius, kad kontroliuotų inkstų meduliarinę kraujotaką. Atsižvelgiant į arteriolių tipo fenotipą, DVR EC išreiškia Sox17 (nuoroda 10, 55), Cldn5 (nuoroda 10, 55, 86, 112), Fbln5, Gja4 ir Cxcl12 (CXCL12, taip pat žinomas kaip SDF1 - chemokino baltymas kuris veikia kaip CXCR4 ir CXCR7 ligandas, išreikštas VSMC ir pericitais)^10,63,113. DVR EC taip pat išreiškia Slc14a1 ir Aqp1, kurie koduoja karbamido transporterį B (UTB)^10,11,112ir vandens kanalas akvaporinas 1 (nuoroda).^10,11,55), kurie abu reikalingi šlapimo koncentracijai114,115 (3c,d pav.). Šios EC taip pat išreiškia Scin, kuris koduoja šlaką - baltymą, kuris sujungia akvaporiną 2 daugiaproteininiame komplekse rinkdamas latakų epitelio ląsteles, tikriausiai, kad palengvintų akvaporino 2 apyvartą116. Aqp1 ir Scin bendra ekspresija DVR EC rodo panašią sąveiką meduliniame endotelyje¹⁰.

Osmoliarumo gradientas sukuria priešišką aplinką inkstų šerdies ląstelėms, ypač esančioms inkstų papilėje, kur osmoliariškumas yra didžiausias (atitinka fiziologinio hiperosmoliarumo būklę, kai osmoliariškumas yra didesnis nei sisteminėje plazmoje)117. Pelės DVR EC gali būti suskirstyti į du pagrindinius fenotipus pagal jų vietą inkstų papilėje arba išorinėje arba vidinėje smegenyse10 ir išsiskiria hiperosmoliškumo sukeltų ir vazotoną reguliuojančių genų ekspresija10 (3c pav.). Inkstų papilės DVR EC išreiškia į hiperosmoliarumą reaguojančius genus, įskaitant hiperosmoliarumo indukuojamo transkripcijos faktoriaus NFAT5 tikslinius genus, tokius kaip S100a4 ir S100a6 (nuorodos 10, 118), tuo tarpu DVR EC iš vidinės ir išorinės medulių yra praturtintos, kurių ekspresija yra praturtinta. pagrindinis fermentas, dalyvaujantis vazoaktyvių prostaglandinų katabolizme, Edn1, koduojantis kraujagysles sutraukiantį endoteliną 1, ir Adipor2, kuris koduoja adiponektino receptorių, sukeliantį kraujagysles plečiantį poveikį119,120 (3c pav.). Šis raiškos modelis atitinka ryškesnį lygiųjų raumenų tipo pericitų buvimą išorinėje DVR meduliarinėje dalyje, taigi ir didesnį šios srities reakciją į vazoaktyvius veiksnius, palyginti su mažesnėmis DVR dalimis9121.

Skirtingai nei DVR, AVR yra į veną panašūs kraujagyslės (3d pav.). Šios kraujagyslės reabsorbuoja vandenį iš inkstų meduliarinio intersticio, kuris kaupiasi šlapimo koncentracijos metu per surinkimo kanalus, Henlės kilpą ir DVR, ir surenka jį atgal į bendrą kraujotaką panašiai kaip limfinių kraujagyslių funkcija30. Atsižvelgiant į šį vaidmenį, AVR EC išreiškia venų transkripcijos faktorių Nr2f2 (nuorodos 10, 11, 64) ir Plvap - tikriausiai tam, kad išlaikytų savo vaidmenį vandens reabsorbcijoje.^10,11,47,122(3c pav.). AVR EC taip pat išreiškia Tek, koduojantį angiopoetino Tie2 receptorių, kuris yra būtinas AVR formavimuisi vystymosi metu. Tek ištrynimas pelėse sukelia greitą skysčių ir cistų kaupimąsi meduliniame intersticyje ir smegenų kraujagyslių pluoštų praradimą, todėl sumažėja šlapimo koncentravimo gebėjimas³⁰.

Panašiai kaip DVR, AVR galima suskirstyti į dvi transkriptomiškai skirtingas EB populiacijas, esančias papilėje ir išorinėje bei vidinėje meduloje. Tie, kurie yra papilėje, pasižymi į hiperosmoliarumą reaguojančių genų (Cryab, Fxyd2 ir Cd9 (refs10,123,124)), glikolitinių genų (Ldha, Aldoa ir Gapdh10,125,126) ir Car2, koduojančio anglies ir hidrogeno fermentą, ekspresija. , kurio nebuvimas pablogina šlapimo koncentraciją ir sukelia pelėms poliuriją127 (3c pav.). Papiliarinės AVR EC specifiškai išreiškia Na plius / K plius ATPazės subvienetą koduojantį geną Fxyd2, tuo tarpu alternatyvus subvienetą koduojantis genas Fxyd6 yra reguliuojamas AVR EC išorinėje ir vidinėje meduloje.¹⁰ (3c pav.).

AVR ir DVR papiliarinės dalys rodo skirtingus genų ekspresijos profilius, tačiau dalijasi kelių į hiperosmoliarumą reaguojančių genų ekspresija, įskaitant Akr1b3, koduojančią aldozės reduktazę – greitį ribojantį poliolio kelio fermentą, atsakingą už gliukozės pavertimą į gliukozę. sorbitolis, inertiškas organinis osmolitas, svarbus ląstelių tūriui palaikyti hiperosmoliarumo sąlygomis117. Jie taip pat išreiškia S100a6, taip pat kitus genus, tokius kaip Fxyd5 (koduojantis kitą Na plius /K ir ATPazės subvienetą), Nrgn (koduojantis kalmoduliną surišantį baltymą neurograniną) ir Crip1 (koduojantis 1 baltymą, kuriame gausu cisteino). 10 118 – tai gali būti susijusi su hiperosmosine aplinka (3c pav.).

Inkstų meduliarinis kapiliarinis rezginys, jungiantis DVR ir AVR (3a pav.), pasižymi Plvap teigiamu aptrauktu endoteliu ir praturtinta VEGF receptorius koduojančių genų, tokių kaip Kdr, Flt1 ir Nrp1, endotelio ekspresija. kaip genai, dalyvaujantys riebalų rūgščių transporte ir metabolizme (Cd36 ir Plpp3)10 (3c pav.). mREC taip pat apima EC iš postkapiliarinių venulių, taip pat angiogenines ir interferonu aktyvuotas EK populiacijas, panašias į inkstų žievės kapiliarus10.

REC heterogeniškumas ir inkstų liga

Fiziologinėmis sąlygomis endotelis yra ramus – būsena, kuri didžiąja dalimi palaikoma dėl baltymų S-nitrozilinimo ir transkripcijos faktorių naudojant eNOS gautą NO128,129. Pačios eNOS veiklą reguliuoja šlyties įtempis¹³⁰ir tarpląsteliniai metabolitai, tokie kaip eNOS substratas, l-argininas ir jo kofaktorius tetrahidrobiopterinas¹³¹. Tam tikromis sąlygomis, pavyzdžiui, reaguojant į infekciją, ši ramybės būsena gali būti išjungta, skatinant EC aktyvavimą ir imuninių ląstelių įdarbinimą. Šiam aktyvinimo procesui labai svarbus redokso signalizavimas ir ypač eNOS fermento atjungimas, dėl kurio vietoj NO susidaro superoksidas. eNOS atjungimas įjungia kaskadą, kuri veda prie endotelio paviršiaus sluoksnio pertvarkymo ir sukelia receptorių, galinčių sąveikauti su trombocitais ir imuninėmis ląstelėmis, ekspresiją.¹³². Nors endotelio aktyvacija yra šeimininko gynybinės sistemos dalis, ši molekulinė mašina gali būti netinkamai suaktyvinta sergant tokiomis ligomis kaip autoimuninė liga arba esant širdies ir kraujagyslių rizikos veiksniams ar infekcijai. Pažymėtina, kad REC atsakas į žalingus signalus yra nevienalytis¹³³. Pavyzdžiui, netipinio hemolizinio ureminio sindromo atveju komplementą slopinančio faktoriaus H mutacijos yra susijusios su sumažėjusiu H faktoriaus prisijungimu prie glomerulų endotelio heparano sulfato134, taip sukeldamos glomerulų trombozinę mikroangiopatiją. Kitas pavyzdys yra lėtinis humoralinis alotransplantato atmetimas, kai peritubuliniai kapiliarai yra pagrindinis traumos tikslas.¹³⁵; su tuo susijęs peritubinio kapiliarinio tinklo praradimas prognozuoja atsiradimąinkstasnesėkmė136. COVID{1}} pandemijos kontekste pažymėtina, kad AKI dažnai stebimas pacientams, sergantiems sunkia liga (ja serga iki 50 proc. intensyviosios terapijos skyriuose esančių pacientų).¹³⁷, kuriems plačiai paplitusi EB disfunkcija gali paskatinti ligos paūmėjimą dėl kraujagyslių nutekėjimo, koagulopatijos ir paūmėjusio uždegimo^138,139.

Be endotelio aktyvacijos atsako nevienalytiškumo, REC atsakas į aplinkos signalus iš kraujotakos gali būti specifinis. Pavyzdžiui, 1 tipo cukriniu diabetu sergančių pacientų gREC rodo nereguliuojamą angiogeninį atsaką, dėl kurio atsiranda glomerulų augimas ir antrinė podocitopatija.^140,141. Esant išeminiam sužalojimui, ypač peritubuliniuose kapiliaruose, endotelio aktyvacija ir EC nutekėjimas sukelia vadinamąjį „neatsiplėtimo“ reiškinį, kai perfuzija neatsistato net atkūrus praeinamumą, dėl ko susidaro kanalėlių epitelio ląstelių pažeidimas ir AKI.¹⁴². Klinikinė patologija, kurią sukelia REC aktyvacija, išsamiai aptariama kitur.

Didelės skiriamosios gebos metodų, tokių kaip vienos ląstelės RNR-seq, atsiradimas suteikė naujų įžvalgų apie endotelio fenotipinio heterogeniškumo molekulinį reguliavimą ir procesus, susijusius suinkstassužalojimas. Keletas pastarųjų metų mūsų grupės ir kitų tyrimų išplėtė koncepciją, kad endotelio heterogeniškumas yra susijęs su tarpląsteliniu metabolizmu.^{3,6,10,143–145}. Kaip aprašyta toliau, skirtingos mikroaplinkos, su kuriomis susiduria REC, padeda nustatyti jų fenotipinę įvairovę ir medžiagų apykaitos specializaciją.

REC medžiagų apykaitos specializacija

EC pasižymi aktyviu metabolizmu net tada, kai ramiai palaiko tokius procesus kaip energijos gamyba, biomasės sintezė ir redokso homeostazė, kurie yra būtini kraujagyslių barjero vientisumui palaikyti, vazoreguliacinei funkcijai, tirpių medžiagų pernešimui ir trombozės bei kraujagyslių uždegimo slopinimui. Pavyzdžiui, ramybės būsenos EC palaiko aukštą FAO lygį, kuris padeda išlaikyti kraujagyslių barjero vientisumą iš dalies regeneruojant NADPH, kuris užtikrina apsaugą nuo reaktyviųjų deguonies rūšių (ROS)146. Atsižvelgiant į šį vaidmenį, FAO slopinimas EC padidina oksidacinį stresą, endotelio barjero pralaidumą, leukocitų infiltraciją146 ir endotelio-mezenchiminį perėjimą.¹⁴⁷, o tai rodo, kad FAO reikalinga endotelio funkcijai ir fenotipui palaikyti. REC rodo skirtingus metabolinius profilius ir transkriptus į EC, išskirtus iš kitų pelių organų^3,6. Visų pirma, jiems būdingas genų, dalyvaujančių aminorūgščių ir pirimidino biosintezėje, taip pat gliukozės metabolizme, reguliavimas.⁶. Be to, kai kurie metaboliniai genai yra selektyviai praturtinti arterijų, kapiliarų ar venų EC, o tai rodo vidaus organų metabolinį heterogeniškumą.⁶. Kaip aptarta toliau, skirtingos mikroaplinkos sąlygos, su kuriomis susiduria skirtingos REC populiacijos, taip pat gali turėti įtakos jų metaboliniams profiliams ir palaikyti REC fenotipinį nevienalytiškumą bei jų reakciją į ligos dirgiklius.

REC atsakas į deguonies įtampos pokyčius

Norsinkstusyra labiausiai perfuzuoti kūno organai, todėl kraujui praeinant perinkstus¹⁴⁸. Theinkstassmegenys yra veikiamos mažos deguonies įtampos, o pO2 yra 10–20 mmHg (hipoksija), palyginti su 50 mmHg inkstų žievėje117 (4a pav.). Deguonies gradientas, einantis po kortikopapiliarinės ašies, yra kelių veiksnių pasekmė, įskaitant arterioveninį deguonies šuntą, atsirandantį dėl lygiagrečio AVR ir DVR išsidėstymo smegenyse, ribotą kraujo tekėjimą į smegenis ir smegenyse, kad būtų sumažintas tirpių medžiagų išplovimas. , ir oksidacinio fosforilinimo panaudojimas, kad būtų gautas didelis energijos kiekis, reikalingas Na plius / K plius ATPazei reabsorbuoti Na plius ir užtikrinti tinkamą kitų ląstelių membranų tirpių transporterių veikimą117. Taigi, hipoksija yra būdinga smegenų šlapimo koncentracijos mechanizmui^10,117.

Tai taip pat reikalinga tinkamaminkstasplėtra149. Tačiau hipoksija gali būti žalinga ir laikoma pagrindine AKI150 priežastimi bei lėtinės inkstų ligos (LIL) rizikos veiksniu151 (4a pav.). Inkstų hipoksija gali atsirasti dėl išeminių reiškinių, pvz., per inksto transplantaciją arba dėl nenormalios inkstų perfuzijos dėl peritubinių kapiliarų retėjimo, glomerulų pažeidimo, aterosklerozės, arterijų kraujagyslių tonuso sutrikimo, anemijos ir dėl fibrozės sumažėjusios deguonies difuzijos152. 4a pav.). Kraujagyslių sistemoje trumpalaikis hipoksijos poveikis sukelia grįžtamąjį kraujagyslių tonuso ir kraujotakos moduliavimą, o ilgalaikis poveikis sukelia negrįžtamą kraujagyslių ir aplinkinių audinių remodeliavimąsi su VSMC proliferacija ir fibroze.¹⁵³. Ląstelių atsakas į hipoksiją priklauso nuo nuo Fe2 plius priklausomų oksigenazių ir 2-oksoglutarato (2-OG) priklausomų oksigenazių152 inaktyvavimo ir vėlesnio nuo hipoksijos indukuojamo transkripcijos faktoriaus (HIF) priklausomo ir Nuo HIF nepriklausomi keliai. Hipoksijos poveikis ECs154 suaktyvina ir HIF1, ir HIF2 (4b pav.). Vidujeinkstas, REC plačiai išreiškia HIF2 esant hipoksijai, o HIF1 baltymų ekspresija apsiriboja mREC papilla155–157, kur ji tikriausiai stimuliuoja glikolizę (4b pav.). HIF2 aktyvinimas REC apskritai skatina apsaugą ir atsigavimą nuo išeminio inkstų pažeidimo, skatindamas eritropoezę ir slopindamas inkstų uždegimą, kapiliarų retėjimą ir fibrozę156 (4b pav.). REC poveikis hipoksijai esantinkstasTodėl liga gali sukelti skirtingą atsaką gREC ir cREC nei mREC. Pavyzdžiui, hipoksija skatina nuo HIF{0}}priklausomą išaugintų EC158 159 proliferaciją ir migraciją; tačiau nesusiliejusiomis sąlygomis kultivuoti gREC patiria nuo mitochondrijų priklausomą apoptozę po hipoksijos155, 160, 161, o tai rodo, kad gREC netinkamai prisitaiko prie hipoksijos. Nors atrodo, kad gREC yra gana atsparūs hipoksijai in vivo, tikriausiai dėl podocitų gauto VEGF161 parakrininio poveikio, hipoksija gali sukelti laipsnišką glaudaus jungties baltymų okludino ir ZO-1 praradimą gREC HIF{{ 11}} priklausomas būdas, galiausiai padidinantis endotelio barjero pralaidumą162. Mažai žinoma apie mREC reakciją į hipoksiją. Visų pirma AVR ir DVR esantys mREC yra veikiami mažos deguonies įtampos papilėje fiziologinėmis sąlygomis, o Epas1 regulonas (koduojantis HIF2) yra reguliuojamas mREC, kai trūksta vandens, tikriausiai reaguojant į hipoksijos padidėjimą, kurį sukelia šlapimo koncentracijos procesas¹⁰.

Metabolinis EC prisitaikymas prie deguonies įtampos pokyčių.Normoksinėmis sąlygomis ATP gamybai EC pirmiausia priklauso nuo glikolizės, o ne nuo mitochondrijų oksidacinio fosforilinimo163. Reaguojant į hipoksiją, šie metaboliniai atsakai sustiprėja, toliau stiprėja glikolizė ir slopinamas mitochondrijų kvėpavimas (4b pav.), paaiškinant, kodėl EC yra atsparios hipoksijai tol, kol lieka gliukozės164. Patyrus ūmią hipoksiją, pvz., išeminį įvykį, EC greitai padidėja mitochondrijų ir (arba) NAD(P)H oksidazės kilmės ROS, o tai stabilizuoja HIF1 ir įgalina didesnį glikolitinį srautą164 – atsakus, kurie atitinka HIF{{6 }}sukeltas gliukozės metabolizmo reguliavimas ir mitochondrijų aktyvumo sumažėjimas^164,165 (4b pav.). Be to, atlikus lėtinės hipoksijos paveiktų EC metabolinių takų analizę, kuri gali atsirasti šerdyje arba sergant CKD, atskleidė nuo HIF priklausomą glikolitinių genų reguliavimą.¹⁶⁶. Įdomu tai, kad kai kurie glikolitiniai genai, tokie kaip Eno1 ir Aldoa, kurie koduoja fermentus enolazę 1 ir aldolazę A, kurie yra būtini ATP ir piruvatui gaminti iš gliukozės, buvo labiau reguliuojami mREC nei cREC ir gREC10. Tiksliau, mREC iš AVR papiliarinės dalies – tai yra inkstų kraujagyslių lovos dalis, kuri yra labiausiai veikiama hipoksijos – parodė aukščiausią glikolitinių genų Aldoa, Ldha ir Gapdh ekspresiją tarp visų pelių mREC10. Taigi, papiliariniai mREC gali parodyti didesnį anaerobinį glikolitinį srautą nei kiti REC dėl jų hipoksinės mikroaplinkos. Panašiai meduliarinės epitelio ląstelės turi didesnį anaerobinio glikolitinio ATP gamybos pajėgumą nei proksimalinės kanalėlių ląstelės¹¹⁷. mREC taip pat padidina kelių glikolitinių genų reguliavimą, kai trūksta vandens, kartu su padidėjusiu HIF2 aktyvumu.¹⁰.

Sergant EC, HIF2 yra iš dalies reguliuojamas aktyvavus mitochondrijų NAD plius priklausomą deacetilazę sirtuiną 3 (SIRT3) (167 nuoroda) (4b pav.). SIRT3 praradimas pablogina hipoksinį signalizavimą EC ir sukelia defektinę angiogenezę ir mikrovaskulinę disfunkciją, kuri yra antrinė dėl metabolinio perėjimo nuo deguonies nepriklausomos glikolizės prie mitochondrijų kvėpavimo. Šis metabolinis pokytis yra susijęs su 6-fosfofrukto-2-kinazės (PFKFB3), fermento, veikiančio kaip teigiamas glikolizės ir ROS susidarymo reguliatorius, ekspresijos sumažėjimu.¹⁶⁷(4b pav.). Esant hipoksijai, SIRT3 padidina mitochondrijų antioksidantų fermentų reguliavimą priklausomai nuo FOXO3 (žr.¹⁶⁸) – transkripcijos faktorius, kurį taip pat reguliuoja HIF1¹⁶⁹ (4b pav.). Įdomu tai, kad SIRT3 – FOXO3 antioksidantų kelias veikia gREC, užkertant kelią endotelio perėjimui į mezenchiminį irinkstasfibrozė angiotenzino II sukeltos hipertenzijos gyvūnų modelyje¹⁷⁰(4b pav.). Farmakologiniai metodai, kurie padidina SIRT3, taip pat riboja cisplatinos sukeltą AKI, nes apsaugo nuo kanalėlių pažeidimo ir pagerinainkstasfunkcija¹⁷¹. Priešingai, Sirt{0}}numuštoms pelėms būdingas sunkesnis AKI, nors REC indėlis į šį poveikį nebuvo nustatytas.¹⁷¹. Dar reikia nustatyti, ar šis SIRT3 – FOXO3 antioksidantų kelias taip pat yra susijęs su fiziologiniu mREC atsaku į hipoksiją meduloje.

Riebalų rūgščių metabolizmą taip pat veikia deguonies prieinamumas, nes dėl hipoksijos padidėja riebalų rūgščių sintazės (FAS), pagrindinio riebalų rūgščių biosintezės kelio greitį kontroliuojančio fermento, ekspresija ir aktyvumas, todėl sumažėja malonilo kiekis. -CoA telkinys ir palmitato kiekio padidėjimas ECs172 (4b pav.). Žmogaus plaučių arterijos EC dėl FAS slopinimo pablogėja HIF1 stabilizavimas, o vėliau HIF{5}}sukeliami gliukozės transportavimo ir metabolizmo pokyčiai bei atkuriama eNOS funkcija, o tai rodo, kad riebalų rūgščių sintezės slopinimas gali būti naudingas. EB funkcijai esant hipoksijai¹⁷²(4b pav.). Vidujeinkstas, Ventiliatoriai, kurie koduoja FAS, buvo sureguliuoti eksperimentiniame lėtinio inkstų nepakankamumo modelyje ir prisidėjo prie hipertrigliceridemijos¹⁷³. Taip pat buvo pastebėtas ventiliatorių ir kitų į hipoksiją reaguojančių genų reguliavimasinkstaspjautuvinių ląstelių anemijos pelės modelio žievė, kuri pasižymėjo progresuojančiu glomerulų ir kanalėlių pažeidimu¹⁷⁴. Pakitusi lipidų apykaita yra proteinurinės ŠKL ypatybė, ir klinikiniai, ir eksperimentiniai įrodymai patvirtina mintį, kad pakitęs lipidų metabolizmas gali prisidėti prie inkstų ligos patogenezės ir progresavimo.¹⁷⁵. Nepaisant to, REC vaidmuo reguliuojamo riebalų rūgščių metabolizme konteksteinkstasligadar reikia išsiaiškinti.

Hipoksija taip pat skatina arginazės II reguliavimą tokiu būdu, kuris priklauso nuo HIF2 aktyvacijos¹⁷⁶arba HIF1¹⁷⁷, ir sumažina jo substrato, arginino, sintezę ir transportavimą EC^178,179(4b pav.). Arginazė II yra metalofermentas, ypač išreikštasinkstusir katalizuoja l-arginino hidrolizę į karbamidą ir l-ornitiną. Padidėjęs arginazės II aktyvumas sumažina arginino biologinį prieinamumą, kuris slopina eNOS aktyvumą, sumažina endotelio NO gamybą ir suaktyvina eNOS atsijungimą, galiausiai sukelia ROS gamybą ir nitrozinį stresą.¹⁷⁶. Šie veiksmai yra labai svarbūs skatinant endotelio disfunkciją, diabetinę inkstų ligą irinkstasuždegimas dietos sukelto nutukimo kontekste^180,181. Fiziologinėmis sąlygomis arginazė II daugiausia ekspresuojama išorinėje medulėje, o tai rodo, kad šis metabolinis prisitaikymas greičiausiai nevyksta mREC, kurie yra labiausiai veikiami hipoksijos.¹⁸¹.

Galiausiai, papiliarinių mREC poveikis ūminei hipoksijai sukelia purinų ir ATP, kartu su UTP ir UDP, išsiskyrimą tarpląstelinėje erdvėje.^182–184. ATP aktyvina endotelio P2Y receptorius, dėl ko susidaro NO, plečiasi kraujagyslės ir padidėja audinių perfuzija¹⁸⁵. ATP taip pat sudaro adenoziną po ATP metabolizmo ektofermentais^185,186. Svarbu tai, kad hipoksija sukelia nuo HIF{0}}priklausomą adenozino A2a receptoriaus (koduojamo ADORA2A) reguliavimą EC.^187,188, kurio aktyvacija padidina HIF1 baltymų sintezę, toliau skatindama glikolitinio geno ekspresiją ir glikolitinį srautą¹⁸⁷(4b pav.). Daugeliu atvejų A2a ir A2b receptorių aktyvinimas, išreikštas EC ir VSMC, tarpininkauja adenozino, išsiskiriančio hipoksijos metu, kraujagysles plečiančiam poveikiui185. Vidujeinkstas, skirtingose ​​kraujagyslių dalyse yra skirtingų adenozino receptorių¹⁸⁹o tarpląstelinis ATP ir adenozinas atlieka pagrindinį vaidmenį reguliuojant inkstų hemodinamiką ir mikrocirkuliaciją.^185,190. Smegenų smegenyse adenozinas gaminasi po oksidacinio streso storojoje Henlės kilpos (TALH) smegenyse.¹⁹¹ir veikia kaip kraujagysles plečianti priemonė, skatinanti smegenų kraujotakos padidėjimą per mechanizmą, kuris gali apimti DVR mREC¹⁹². Tačiau, priešingai nei veikia daugumoje kitų kraujagyslių, adenozino sukeltas A2a receptorių aktyvavimas, kurie yra ypač išreikšti aferentinėse arteriolėse, sukelia inkstų kraujagyslių susiaurėjimą, todėl gali turėti įtakos inkstų kraujotakai ir glomerulų filtracijai.^185,193. Pažymėtina, kad buvo nustatytas purinerginių receptorių vaidmuo CKD progresavime¹⁹⁴.