2 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

Spustelėkite čia, kad pamatytumėte 1 dalį

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 įinkstassužalojimasir ligos, iš dalies dėl mikroaplinkos pokyčių.

• Geresnis inkstų endotelio ląstelių fenotipinės įvairovės ir metabolinės specializacijos supratimas gali padėti nustatyti naujus gydymo tikslus.inkstasligųirinkstasregeneracija.

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

REC atsakas į šlyties įtempių pokyčius EC yra nuolat veikiamas tempimo jėgos, kurią sukelia kraujo tėkmės pulsavimas ir trinties jėga, lygiagreti kraujagyslės sienelei, skysčio šlyties įtempis.¹⁹⁵. Šios ląstelės yra pritaikytos pajusti šias jėgas ir paversti jas biocheminiais signalais, galinčiais paveikti kraujagyslių homeostazę, reguliuodamos kraujagyslių tonusą ir EB remodeliavimą, kuris reguliuoja kraujotaką, kad atitiktų audinių reikalavimus195. Įdomu tai, kad EC iš skirtingų kraujagyslių dugno dalių yra veikiami specifinių srautų tipų ir atitinkamai reaguoja195 (5a pav.). Arterijose ir arteriolėse kraujo tėkmė yra stipriai pulsuojanti, o kapiliaruose – panašaus dydžio, bet mažiau pulsuojanti, o venulėse ir venose kraujotaka yra maždaug nuo trijų iki dešimties kartų mažesnė, o pulsavimas – minimalus195. Vidujeinkstas, the vasculature of the cortex receives >94 procentai inkstų kraujotakos¹⁹⁶tai rodo, kad medulinė kraujagyslė yra veikiama palyginti mažo šlyties įtempio aplinkos. Priešingai, grREC yra veikiami santykinai didelio šlyties įtempio aplinkos (apskaičiuota, kad nuo 1dyn/cm2 iki net 95dyn/cm2), dėl didelio kraujo tėkmės ir slėgio kartu su padidėjusiu kraujo klampumu dėl filtravimo. procesas197 (5b pav.). gREC poveikis šlyties įtempiui yra labai svarbus, nes jis užkerta kelią trombocitų agregacijai, iš dalies skatindamas konformacinį kraujo glikoproteino von Willebrand faktoriaus (vWF) išsiskleidimą, kuris padidina jo jautrumą ADAMTS13 metaloproteazės skilimui.^198,199. Šio reiškinio svarbą gREC sveikatai rodo protrombozinis fenotipas, pastebėtas su Shiga toksinu susijusiame hemoliziniame ureminiame sindrome. Shiga toksinas skatina vWF sekreciją gREC ir ypač didelių vWF multimerų susidarymą, kurie yra atsparūs ADAMTS13 skilimui ir sukelia trombozinę mikroangiopatiją glomeruluose irinkstasmicrovasculature200, galiausiai vedantis į AKI. Trombozinės trombocitopeninės purpuros atveju mažas ADAMTS13 aktyvumas sukelia panašius rezultatus¹⁹⁹.

Šlyties įtempio svarbą taip pat iliustruoja aterosklerozinių pažeidimų atsiradimas inkstų arterijose, dėl kurių gali išsivystyti inkstų arterijų stenozė – vienintelė didžiausia antrinės hipertenzijos priežastis201 202. Šie pažeidimai išsivysto arterijų ir arteriolių ateroprono srityse, kurios yra veikiamos mažesnio laminarinio šlyties įtempio nei kitose srityse, pvz., arterijų bifurkacijos regionuose, kur paprastai sutrinka kraujotaka201 (5c pav.).

Laminarinio šlyties įtempio poveikis EC.Laminarinis šlyties įtempis padidina į Krüppel panašų faktorių 2 (KLF2) ir KLF4 EC transkripcijos faktorių reguliavimą, iš dalies dėl ATP išsiskyrimo ir vėlesnio P2X4 purinerginių receptorių aktyvavimo203, o iš dalies suaktyvindamas MEK5 – ERK5 – MEF2 signalizaciją. kelias^204,205(5d pav.). VidujeinkstasBuvo pranešta, kad , Klf2 ir Klf4 kartu su KLF4 tiksliniu genu Thbd (koduojančiu trombomoduliną) yra gREC žymenys, gaunami iš suaugusių pelių eferentinių arteriolių.^10,11(3b pav.). Šių srautą reaguojančių žymenų vieta atitinka faktą, kad REC, esantys tiesioginėje glomerulų išėjimo vietoje, yra veikiami didelio laminarinio šlyties įtempio, kuris gali būti susijęs su dideliu šio regiono kraujo klampumu. KLF2 reguliavimas ir aktyvinimas tarpininkauja EB ramybės būsenai, kuriai būdinga padidėjusi VE-kadherino ir -katenino ekspresija, padedanti išlaikyti sandarų kraujagyslių barjerą206, EC išlyginimas srauto kryptimi207, uždegimo slopinimas ir priežiūra. antiaterogeninio fenotipo, padidėjęs antioksidantų reguliavimas ir kraujagyslių tonuso sumažėjimas dėl NO ir prostaciklinų susidarymo endotelyje208–210 (5d pav.). KLF2 aktyvinimas gREC apsaugojo juos nuo sužalojimų ir ligos progresavimo CKD gyvūnų modeliuose^211,212. Atitinkamai, KLF2 yra reguliuojamas glomerulų endotelyje, reaguojant į šlyties įtampą in vitro, kur jis skatina antikoaguliantą ir priešuždegiminį fenotipą ir sukelia nuo endotelio priklausomą podocitų barjero atsparumo sumažėjimą, reikalingą tinkamai filtravimo funkcijai204. GREC KLF2 reguliavimas, atsirandantis dėl glomerulų hiperfiltracijos, suteikė apsaugą nuo EB disfunkcijos ir susilpnino CKD progresavimą vienašalės nefrektomijos modelyje212. Ir atvirkščiai, endotelio KLF2 praradimas padidino glomerulų hipertrofiją ir proteinuriją streptozotocino sukelto modelio atveju.diabetikamsinkstasliga²¹¹. Endotelio KLF4 taip pat yra renoprotekcinis AKI213. EB specifinis KLF4 praradimas padidino inkstų pažeidimą išeminio AKI modelyje, skatindamas EB įgyti priešuždegiminį fenotipą²¹³. Tačiau verta paminėti, kad KLF2 ir KLF4 endotelyje atlieka specifinius vaidmenis214. Pavyzdžiui, jie gali skatinti EC aktyvavimą ir pažeidimų, sukeliančių smegenų kaverninius vystymosi sutrikimus, formavimąsi.^214,215.

Laminarinio šlyties įtempio poveikis sumažina gliukozės pasisavinimą²¹⁶ir stimuliuoja mitochondrijų biogenezę EC^217–219. KLF2 aktyvinimas sumažina PFKFB3 ekspresiją kartu su kitų glikolitinių genų, tokių kaip HK2 (koduojantis heksokinazę 2) ir PFK1 (koduojantis fosfofruktokinazę 1 (PFK1)), ekspresija, todėl sumažėja glikolizė216 ir ankstyvas glikolizės nutraukimas. į heksozamino ir gliukurono rūgšties biosintezės kelią atitinkamai UDP-GlcUA ir UDP-GlcNAc sintezei, kurie yra ribojantys hialuronano sintezės (HAS2) substratai^{133,220–222}. KLF2 taip pat skatina HAS2 ekspresiją ir membranos perkėlimą bei iš to sekančią glikokalikso komponento hialuronano sintezę^133,222. Taigi EC, veikiamos laminarinio srauto, rodo daug storesnį glikokaliksą nei EC, veikiami sutrikusio srauto133 (5d, e pav.). EB specifinis Has2 ištrynimas turi didelį poveikįinkstas, įskaitant kapiliarų gREC glikokalikso struktūros pažeidimą, glomerulų endotelio fenestracijų sutrikimą40, filtravimo barjero disfunkciją rodančią albuminuriją, sutrikusią nuo glikokalikso priklausomą angiopoetino 1 signalizaciją ir nenormalias podocitų struktūras dėl kryžminio EC glomerulinio absceso, kapiliarų retėjimas ir glomerulosklerozė⁴⁰.

Mitochondrijų kvėpavimas ir ATP susidarymas taip pat padidėja EC, kai srautas yra vienakryptis, palyginti su tais, kuriuos veikia sutrikęs srautas223, 224. Mitochondrijų ATP susidarymo blokada slopina šlyties streso sukeltą ATP išsiskyrimą, tuo tarpu glikolizės slopinimas neturi jokio poveikio, o tai rodo, kad purinerginių receptorių aktyvavimui reikalingas EC mitochondrijų kvėpavimas, o tai savo ruožtu sukelia KLF2 ekspresiją reaguojant į šlyties įtempį.^203,218,224. Be to, mitochondrijų biogenezė yra reguliuojama reaguojant į šlyties įtampą, nes suaktyvinama SIRT1 – PGC1a – TFAM signalizacijos kaskada217, 219, o antioksidantų genų, tokių kaip hemooksigenazė 1 ir glutaredoksinas 1, ekspresija padidėja siekiant apsaugoti EC nuo ROS225,226 (5d pav.). Elektronų transportavimo grandinės slopinimas EC, veikiamose laminarinio srauto, sukėlė EB uždegimą, o tai rodo, kad mitochondrijų kvėpavimas neleidžia EB aktyvuotis.²²³. Vidujeinkstas, 5-HT1F receptoriaus aktyvinimas, skatinantis mitochondrijų biogenezę REC, gali sumažinti kraujagyslių retėjimą ir paskatinti atsigavimą po sužalojimo, kaip parodyta AKI227 modelyje.

KLF4 taip pat skatina cholesterolio -25- hidroksilazės (CH25H) ir kepenų X receptorių reguliavimą, kai jį veikia ateroprotekcinis pulsuojantis šlyties įtempis.²²⁸. CH25H katalizuoja 25-hidroksicholesterolio gamybą, o tai neleidžia aktyvuoti sterolius reguliuojantį elementą surišančiam baltymui 2 (SREBP2), kuris yra svarbus EB reakcijos į sutrikusią kraujotaką tarpininkas (žr. toliau)229 230. Vadinasi, KLF2 ir KLF4 ekspresijos moduliavimas ir aktyvinimas laminariniu šlyties įtempimu ir dėl to atsirandantys metaboliniai atsakai gali turėti lemiamą vaidmenį palaikant REC ramybę ir glomerulų filtraciją (5d pav.).

Sutrikusios kraujotakos poveikis EC.EC, veikiamos sutrikusios kraujotakos, pvz., arterijų išsišakojimų ar išlinkimų, suaktyvėja ir turi priešuždegiminį ir aterogeninį fenotipą231 (5e pav.). Taigi, arterijų ir aferentinių arteriolių REC, esančių tokiuose ateroprono regionuose, aktyvavimas gali paskatinti aterosklerozinės inkstų arterijų stenozės vystymąsi.

KLF4 ekspresiją slopina sutrikusi kraujotaka, padidinus KLF4 promotoriaus srities metilinimą, užkertantį kelią MEF2 prisijungimui ir vėlesnei KLF4 transkripcijai.²³². Be to, mikroRNR (miR)-92a, kuri indukuojama ateroprono srityse, reaguojant į mažą šlyties įtempį, slopina KLF2, KLF4 ir SIRT1 endotelio ekspresiją ir sumažina 2B tipo fosfatidinės rūgšties fosfatazės (PPAP2B) 216, 233, 216, 233, 234, Esant normaliam laminariniam šlyties įtempiui, PPAP2B defosforilina cirkuliuojančią lizofosfatido rūgštį (LPA), neleidžiant jai prisijungti prie LPAR1 receptoriaus, o tai kitu atveju sukelia priešuždegiminį signalą233 (5e pav.). Endotelio praradimas PPAP2B sukelia paūmėjusį vietinį ir sisteminį uždegimą, susijusį su endotelio pralaidumo padidėjimu235. LPA signalizacija dalyvaujainkstasliga, sukelianti ROS, uždegiminius citokinus ir fibrozę236

Endotelio poveikis mažam šlyties įtempiui ir sutrikusiam srautui sukelia glikolitinių fermentų ir piruvatdehidrogenazės kinazės 1 (PDK1) ekspresiją, taip atsiejant glikolizę nuo mitochondrijų metabolizmo ir sumažinant mitochondrijų kvėpavimą EC.^223,237(5e pav.). Mechaniškai sutrikęs srautas skatina NAD(P)H oksidazės 4 (NOX4) gautos ROS gamybą ir aktyvuoja NF-κB, todėl HIF1 reguliuojamas ir stabilizuojamas, užkertant kelią jo skilimui.^223,237. NF-κB kelio aktyvacija buvo susijusi su heparinazės aktyvumu ir dėl to glikokalikso degradacija^238.Remiantis šiais duomenimis, NF-κB aktyvaciją slopina lėtinis šlyties įtempis glomerulų endotelyje239. HIF1 aktyvinimas reaguojant į sutrikusį srautą padidina arterijų EB proliferaciją ir uždegiminių žymenų ekspresiją, o glikolizės slopinimas užkerta kelią šiems atsakams 223, 237. Be to, mitochondrijų oksidacinio fosforilinimo aktyvinimas užkerta kelią priešuždegiminiam fenotipui, kurį sukelia sutrikęs tekėjimas arterinėse EC.²²³.

Mažo šlyties įtempio sutrikimai taip pat skatina uždegimą skatinančių transkripcijos faktorių YAP ir TAZ aktyvavimą, o laminarinis šlyties įtempis juos slopina priklausomai nuo integrino.^240,241. YAP ir TAZ aktyvinimas moduliuoja EB metabolizmą, skatindamas glikolizę ir mitochondrijų aktyvumą priklausomai nuo MYC²⁴²ir reguliuojant glutaminolizę²⁴³. Ir atvirkščiai, glikolitinis fermentas PFK1 stimuliuoja YAP ir TAZ aktyvumą teigiamo grįžtamojo ryšio kilpoje244. YAP ir TAZ yra TGF –SMAD signalizacijos kelio mechaniniai reguliatoriaiinkstas. Buvo įrodyta, kad jie skatina inkstų fibrozę eksperimentiniame vienpusio šlapimtakio obstrukcijos modelyje, nors REC vaidmuo šiame fibroziniame atsake dėl endotelio-mezenchiminio perėjimo buvo menkai ištirtas.^245,246

Įdomu tai, kad EC, veikiamos sutrikusios kraujotakos, taip pat rodo SREBP2 aktyvavimą, kuris padidina cholesterolio sintezėje dalyvaujančių genų reguliavimą, įskaitant greitį ribojantį mevalonato kelio fermentą HMG-CoA reduktazę (5e pav.) ir sumažina cholesterolio ištekėjimą.^230,247, didinant tarpląstelinį cholesterolio kiekį EC^230,247. Įdomu tai, kad statinų HMG-CoA reduktazės slopinimas sukelia endotelio KLF2 ekspresijos padidėjimą ir sumažina NF-κB, HIF1 ir YAP-TAZ priešuždegiminį signalizavimą, taip sukeldamas į EB panašų atsaką į laminarinį srautą.^241,248,249. Be to, SREBP2 aktyvinimas skatina miR-92a transkripciją, padidina NOX2 ekspresiją, kuri skatina ROS gamybą, ir padidina NLRP3 uždegimo ekspresiją, galiausiai skatindama endotelio uždegimą ir aterosklerozę216 230. Taigi, SREBP2 gali būti vienas iš pagrindinių inkstų arterijų ir aferentinio arteriolių endotelio atsako į sutrikusį srautą veiksnių.

REC atsakas į osmoliarumo pokyčius

Theinkstusgali gaminti labai įvairaus osmoliarumo šlapimą, priklausomai nuo hidratacijos būklės. Henle kilpos priešpriešinės srovės daugiklis sukuria medulinio osmoliarumo gradientą, kuris yra šlapimo koncentracijos mechanizmo pagrindas ir nustato galutinį šlapimo osmoliarumą. Trumpai tariant, TALH - kanalėlių segmentas, kuris dažniausiai yra nepralaidus vandeniui - aktyviai perneša NaCl iš filtrato į meduliarinį tarpsluoksnį, sukurdamas 20 mOsm/kg H2O osmoliškumo skirtumą kylančio ir besileidžiančio srauto atžvilgiu.²⁵⁰ (6a pav.). Kaip osmosinis atsakas, vanduo reabsorbuojamas per ploną nusileidžiančią Henlės galūnę (TDLH), taip padidindamas filtrato osmoliarumą250. Kai šis filtratas pereina iš TDLH į TALH, TALH aktyvi NaCl reabsorbcija atkuria 20 mOsm/kg H2O osmoliškumo skirtumą tarp TALH ir intersticio, dar labiau padidindamas meduliarinį intersticinį osmoliarumą250. Padauginus šiuos mažus osmolialumo skirtumus tarp priešsrovių srautų, susidaro didelis kortikomeduliarinis osmolialumo gradientas (priešsrovės daugiklis)²⁵⁰. Vasa recta lygyje vandens nutekėjimas, skatinamas akvaporinų, vyksta lygiagrečiai su karbamido ir NaCl reabsorbcija DVR, kurį lemia skirtumas tarp kraujo ir meduliarinio osmoliariškumo, todėl padidėja kraujo osmoliarumas link papilės.²⁵⁰(6a pav.). Atvirkščiai, stipriai aptemdytas AVR reabsorbuoja meduliarinį vandenį ir išskiria NaCl į intersticumą, nes kraujas, patenkantis iš papilės, yra osmoliaresnis nei medulinis intersticis.²⁵⁰(6a pav.). Šis priešpriešinės srovės mainas tarp DVR ir AVR palaiko meduliarinio osmoliarumo gradientą, kurį sukuria priešpriešinės srovės daugiklio sistema (6a pav.). Didelį smegenėlių osmoliariškumą taip pat palaiko surinkimo kanalai, kurie aktyviai eksportuoja karbamidą į vidinį meduliarinį intersticumą, o šlapimą koncentruoja pagal medulinio osmoliarumo gradientą per vandens transportavimą akvaporinu. Dėl to meduliarinės ląstelės, įskaitant mREC, yra veikiamos itin didelio hiperosmoliariškumo, ypač dehidratacijos sąlygomis, kai žmonėms osmoliarumas gali padidėti iki 1400 mOsm/kg.²⁵⁰(6a pav.). Kaip aprašyta toliau, turimi įrodymai rodo, kad mREC prisitaikė prie šių ekstremalių sąlygų aktyvuodami apsauginius mechanizmus ir sukurdami specifinį metabolizmo profilį10. Pažymėtina, kad kiti (R)EC gali būti veikiami hiperosmolinių sąlygų dėl hiperglikemijos cukrinio diabeto kontekste.²⁵¹.

EC atsakas į hiperosmoliarumo sąlygas buvo menkai ištirtas, dauguma šios srities tyrimų buvo sutelkti į inkstų epitelio ląsteles, kuriose hiperosmoliariškumas sukelia ląstelių ciklo sustabdymą, ROS gamybą ir DNR pažeidimus.²⁵². Konkrečiai, epitelio atsakas į hiperosmoliarumą būdingas citoskeleto aktino pertvarkymu procesu, priklausančiu nuo integrinų ir Rho GTPazių šeimos253, Na plius kanalų NHE4 (254 nuoroda), NKCC1 ir NKCC2 (nuoroda 255) aktyvacija. ) ir dėl to atsirandantis Na plius jonų antplūdis ląstelių tūriui palaikyti. Šie atsakai sukelia karščio šoko baltymų ekspresiją, kad būtų palaikomas teisingas baltymų susilankstymas ir hiperosmoliarumui jautraus transkripcijos faktoriaus TonEBP (taip pat žinomo kaip NFAT5) aktyvavimas; ilgalaikio hiperosmoliškumo sąlygomis, pavyzdžiui, papilėje, šie atsakai galiausiai lemia inertiškų organinių osmolitų kaupimąsi.²⁵².

Transkripto tyrimo su pelėmis, patiriančiomis vandens trūkumą, duomenys rodo, kad panašus procesas vyksta ir inkstų šerdies endotelyje10 (6b pav.). Šie mREC rodo padidėjusią genų, susijusių su glikolitiniu ir oksidaciniu fosforilinimo keliais, ekspresiją10 (6b pav.). Be to, transkripto analizė parodė, kad šios ląstelės dalyvauja fermentiniuose ir transportavimo procesuose, kad padėtų kauptis inertiniams organiniams osmolitams, tokiems kaip cukraus dariniai, polioliai (ypač sorbitolis, gaunamas iš poliolio kelio, ir mioinozitolis, kuris gali būti paimti arba susintetinti iš glikolitinių tarpinių produktų), aminorūgščių (ypač taurino) ir galbūt metilaminų, tokių kaip betainas ir glicerofosfocholinas – siekiant subalansuoti osmoliariškumą tarp tarpląstelinio ir tarpląstelinio skyriaus10 (6b pav.). Ilgai trūkus vandens, mREC taip pat padidina Na plius / K ir ATPazės reguliavimą, tikriausiai, kad apribotų Na ir intracelulinį kaupimąsi (6b pav.). Esant tokiai aplinkai, oksidacinis fosforilinimas, kurio metu gaunama 32 ATP molekulės vienoje gliukozės molekulėje, būtų veiksmingesnė strategija nei anaerobinė glikolizė, kuri išskiria tik dvi ATP molekules vienoje gliukozės molekulėje, kad būtų išlaikytas didesnis Na plius / K ir ATPazės aktyvumas. Be to, kai kurie glikolizės tarpiniai produktai, besikaupiantys EC, veikiamose hiperosmolinėmis sąlygomis, gali nukrypti nuo savo glikolizės likimo ir patekti į osmolitų sintezės kelius, ypač poliolius, sorbitolį ir mioinozitolį.¹⁰. Kartu šie metaboliniai mREC pritaikymai prie osmoliarumo pokyčių leistų jiems išgyventi ekstremaliose hiperosmolinėse aplinkose ir išlaikyti.inkstasfunkcija^10,256.

EB adaptacija audinių homeostazėje

EC nurodo angiogeninio augimo faktoriaus signalai iš palaikančių ląstelių, tokių kaip pericitai, epitelio ląstelės ir podocitai. Ir atvirkščiai, endotelis nurodo savo tiesiogines kaimynines ląsteles per autokrininę signalizaciją.

REC poveikis angiogeniniams veiksniams

Nors fiziologinėmis sąlygomis suaugę EC laikomi ramiais, vienas iš labiausiai intriguojančių išvadų, gautų iš turimų vienos ląstelės RNR-seq tyrimų su REC, yra kai kurių tipiškų angiogeninių EC buvimasinkstassveikų suaugusių pelių žievė ir medulla6,10. Šiems REC būdinga genetinė programa, panaši į angiogeninių migruojančių EC (taip pat žinomų kaip antgalio ląstelės) (7a pav.). Šios ląstelės tikriausiai yra veikiamos angiogeninių augimo faktorių ir gali prisidėti prie kraujagyslių regeneracijos suaugusiųjų kraujagyslėse, nors jų vaidmuo vis dar nežinomas. Inkstuose esančios ląstelės gali gaminti angiogeninius augimo faktorius konstituciniu būdu (pavyzdžiui, iš podocitų gauto VEGFA) arba reaguodamos į mikroaplinkos sąlygų pokyčius, tokius kaip hipoksija, oksidacinis stresas, šlyties įtempis ar uždegimas. Angiogeniniai augimo faktoriai skatina glomerulų ir kanalėlių vaskuliarizacijąinkstasvystymasis procese, kuris daugiausia priklauso nuo dygimo ir invaginacinės angiogenezės bendradarbiavimo257 (7a, b pav.). Pavyzdžiui, angiopoetinai ir jų giminingas endotelio receptorius Tie2 palaiko limfangiogenezę ir yra labai svarbūs AVR vystymuisi pelių embrionuose ir yra būtini šlapimo koncentracijos gebėjimui30. VEGF signalizacija taip pat reikalinga tinkamam glomerulų architektūros vystymuisi. Pavyzdžiui, antikūnų sukeltas VEGF neutralizavimas naujagimių pelėms pablogina kraujagyslių susidarymą paviršinėje inkstų žievėje ir glomeruluose ir galiausiai sutrikdo nefrono vystymąsi258, o postnatalinis VEGFR2 ištrynimas pažeidžia glomerulų endotelį48. Be to, podocitų kilmės VEGFA praradimas užkerta kelią glomerulų kraujagyslėms ir sukelia perinatalinę mirtį, o heterozigotinis Vegfa praradimas sukelia glomerulų endotelinus ir proteinuriją49. Todėl iš podocitų gautas VEGF yra esminis glomerulų endotelio sukūrimo ir jo išlaikymo suaugusiųjų gaubte ženklas257. Panašiai kanalėlių epitelio ląstelių VEGFA yra būtinas peritubinių kapiliarų vystymuisi ir priežiūrai.⁵⁰.

Kaip ir endotelio aktyvinimo atveju imuninės sistemos aktyvinimo metu, fiziologinis REC atsakas į angiogeninį signalizavimą gali sutrikti ligos sąlygomis.²⁵⁹. Pavyzdžiui, nereguliuojama angiogenezė stebima atmetusiesiemsinkstasallograftai²⁶⁰. Be to, angiogeninių faktorių, daugiausia VEGF, praradimas buvo susijęs su kapiliarų praradimu po AKI261; atvirkščiai, VEGF reguliavimas pagerėjainkstasfunkcija, o VEGF vartojimas sumažina kapiliarų retėjimą išemijos-reperfuzijos pažeidimo kontekste^262,263. Eksperimentiniai ir klinikiniai įrodymai rodo, kad sergant CKD pusiausvyra tarp pro-angiogeninių ir antiangiogeninių veiksnių yra sutrikusi.^259,264. Nors ŠKL būdingas peritubinių kapiliarų retėjimas, kuris skatinainkstashipoksija, užkerta kelią regeneruojančių kanalėlių diferenciacijai ir gali būti susijęs su endotelio-mezenchiminiu perėjimu, kuris prisideda prie inkstų fibrozės, proangiogeninis signalizavimas kapiliariniuose gREC skatina filtravimo barjero sutrikimą259. Pavyzdžiui, gyvūnų modelių įrodymai rodo, kad ankstyvosiose diabetinės inkstų ligos fazėse glomerulų endotelis ir EC, randami netoli glomerulų, patiria VEGF sukeltą nenormalią angiogenezę; angiogenezės blokada šiuose modeliuose pagerina inkstų funkciją²⁶⁵.

Nors mažai žinoma apie invagininį kraujagyslių augimą, dygimo angiogenezė buvo intensyviai apibūdinta1. Dygimo procesas vyksta dėl angiogeninių augimo faktorių suaktyvinimo EB paviršiaus receptorių ir pasroviui vykstančių signalų perdavimo būdų bei dviejų pagrindinių angiogeninių EC fenotipų atsiradimo – proliferuojančios EC (taip pat žinomos kaip stiebelio ląstelės) ir migruojančios EC (taip pat žinomos kaip galiuko ląstelės); išsamiai aprašyta kitur^1,266,267). Metaboliniu lygmeniu kiekvienas angiogeninis EB tipas turi specifinių poreikių (energijos ir biomasės poreikių), atsižvelgiant į jų proliferacinį arba migracinį fenotipą, ir atitinkamai pritaiko savo metabolizmą144 (1 langelis). Dar reikia nustatyti, ar angiogeniniai REC, nustatyti vienos ląstelės RNR-seq tyrimais su sveikomis suaugusiomis pelėmis, turi fenotipinį ir metabolinį aktyvumą, panašų į galiukų ląstelių aktyvumą. Be to, galimas metabolinių strategijų, tokių kaip metabolinis papildymas, gebėjimas skatinti angiogenezę arba limfangiogenezę.inkstasremontas ir regeneravimas taip pat reikalauja tolesnio tyrimo.

Angiokrininė signalizacija inkstuose

EC taip pat tiesiogiai nurodo savo kaimynines ląsteles, išskirdami augimo faktorius ir citokinus bei ekspresuodami adhezijos molekules268. Vidujeinkstas, kraujagyslės sukuria nišą, kuri palaiko vystymąsi ir priežiūrąinkstassandara ir funkcija4,11. Tiesioginį šios koncepcijos įrodymą pateikia indukuotų pluripotentinių kamieninių ląstelių kilmės inkstų organoidų tyrimai, kuriuose glomerulų ir kanalėlių struktūrų brendimas gali būti sukeltas skatinant kraujagysles ir kraujotaką transplantuojant organoidą po pelių inkstų kapsule269. Be to, glomerulų endotelio sutrikimas embrioninių pelių inkstuose neleidžia podocitams bręsti, ypač pėdos procesų ir plyšių diafragmų įgijimo.⁴⁹. Įdomu tai, kad tiek besivystančios, tiek suaugusiųjų inkstų kraujagyslės rodo erdvinius endokrininių veiksnių išraiškos skirtumus. Atrodo, kad besivystant glomerului iš EB gauta matricos metaloproteinazė 2 reguliuoja EC sąveiką su podocitais glomerulų surinkimui²⁷⁰, tuo tarpu PDGFB ekspresija skatina mezangialinių ląstelių įdarbinimą^271,272. Besivystantis glomerulų endotelis taip pat išreiškia augimo faktoriaus genus, tokius kaip Fgf1 ir Vegfa, Notch ligandą Dll4, neuronų valdymo signalą Sema5a ir Wnt antagonistą Dkk2 (nuoroda 4, 11); Dkk2 taip pat yra praturtintas aferentinių arteriolių gREC, kurie yra susiję su JGA suaugus10. Besivystančios inkstų arterijos ir arteriolės taip pat išreiškia augimo faktorius, įskaitant Pdgfb, Tgfb2 ir Ltbp4 (11 nuoroda); Tgfb2 ir Ltbp4 ekspresija išlieka praturtinta tuose pačiuose REC pogrupiuose suaugus10. Stebėtina, kad į insuliną panaši augimo faktoriaus signalizacijos sistema rodo aiškią zoną suaugusiojo vidujeinkstaskraujagyslės: Igf1 daugiausia išreiškiamasinkstassmegenys pagal AVR RECs papilėje, Igfbp7 laikomas plačiu mREC žymekliu, Igfbp4 randamas aferentiniuose arterioliniuose gREC, Igfbp3 daugiausia išreiškia peritubuliniai kapiliariniai cREC, o Igfbp5 yra praturtintas tiek žievės, tiek peritubuliariniuose kapiliaruose1. Keli kiti endokrininiai veiksniai taip pat rodo nevienalytę išraišką tarp skirtingų EB fenotipų suaugusių pelių inkstuose10. Jų vaidmuo prižiūrintinkstasaudinys ir funkcijos dar turi būti ištirti.

Angiokrininė signalizacija taip pat yra labai svarbi taisymo procesams po inkstų pažeidimo. Pavyzdžiui, REC gali prisidėti prie inkstų atsigavimo po AKI, reguliuodamos uždegiminius atsakus arba teikdamos protubulogeninius signalus.²⁷³. Inkstų proksimalinių kanalėlių ląstelės skatina REC išreikšti daugybę angiokrininių faktorių, įskaitant VEGF, TGF, jo antagonistą 2-makroglobuliną ir hepatocitų augimo faktorių, kurie savo ruožtu skatina proksimalinių kanalėlių išlikimą, proliferaciją ir diferenciaciją. ląstelės274. Tikėtina, kad kapiliarų retėjimas sukelia „lėtinio pažeidimo nereguliuojamus atstatymo“ procesus, dėl kurių pablogėja epitelio regeneracija, nefrono praradimas ir priešuždegiminiai bei fibroziniai signalai, galbūt dėl ​​nepakankamų angiokrininių signalų273. Šią hipotezę patvirtina įrodymai, rodantys, kad endotelio pirmtakų ląstelių ekstraktai turi renoprotekcinį aktyvumą AKI gyvūnų modeliuose, užkertant kelią kapiliarų praradimui ir sumažinant fibrozę, o endokrininiai veiksniai, tokie kaip leukemiją slopinantis faktorius, užkerta kelią fibroblastų ir miofibroblastų perėjimui ir jį pakeičia.²⁷⁵.

Būtinas tolesnis fiziologinių ir patologinių mikroaplinkų, formuojančių REC endokrininius profilius, tyrimas. Be to, dar reikia nustatyti mechanizmus, kuriais REC medžiagų apykaitos procesai yra susiję su šiais skirtingais endokrininiais parašais. Įdomu tai, kad 2020 m. atliktas tyrimas aprašė endokrininių metabolitų ryšį raumenų regeneracijoje po išemijos. Tas tyrimas parodė, kad iš EB gautas laktatas skatina makrofagus perimti pro-regeneracinį M2-panašų fenotipą, todėl kyla klausimas, ar panašus mechanizmas gali atsirastiinkstasskatinti regeneraciją po išeminių traumų²⁷⁶.

Išvados

Žinduolių kraujagyslių sistema ilgą laiką buvo laikoma pasyviu deguonies ir maistinių medžiagų tiekimo į skirtingus organus kanalu, taip pat atliekų šalinimui, o endotelis tarnauja kaip kraujo ir audinių barjeras. Ši paradigma nebegalioja, nes intensyvūs kraujagyslių srities tyrimai atskleidė aktyvų endotelio vaidmenį ne tik vazotono ir uždegimo reguliavime, bet ir organų brendime gaminant endokrininius mediatorius, imunitetą ir organų funkcijas. EC svarbą šiems procesams liudija faktas, kad kiekvienas organas turi unikalų endotelį, pritaikytą jo specifiniams poreikiams ir suformuotą ląstelinės ir neląstelinės mikroaplinkos.

Endotelis, esantisinkstasyra unikalus tam organui ir pasižymi dideliu nevienalytiškumu, kad palaikytų įvairią inkstų veiklą skysčių ir kraujospūdžio homeostazėje. Svarbu tai, kad REC disfunkcija yra susijusi ne tik su inkstų liga, bet ir gali paskatinti ligos progresavimą, identifikuojant inkstų endotelį kaip atitinkamą terapinį tikslą. Per pastarąjį dešimtmetį išsamios analizės atskleidė, kad EC metabolizmas yra griežtai reguliuojamas ląstelių ir tarpląsteliniu lygiu ir kad skirtingi EB fenotipai pasižymi unikaliais metaboliniais profiliais. EB metabolizmo plastiškumas suteikia mechanizmą, leidžiantį organizuoti EB fenotipinį elgesį, leidžiantį EC aktyviai reaguoti į jų mikroaplinkos pokyčius, bet taip pat suteikia galimybę taikyti terapinį taikymą. Pavyzdžiui, endotelio PFKFB3 slopinimas naviko EC normalizuotame glikolitiniame sraute ir pagerėjęs kraujagyslių brendimas yra susijęs su sumažėjusiu endotelio aktyvavimu ir endotelio barjero sugriežtėjimu.²⁷⁷. Be to, EC papildymas acetil-CoA pirmtaku, acetatu, skatina (limfos) angiogenezę in vitro ir in vivo^278–280. Konkrečios dietos taip pat gali pasiūlyti naujų gydymo būdų: 2019 m. atliktas tyrimas parodė, kad ketogeninė dieta skatina limfangiogenezę, nes padidina acetil-CoA kiekį LEC ir sumažina limfedemą gyvūnų modeliuose.²⁸¹

Panašiai irinkstasManoma, kad fenotipinį REC heterogeniškumą lemia medžiagų apykaitos prisitaikymas prie ląstelių poreikių ir mikroaplinkos signalai tiek sveikatai, tiek ligoms. Metabolinis endotelio disfunkcijos taikymas, taip pat angiogenezė ir limfangiogenezė yra galimos strategijos inkstų funkcijai pagerinti inkstų ligos kontekste. Inkstų organoidai buvo pasiūlyti kaip regeneruojantis būdas pakeistiinkstasfunkcija, tačiau jų išsivysčiusių kraujagyslių trūkumas yra pagrindinis apribojimas^282–284. Strategijos (įskaitant medžiagų apykaitos strategijas) stimuliuotiinkstasorganoidų vaskuliarizacija ir EB brendimo skatinimas gali paskatinti šių organoidų brendimą ir galiausiai palengvinti jų terapinį naudojimą²⁶⁹. Nepaisant to, kad reikia toliau tirti inkstų endotelio ypatumus, turimi įrodymai patvirtina pagrindinį šių ląstelių vaidmenįinkstasfiziologinius procesus ir rodo, kad (metabolinis) REC nukreipimas gali būti labai naudinga strategija, skatinanti inkstų atsigavimą ir regeneraciją.

1. Carmeliet, P. & Jain, RK Molekuliniai mechanizmai ir angiogenezės klinikiniai pritaikymai. Nature 473, 298–307 (2011).

2. Wong, BW, Zecchin, A., Garcia-Caballero, M. & Carmeliet, P. Emerging concepts in organ-specific lymphatics and metabolic Regulation of lymphatic development. Dev. Cell 45, 289–301 (2018).

3. Marcu, R. ir kt. Žmogaus organams būdingas endotelio ląstelių heterogeniškumas. iScience 4, 20–35 (2018).

4. Nolan, DJ ir kt. Audinių specifinio mikrovaskulinių endotelio ląstelių heterogeniškumo molekuliniai parašai organų palaikymui ir regeneracijai. Dev. Cell 26, 204–219 (2013).

5. Augustin, HG & Koh, GY Organotipinė kraujagyslė: nuo aprašomojo nevienalytiškumo iki funkcinės patofiziologijos. Science 357, eaal2379 (2017).

6. Kalucka, J. ir kt. Pelių endotelio ląstelių vienos ląstelės transkripto atlasas. Cell 180, 764–779.e20(2020).

7. Herzlinger, D. & Hurtado, R. Inkstų kraujagyslių lovos modeliavimas. Semin. Cell Dev. Biol. 36, 50–56(2014).

8. Jourde-Chiche, N. ir kt. Endotelio struktūra ir funkcija inkstų sveikatai ir ligoms. Nat. Kunigas Nefrolis. 15, 87–108 (2019).

9. Molema, G. & Aird, WC Kraujagyslių heterogeniškumas inkstuose. Semin. Nefrolis. 32, 145–155 (2012).

10. Dumas, SJ ir kt. Vienos ląstelės RNR sekos nustatymas atskleidžia inkstų endotelio heterogeniškumą ir metabolinį prisitaikymą prie vandens trūkumo. J. Am. Soc. Nefrolis. 31, 118–138 (2020).

11. Barry, DM ir kt. Nefrono kraujagyslių specializacijos inkstuose molekuliniai veiksniai. Nat. Komun. 10, 5705 (2019).

12. Jang, C. ir kt. Metabolitų mainai tarp žinduolių organų, kiekybiškai įvertinti kiaulėse. Ląstelės metab. 30, 594–606.e3 (2019).

13. Wong, BW, Marsch, E., Treps, L., Baes, M. & Carmeliet, P. Endotelio ląstelių metabolizmas sveikatai ir ligoms: hipoksijos įtaka. EMBO J. 36, 2187–2203 (2017).

14. Makris, K. & Spanou, L. Ūminis inkstų pažeidimas: apibrėžimas, patofiziologija ir klinikiniai fenotipai. Clin. Biochem. Rev. 37, 85–98 (2016).

15. Levey, AS ir kt. Lėtinės inkstų ligos apibrėžimas ir klasifikavimas: pozicijos pareiškimas iš Inkstų ligos: gerinti visuotinius rezultatus (KDIGO). Kidney Int. 67, 2089–2100 (2005).

16. Verma, SK & Molitoris, BA Inkstų endotelio pažeidimas ir mikrovaskulinė disfunkcija esant ūminiam inkstų pažeidimui. Semin. Nefrolis. 35, 96–107 (2015).

17. Goligorsky, MS Endotelio ląstelių disfunkcijos patogenezė sergant lėtine inkstų liga: retrospektyva ir kas gali turėti ateities. Kidney Res. Clin. Praktika. 34, 76–82 (2015).

18. Rosivall, L. & Peti-Peterdi, J. Aferentinės arteriolės heterogeniškumas – morfologijos ir funkcijos koreliacijos. Nefrolis. Surinkite. Transpl. 21, 2703–2707(2006).

19. Guerci, P., Ergin, B. & Ince, C. Inksto makro ir mikrocirkuliacija. Geriausia praktika. Res. Clin. Anesteziolis. 31, 315–329 (2017).

20. Wang, K. & Kestenbaum, B. Proksimalinis kanalėlių sekrecijos klirensas: apleistas inkstų funkcijos partneris. Clin. J. Am. Soc. Nefrolis. 13, 1291–1296 (2018).