Bölüm 1 Renal Endotel Hücrelerinin Fenotipik Çeşitliliği ve Metabolik Uzmanlaşması

İletişim: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-posta: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. Rabelink⁵ve Peter Carmeliet^1,4

Cistanche tubulosa böbrek hastalığını önler, numuneyi almak için buraya tıklayın

Soyut |

Memelilerdeki karmaşık çok hücreli yaşam, tüm organizmanın hayatta kalması için farklı organların işlevsel işbirliğine dayanır. buböbreklerdiğer organların görevlerini yerine getirmelerini sağlayan sıvı hacmi ve kompozisyon homeostazının korunması yoluyla bu süreçte kritik bir rol oynar. Renal endotel, onu diğer organların endotelinden ayıran fenotipik ve moleküler özellikler sergiler. Ayrıca, yetişkin böbrek damar sistemi, çoğunlukla hareketsiz fakat metabolik olarak inaktif olmayan endotelyal hücrelerden (EC'ler) oluşan çeşitli popülasyonları içerir.böbrekglomerül, korteks ve medulla. Bu popülasyonların her biri, örneğin kan plazmasının süzülmesinde, su ve çözünen maddelerin yeniden emilmesi ve salgılanmasında ve idrar konsantrasyonunda belirli işlevleri destekler. Bu çeşitli EC popülasyonlarının transkripsiyonel profili, yerel mikro-çevresel koşullara (hipoksi, kayma stresi, hiperosmolarite) adapte olduklarını ve böbrek fonksiyonlarını desteklemelerini sağladıklarını göstermektedir. EC'lerin mikro çevre kaynaklı anjiyojenik faktörlere maruz kalması metabolizmalarını etkiler ve sürdürür.böbrekgelişim ve homeostaz, EC'den türetilen endokrin faktörler ise farklı mikro çevre nişlerini korur. Böbrek hastalığı bağlamında, renal EC'ler, lokal mikro-ortamdaki patolojik değişikliklere yanıt olarak metabolizmalarında ve fenotiplerinde değişiklik göstererek böbrek fonksiyon bozukluğunu daha da arttırır. Böbrek EC'lerinin çeşitliliğini ve uzmanlığını anlamak, böbrek hastalıklarının tedavisi için yeni yollar sağlayabilir veböbrekyenilenme.

Memeli damar sistemi, her biri belirli rollere sahip, tüm vücudu kaplayan, birbirine bağlı ve oldukça dallanmış iki ağdan oluşur. Kan damar sistemi, parankimal dokulara oksijen ve besin sağlar ve atıkların uzaklaştırılmasını, bağışıklık gözetimini ve bağışıklık hücresi kaçakçılığını, pıhtılaşmayı ve doku bakımı ve yenilenmesi için endokrin sinyallerinin üretimini kolaylaştırır1. Buna karşılık, lenfatik vasküler sistem ekstravaze olan interstisyel sıvıyı geçirgen kan kılcal damarlarından damarlara geri drene eder ve bağışıklık hücresi kaçakçılığını ve lipid taşınmasını kolaylaştırır.². Tüm kan damarları, kan endotel hücreleri (bundan sonra EC'ler olarak anılacak BEC'ler) ile kaplıyken, lenfatik endotel hücreleri (LEC'ler) lenfatik damarların en iç katmanını oluşturur - her popülasyon kendi damar sistemine özgü görevlerini destekler. Bununla birlikte, endotelyal heterojenite, kan ve lenfatik endotel arasındaki geniş farklılıkların çok ötesine uzanır. Özellikle, farklı organlardan gelen EC'ler, organın spesifik işlevlerini destekleyen benzersiz moleküler profiller sergiler.^3–6. buböbrekfaydalarböbrek epitel sistemine sıkı sıkıya bağlı olan son derece özelleşmiş bir damar sisteminden⁷. Spesifik olarak, renal endotel hücrelerinin (REC'ler) fenotipik olarak farklı popülasyonları, böbrek endotel hücrelerinin üç anatomik ve fonksiyonel bölümünde bir arada bulunur.böbrek, glomerül, korteks ve medulla — burada belirli böbrek görevlerini desteklerler8,9. Daha da önemlisi, teknolojik ilerlemeler, tek hücre düzeyinde REC heterojenitesinin çalışılmasını sağlayarak, böbrek sağlığı ve hastalığındaki özel rollerine yeni bakış açıları sağlamıştır.^6,10,11.

buböbrekVücut sıvılarının hacmini ve bileşimini düzenleyen organizma homeostazının korunması için kritik öneme sahiptir.⁷. Böbrekler, kalp debisinin yüzde 20-25'ini alır ve basmakalıp bir kan damarı mimarisi sergiler. Bu mimari sadece oksijen ve besin maddelerinin vücuda verilmesini sağlamakla kalmaz.böbrekleraynı zamanda kan plazmasının süzülmesine, süzüntüden iyonların ve metabolitlerin yeniden emilmesine, iyonların ve metabolitlerin birincil idrarda salgılanmasına ve idrar konsantrasyonuna katılım sağlar.^7,8. Bu yüksek düzeyde düzenlenmiş süreçler, hücre dışı sıvı hacminin, kan basıncının, ozmolalitenin ve iyon konsantrasyonunun ince ayarını sağlar.^7,8. Böbrekler ayrıca dolaşımdaki metabolit seviyelerini sadece metabolik atıkları atarak değil, aynı zamanda glikoz (glukoneogenez yoluyla) ve örneğin amino asitleri salarak da düzenler.¹². Memeli organları, kendi metabolik aktivitelerini desteklemek için seçici kullanımla dolaşım yoluyla sürekli olarak metabolit alışverişinde bulunur.¹².

Buna göre, EC'lerin farklı organlardaki metabolik işlevleri, farklı organlardaki EC'lerin metabolik transkriptom analizlerinden elde edilen bulgularla desteklendiği gibi, muhtemelen organa özgü farklılıklar gösterir.⁶. Ayrıca, EC'lerin metabolik plastisitesi, metabolik ihtiyaçları ve işlevlerine göre çevresel değişikliklere uyum sağlamalarına ve bunlara yanıt vermelerine olanak tanır3,13. Ortaya çıkan kanıtlar, bölgenin uzmanlaşmış REC'lerininböbrekmetabolik transkriptomlarını böbrek fonksiyonunu destekleyecek şekilde uyarlamak¹⁰.

REC disfonksiyonu, akut veya ilerleyici kayıplara eşlik eder.böbrekişlev^14,15. Bu disfonksiyon, arteriyel vazokonstriksiyonda bir artış ve renal kan akışında bir azalma, immün hücre yapışmasını ve infiltrasyonunu ve mikrotrombi oluşumunu destekleyen proinflamatuar ve protrombotik fenotiplerin edinilmesi, mural perisitlerin endotelyalden ayrılması ile ilişkilidir. tabakası, interstisyel ödem ile sonuçlanan endotel bariyerinin bozulması, peritübüler kılcal damarların seyrekleşmesi (böylece böbrek hipoksisini teşvik eder) ve böbrek fibrozisine katkıda bulunan endotelyal-mezenkimal geçiş 16,17, endotelin böbreklere karşı korumayı hedefleyebileceğini düşündürür. yaralanma ve/veya böbrek fonksiyonunu yenilemek için.

Bu inceleme, şu anki anlayışımızı özetlemektedir.böbrekvaskülatür, REC'lerin mikro çevreleriyle ilgili olarak fenotipik, moleküler ve metabolik heterojenliğini anlamamızdaki son gelişmelere odaklanıyor. Ayrıca, tedavi edici bir strateji olarak REC metabolizmasını hedeflemenin potansiyel uygulamasını da tartışıyoruz.böbrekhastalıklarveya böbrek rejenerasyonu için.

Anahtar noktaları

• Endotel, muhtemelen farklı organ fonksiyonlarını desteklemek için farklı organlar arasında farklılık gösterir.

• Renal glomerül, korteks ve medullada birden fazla özelleşmiş endotel hücre fenotipi bir arada bulunur; bunlar glomerüler filtrasyonu, iyonların ve metabolitlerin yeniden emilimini ve salgılanmasını ve idrar konsantrasyonunu destekleme işlevi görür.

• Bölgedeki farklı yerel mikro ortamlarböbrekböbrek endotelinin moleküler ve metabolik heterojenliğini şekillendirir; tersine, endotelyal hücre kaynaklı endokrin faktörler, farklı nişlerin nişlerini sürdürür.böbrekmikro ortamlar.

• Renal endotel hücrelerinin metabolizması aşağıdaki durumlarda değiştirilebilir:böbrekkısmen mikroçevredeki değişikliklerin bir sonucu olarak yaralanma ve hastalıklar.

• Renal endotel hücrelerinin fenotipik çeşitliliğinin ve metabolik uzmanlığının daha iyi anlaşılması, böbrekler için yeni hedeflerin tanımlanmasına yardımcı olabilir.tedavisiböbrekhastalıklarveböbrekyenilenme.

Böbrek endotel heterojenliği

böbrek damar anatomisi

buböbrekRenal arter yoluyla kan ile beslenir, bu da girdikten sonraböbrekrenal hilus yoluyla segmental, interlobar, arkuat ve interlobüler arterlere (Şekil 1a) ve nihayetinde glomerüler kan akımının ve glomerüler filtrasyon hızının (GFR) kontrolünden sorumlu yüksek dirençli damarlar olan afferent arteriyollere dallanır. 18. Afferent arteriollerden, kan glomerüler kümeye girer - yetişkin insanlarda kan plazmasının ultrafiltrasyonunun ~120-140 ml/dak hızında gerçekleştiği ve düşük moleküler ağırlıklı çözünen maddelerin glomerülerden geçmesine izin veren yüksek oranda pencereli glomerüler kapiller ağ Bowman boşluğuna giden kılcal damarlar¹⁹. Plazmanın bir kısmı süzüldükten sonra, kan efferent arteriyoller yoluyla glomerüler kümeyi terk ederek distal ve proksimal kıvrımlı tübülleri vaskülarize eder ve kortikal peritübüler kapiller ağı oluşturur. Peritübüler kılcal damarlar içindeki kan, yüksek moleküler ağırlıklı çözünen maddelerle zenginleştirilmiştir ve glomerüler ultrafiltrasyon sırasında sıvı kaybı nedeniyle düşük sıvı içeriğine sahiptir. Böylece peritübüler kılcal damarlar, proksimal bölgeden su, iyonlar ve temel besinlerin yeniden emilmesine adanmıştır.^7,20ve distal tübüller²¹. H plus (ref. 22) ve K plus (ref. 23) gibi çeşitli iyonların yanı sıra kreatinin gibi moleküller²⁴ve ilaç metabolitleri²⁵- glomerüler kılcal damarlar tarafından tamamen filtrelenmemiş ancak yine de vücuttan atılması gereken — peritübüler kılcal damarlardan proksimal20 veya distal tübüllerin epitel hücrelerine geçerek idrarla salgılanıp21. Jukstamedüller nefronlardan gelen efferent arteriyoller, kapiller pleksuslar yoluyla çıkan vasa recta (AVR) ile birbirine bağlanan inen vasa recta'ya (DVR) yol açar. AVR ve DVR, Henle döngüsüne ters yönde çalışır ve daha sonra açıklanacağı gibi, idrar konsantrasyonu26 için bir ozmolarite gradyanını korumak için gerekli olan medüller karşı akım değişimine katılır. Sonunda, AVR ile birlikte kortikal ve medüller kapiller sistemler kortikomedüller kavşakta bir venöz sistem halinde birleşir. Daha spesifik olarak, renal venöz vaskülatür, peritübüler kapillerlerden ve AVR'den interlobüler ve arkuat venlere ve daha sonra interlobar venlere kan drene eder ve sonuçta böbrek damarından çıkan renal veni oluşturur.böbrekhilum ve son olarak inferior vena cava'ya dallanır⁷.

buböbrekgenel topografyasını takip eden lenfatik damarlar tarafından da sağlanır.böbrekkan damarı²⁷(Şekil 1a). Esas olarak, birincil rollerinin tübüller ve kılcal damarlar arasındaki interstisyel boşluktan sıvı ve makromolekülleri (albümin gibi) uzaklaştırmak olduğu böbrek korteksinde bulunurlar.²⁸. Ayrıca bağışıklık hücrelerinin infiltrasyonunda ve ardından iltihaplanmada rol oynarlar.²⁹. Glomerüllerde, glomerüler kümeye girmeden Bowman kapsülünü çevrelerler.²⁸. Buna karşılık, böbrek medullasında geleneksel lenf damarları nadiren bulunur; bu bölgede interstisyel sıvı ve makromoleküller, lenfatik benzeri özelliklere sahip bir tür hibrit kan damarını temsil eden AVR tarafından uzaklaştırılır.^28,30.

Renal endotel hücre fenotipleri

Farklı organlardan gelen EC'ler fenotipik olarak heterojendir^3–6,31. REC'lerin ve özellikle glomerüler EC'lerin benzersiz özellikleri uzun zamandır takdir edilmektedir. EC'lerin farelerden küresel transkripsiyonel profili, organa özgü transkriptom imzalarının varlığını doğruladı^3,4,6. Not olarak, bu çalışmalar REC'lerin beyin, kalp, akciğer, kas ve testis dahil olmak üzere diğer organlardan gelen EC'lerden en farklı olduğunu göstermiştir.⁴(Şekil 1b) interferon sinyalleşmesi ile ilişkili genlerin ekspresyonu ve ayrıca endokrin faktörleri FGF1 ve IL-33 kodlayan genler aracılığıyla (refs^4,6). EC'lerin organa özgü heterojenliği, muhtemelen belirli fonksiyonel rolleri yerine getirmek için moleküler adaptasyonlarının temelini oluşturur.^3–6,31.

Bununla birlikte, REC'lerin heterojenliği, dikkate değer bir çeşitlilik ile organotipik seviyenin ötesine geçer.böbrekvaskülatür, başlangıçta elektron mikroskobu ve mikrodizi çalışmalarıyla ve daha sonra tek hücreli analizlerle gösterildiği gibi^6,32,33. buböbrekkorteks, glomerül ve medulla benzersiz EC popülasyonları içerir (sırasıyla cREC'ler, gREC'ler ve mREC'ler). EC popülasyonlarındaki bu çeşitlilik, bu bölgelerin farklı mikro ortamlarına maruz kalmaktan kaynaklanabilir. Örneğin, glomerüler endotel, yüksek vasküler basınca maruz kalır ve ultrafiltrasyonu düzenlemek için podositlerle sıkı bir şekilde etkileşime girerken, mREC'ler, bir ozmolarite gradyanı ve idrar konsantrasyonunun korunması ile ilgili olan yüksek ozmolarite ve hipoksiye maruz kalır.^6,9,10,32(Şekil 1c). Bölmeler arası heterojenliğin ötesinde, REC'ler ayrıca, muhtemelen vasküler yatak tipi (arteriyel, kılcal damar, venöz), bunların diğer hücre tipleri ile etkileşimleri (örneğin, , düz kas hücreleri, perisitler, granüler hücreler, podositler ve tübül epitel hücreleri) ve bunların aynı kompartıman içindeki farklı mikro ortamlara maruz kalmaları, örneğin farklı akış tiplerine veya farklı ozmolarite seviyelerine maruz kalma34 (Şekil 1c). Tek hücreli transkriptomik teknolojilerindeki gelişmeler, fare REC'lerinin heterojenliğinin çok yüksek çözünürlükte haritalanmasını sağlamıştır.^6,10,11, transkripsiyonel olarak farklı 24 REC popülasyonunu ortaya çıkarır^6,10,11. Unutulmamalıdır ki, aşağıda özetlenen tek hücreli RNA-seq çalışmalarından elde edilen bulgular, hem öngörülen proteinlerin uzamsal lokalizasyonunu kapsamlı bir şekilde doğrulamak hem de translasyon sonrası değişikliklerin bilgisini entegre etmek ve/veya protein aktivitesini etkileyebilecek sinyal mekanizmaları. Ayrıca, tek hücreli dizileme ile belirlenen belirli bir REC popülasyonu içindeki bir genin nispi zenginleşmesinin, o genin ekspresyonunun o spesifik hücre popülasyonu ile sınırlı olduğu anlamına gelmediği de dikkate alınmalıdır.

Glomerüler renal endotel hücrelerinin heterojenliği.buböbrekglomerulus, temel plazma proteinlerinin kanda tutulmasını sağlarken birincil idrar süzüntüsü oluşturmak için kan plazmasının süzülmesinden sorumlu olan oldukça özel bir yapıdır. Hem kılcal kan akışını hem de basıncı kontrol eden direnç damarları olan afferent ve efferent arteriyoller arasında uzanan glomerüler kılcal damarlardan oluşur. Bir nefronun arteriyolleri, distal kıvrımlı tübülün makula densasını, afferent arteriyol ile ilişkili granüler renin üreten hücreleri ve ekstraglomerüler mezangial hücreleri içeren özel bir yapı olan jukstaglomerüler aparat (JGA) ile kısmi temas halindedir (Şekil 1). 2a). JGA, tübüloglomerüler geribildirim, miyojenik yanıt ve renin salınımı yoluyla tek nefron GFR'sini ve kan basıncını düzenler.^19,35–37.

Glomerüler kapiller endotel, yüksek hacimli sıvının filtrasyonuna izin veren diyaframsız pencereli benzersiz EC'lerden oluşur38 (Şekil 2b).

Fenestrasyonlar 50-100 nm boyutundadır ve hücre yüzey alanının yaklaşık yüzde 20'sini kaplar ve elektron mikroskobik görüntülemede hücreler arası delikler olarak görünür.³⁸. Bu pencerelerin çapı teorik olarak sıvı ve büyük proteinlerin tübüllere geçişine izin verecek kadar büyüktür. Bununla birlikte, kılcal gREC'ler ayrıca, protein geçişine bir bariyer görevi gören negatif yüklü glikoproteinler ve polisakaritler içeren kalın bir glikokaliks tabakası da üretir.^39,40. Ayrıca, plazma bileşenleri glikokaliks içinde adsorbe edilir ve filamentli yapısıyla glomerüler endotel bariyerinin geçirgenliğini daha da artıran endotel yüzey tabakası41 adı verilen daha geniş bir kaplama oluşturur.⁴². Gerçekten de, albüminüri ve proteinüri, glikokaliks bozukluğu üzerine gözlenir.^39,43,44. Podositlerle birlikte, kılcal gREC'ler ayrıca esas olarak kollajen tip IV, laminin ve sülfatlanmış proteoglikanlardan oluşan glomerüler bazal membran (GBM) olarak bilinen ortak bir hücre dışı matrisi sentezler ve paylaşır. GBM bileşenlerinden herhangi birinin sentezini etkileyen mutasyonlar proteinüriye yol açar45,46. Böylece kapiler gREC'ler, podositler ve GBM etkili bir glomerüler filtrasyon bariyeri oluşturur. Not olarak, glomerüler kılcal endotel bir diyaframdan yoksundur ve bu nedenle Plvap10 tarafından kodlanan ve endotelin köprüleme diyaframları ile bağlantılı pencereli EC'lerin tipik bir belirteci olan tip II transmembran glikoprotein plazmalemma vezikül ile ilişkili protein 1'i (PV1) ifade etmez. fenestra ve caveola⁴⁷

Kılcal gREC fenestrasyonlarının geliştirilmesi ve bakımı, endotelyal VEGF reseptörü 2 (VEGFR2, KDR olarak da bilinir) yoluyla parakrin bir şekilde hareket eden podosit türevli vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF) gerektirir.⁴⁸. VEGF'nin aşırı ekspresyonu, glomerüler kollapsa, kılcal gREC'lerin hızlı kaybına ve büyük proteinüriye neden olur.⁴⁹. Bu nedenle, embriyonik gelişim sırasında glomerüler vaskülatür oluşturmak ve olgun glomerüler kapillerlerde fenestrasyonların korunması için podosit VEGF'nin sıkı düzenlenmesi gereklidir.^38,42. Benzer şekilde, tübüler epitel hücre kaynaklı VEGF, peritübüler kapiller ağın korunmasına izin verir.⁵⁰

Diğer kılcal EC'lerin aksine, gREC'ler, glomerüler filtrasyon sürecini yönlendiren ve gREC'leri önemli kayma stresine maruz bırakan yüksek kan basıncına ve yüksek kan akışına maruz kalır.⁵¹. Buna göre, gREC'ler, kesme stresi tarafından düzenlenen transkript Pi16'nın yüksek seviyelerini ifade eder (refs^6,10,11,52) (Şekil 2c; Ek Tablo 1). Kılcal gREC'ler ayrıca bir dizi başka belirteç ifade eder^10,11,32,53EHD protein ailesinin bir üyesini kodlayan Ehd3 dahil^{10,11,38,54,55}endositik geri dönüşümü düzenleyen ve kılcal gREC'lerde VEGFR2'nin geri dönüşümünü düzenlediği düşünülen (Şekil 2c), EHD4 (ref. 54) ile birlikte. Böylece, EHD3, glomerüler kapiller fenestrasyonların korunmasına katkıda bulunabilir. Kılcal gREC'ler ayrıca, glomerüler kılcal oluşumunda yer alan TGF-BMP sinyal yolu (Eng, Smad6, Smad7, Xiao ve Hipk2 (refs10,56–58)) ile ilişkili genlerin zenginleştirilmiş ifadesini gösterir. TGF'nin aşırı ekspresyonu proteinüri ve glomerülosklerozu indükler⁵⁹ve dolayısıyla gREC'lerde Smad6 ve Smad7 tarafından kodlananlar gibi inhibitör SMAD'lerin varlığı, aşırı TGF sinyalleşmesini ve glomerüler disfonksiyonu önleyebilir. Buna karşılık, podosit türevli BMP, normal glomerüler kapiller oluşumu için çok önemlidir60. Kılcal gREC'ler ayrıca spesifik olarak Nostrin'i ifade eder³², protein ürünü endotelyal nitrik oksit sentazını (eNOS) bağlayarak plazma zarından vezikül benzeri alt hücre yapılarına yer değiştirmesini tetikler ve GFR32'nin önemli bir düzenleyicisi olan nitrik oksit (NO) üretimini azaltır. Ayrıca, lipoprotein lipazın (Lpl) kılcal gREC'lere sınırlı ekspresyonu, glomerüler endotelin, daha sonra tübül epitel hücreleri tarafından bir enerji kaynağı olarak veya regülasyonu için yağ asitlerinin ultrafiltrat içine salınması için gerekli olabileceğini düşündürmektedir. kan lipid içeriği veya patolojik bağlamlarda gözlendiği gibi glomerüler lipidlerin birikmesine katkıda bulunabilir^6,10,61,62. İlginç bir şekilde, lipit metabolizmasında rol oynayan genlerin renal ekspresyonu, GFR ve inflamasyonu olan hastalarda koreledir.şeker hastasıböbrekhastalık, tübüler hücrelerde kusurlu yağ asidi oksidasyonu (FAO) gelişimine katkıda bulunurkenböbrekfibroz^61,62.

Sırasıyla arteriyel ve venöz REC'lerde SOX17 ve COUP-TFII (Nr2f2 ile kodlanmıştır) gibi transkripsiyon faktörleri, transkriptomik imzaları ve spesifik vasküler yatakların kimliğini yönlendirir63,64. gREC'lerin kimliği, insan göbek damarında birlikte aşırı eksprese edildiğinde gREC benzeri bir gen ekspresyon profilinin edinilmesine aracılık eden GATA5 ve TBX3 (refs10,11,32) (Şekil 2c) olmak üzere en az iki transkripsiyon faktörünün aktivitesine dayanır. EC'ler (HUVEC'ler), yaygın olarak kullanılan bir EC modeli11. GATA5 regulonu, gREC'lerde yukarı regüle edilir, ancak diğer REC popülasyonlarında değil^10,11ve EC'lerde Gata5'in seçici olarak silinmesi glomerüler lezyonlara neden olur65. Ayrıca, Tbx3'ün EC'ye özgü silinmesi, glomerül alt kümelerinde mikroanevrizmalar, kılcal gREC fenestrasyonlarının sayısının azalması ve deforme olmuş podosit ayak süreçleri gibi morfojenik kusurlara neden olur ve bu transkripsiyon faktörünün glomerüler kılcal damarların yapısal organizasyonunu sürdürmede bir rolü olduğunu düşündürür.¹¹. Ayrıca hem GATA5 hem de TBX3 kan basıncının düzenlenmesinde görev almaktadır. GATA5, tipik vasküler fonksiyonu, protein kinaz A'yı ve NO sinyal yollarını etkiler⁶⁵TBX3'ün renin sekresyonunun düzenlenmesi yoluyla kan basıncını modüle ettiği düşünülmektedir.böbrek¹¹.

Glomerüler filtrasyon için gerekli olan sürekli yüksek glomerüler kapiller basıncı korumak için afferent ve efferent arteriyollerin vasküler tonusunun düzenlenmesi gerekir.¹⁸. Bu düzenleyici süreç, sistemik basınç ve kalp debisindeki değişikliklere rağmen sabit bir GFR'nin korunmasını sağlar66. Afferent arteriyoller, JGA'nın yakınında kısmen renin üreten granüler hücrelerle değiştirilen bir ila üç kat vasküler düz kas hücresine (VSMC'ler) sahiptir67 (Şekil 2d). EC heterojenliği afferent arteriyol içinde de mevcuttur, JGA'ya en yakın endotelin diyaframsız fenestrasyonları 68,69 - glomerüler kapiller endotelyumdakine benzer şekilde - muhtemelen reninin kana hızlı taşınmasını kolaylaştırmak için 18 (Şekil 2d). Gja5'in ifadesi (connexin 40'ı kodlama), bu gREC alt kümesinde zenginleştirilmiştir.^10,70ve renin salınımını düzenlemek için JGA'daki endotel ve granüler hücreler arasındaki iletişimde önemli bir role sahiptir.^35,70,71. Bu EC'ler ayrıca Wnt ve Notch sinyal yolları, Ephrin ve sitokinler ve kemokinler (Şekil 2c) ile ilgili olanlar gibi hücreden hücreye etkileşimde yer alan diğer genlerde de zenginleştirilmiştir. veya JGA'daki granüler hücreler ve gREC'ler ve potansiyel olarak otoregülasyona ve kan basıncı modülasyonuna katkıda bulunur¹⁰.

Buna karşılık, afferent arteriyollerin yukarı akış (en uzak) kısmındaki gREC'ler, Edn1 (endotelin 1'i kodlayan), Alox12 (arakidonat 12-lipoksijenaz) ve S1pr1 (sfingosin{{6) gibi benzin düzenlemesinde yer alan genleri ifade eder. }}fosfat reseptörü 1)^10,72,73(Şekil 2c). S1P–S1PR1 sinyal yolu, eNOS sistemini aktive ederek afferent arteriyol benzinini güçlü bir şekilde düzenler.^74–76. Bu role uygun olarak, S1P reseptörü afferent arteriyollerde gREC'lerden zengindir ve efferent arteriyollerde saptanmaz.¹⁰.

Afferent arteriyollerdeki gREC'lerin aksine, efferent arteriyollerdeki gREC'ler daha düşük connexin ekspresyonu77, özellikle connexin 37 ve connexin 40 (sırasıyla Gja4 ve Gja5 tarafından kodlanır)10 gösterir. Bununla birlikte, afferent arteriollerden gelen EC'lere benzer şekilde, efferent arteriollerden EC'lerin transkriptom analizleri iki gREC popülasyonunun varlığını gösterir: biri muhtemelen JGA ile ilişkilidir (bağışıklık hücresi yapışması ve ekstravazasyonu ve EC geçirgenliği ile ilişkili genleri eksprese eder) ve ikincisi bu, efferent arteriolün distal kısmına karşılık gelir (hiperozmolarite yanıtlarında yer alan genlerle zenginleştirilmiştir)10 (Şekil 2c).

Bu kavrayışlar, gREC'lerin fenotipik ve fonksiyonel çeşitliliğinin, bu endotelinin glomerüler kan akışının aktif modülasyonu yoluyla ve glomerüler filtrasyon etkinliğini sağlayarak GFR'yi koruma yeteneğinin altında yattığını göstermektedir. Tubuloglomerüler geri besleme ve miyojenik sinyallerin entegrasyonu yoluyla, özellikle JGA ile ilişkili gREC'ler, muhtemelen GFR'nin kritik düzenleyicileridir.

Kortikal renal endotel hücrelerinin heterojenliği.Glomerüler kapiller endotel ve glomerüler öncesi ve glomerüler sonrası afferent ve efferent arteriyollere ek olarak,böbrekkorteks, ilişkili vasa vasora, postkapiller venüller ve peritübüler kapillerlerle birlikte lenfatik damarları ve büyük arterleri ve venleri içerir. Çözünen maddelerin, iyonların ve suyun yeniden emilmesi ve salgılanmasındaki rollerine uygun olarak, kortikal peritübüler kılcal damarlar, tübüler epitel ile işlevsel olarak birleşmiş EC'leri içeren ince duvarlı kılcal damarlardır9 (Şekil 3a). gREC'ler ve mREC'ler ile karşılaştırıldığında, cREC'ler - özellikle peritübüler kılcal EC'ler - yüksek seviyelerde Igfbp3 (insülin benzeri büyüme faktörü bağlayıcı protein 3'ü kodlar) ve Npr3 (natriüretik peptid reseptörü 3'ü kodlar) 10,11 (Şekil 3b) ifade eder. .

Kortikal peritübüler kılcal damarlar, efferent arteriollerden kaynaklanır ve proksimal ve distal kıvrımlı tübülleri çevreler (Şekil 3a), oksijen ve besin sağlar ve tübüler lümenden çözünenlerin alımına ve suyun geri emilmesine katkıda bulunur.⁹. Glomerüler kılcal damarlardan farklı olarak, peritübüler kılcal EC'ler, protein ürünü (PV1) peritübüler kılcal EC fenestrasını kaplayan Plvap'ı eksprese eder. Bu diyaframlı pencerelerin çapı 62-68 nm'dir ve muhtemelenproksimal ve distal tübüllerle su, iyon ve küçük çözünenlerin değişimi9,10

Glomerüller günde yaklaşık 180 g glukozu filtreler78 ve fizyolojik koşullar altında neredeyse tamamı proksimal tübüllerde geri emilir. Süzülen glukoz ilk önce epitel hücrelerinin içindeki proksimal tübüllerin lümeninden sodyum-glukoz kotransporterleri (SGLT'ler) yoluyla geri emilir. Hücre içi glikoz konsantrasyonu interstisyumunkini aştığında, spesifik kolaylaştırılmış glikoz taşıyıcıları (GLUT'ler) yoluyla interstisyel boşluğa yayılır ve buradan kan dolaşımına geri emilir79. Bu süreçteki rollerine uygun olarak, peritübüler kılcal EC'ler, diğer renal vasküler yatakların EC'lerinden daha yüksek seviyelerde Slc2a1 (GLUT1'i kodlar) ifade eder11 (Şekil 3b), bu da peritübüler kılcal EC'lerde GLUT1 tarafından glikoz yeniden emiliminin kolaylaştırılabileceğini düşündürür.

Kortikal peritübüler kılcal damarlar iki EC popülasyonu içerir - biri yüksek seviyelerde Apoe (apolipoprotein E'yi kodlar) ifade eder ve diğeri çok az Apoe10 ifade eder veya hiç ifade etmez (Şekil 3b). Apoe-yüksek popülasyon, Plpp3 ve Thrsp10,80,81 gibi lipid metabolizmaları ile ilgili diğer genlerin zenginleştirilmiş bir ifadesini gösterir. Buna karşılık, Apoe-düşük popülasyon, VEGF reseptörlerini (sırasıyla VEGFR2, VEGFR1 ve nöropilin 1'i kodlayan Kdr, Flt1 ve Nrp1), insülin benzeri büyüme faktörü bağlayıcı proteinleri ve reseptörü (Igfbp5, Igfbp3 ve Insr) kodlayan genleri ifade eder. , ve kan hacmini ve sodyum atılımını düzenleyen natriüretik peptit için bir reseptör kodlayan Npr310,82-85. Bu iki EC popülasyonunun, proksimal kıvrımlı tübüller veya distal tübüller ile etkileşime giren ayrı kılcal damarlarda bulunup bulunmadığı veya aynı kılcal damarlarda bulunup bulunmadığı şu anda bilinmemektedir.

Şaşırtıcı bir şekilde, fare renal korteksinde iki ek kılcal EC popülasyonu da tanımlanmıştır - anjiyojenik benzeri bir EC popülasyonu ve interferon ile uyarılan genlerin ve antijen işleme ve sunumunda yer alan genlerin ekspresyonu ile karakterize edilen bir popülasyon10 (Şekil 3b) . Anjiyojenik benzeri EC'ler, hasarlı REC'lerin rejenerasyonunda rol oynayabilirken, interferonla aktive olan EC'ler, bu olasılıkları araştırmak için daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulmasına rağmen, immün sürveyansa katılabilir10.

Büyük arterlerdeki cREC'ler, arteriyel transkripsiyon faktörü geni Sox17 ve sıkı bağlantı geni Cldn5'in (claudin 5) ekspresyonu ile karakterize edilirken, büyük damarlardaki cREC'ler, transkripsiyon faktörü Nr2f2'nin (COUP-TFII) ekspresyonu ile karakterize edilir ve pencere işareti Plvap^{6,10,11,47,63,64,86}(Şekil 3b).

Arteriyel cREC'ler, sırasıyla EC'ler ve VSMC'ler üzerinde otokrin ve parakrin etkileri olan semaforin kodlayan gen Sema3g'yi, miyoendotelyal bağlantıların bileşenleri olan connexin kodlayan genler Gja4 ve Gja5'i ve Notch ailesi üyesi Jag1'i (refs6,10, 11,87–90) (Şekil 3b). Büyük arterler yüksek kan basıncına maruz kalırlar ve kan basıncındaki değişikliklere yanıt olarak vasküler tonları modüle edilir. Mekanik sinyallere yanıt verme yetenekleri, tunika ortamında elastik lifler açısından zengin bir elastik tabakanın varlığı ile sağlanır.^9,91ve Eln (elastin), Ltbp4 (gizli dönüştürücü büyüme faktörü- -bağlayıcı protein 4), Fbln5 (fibulin 5) ve Bmp4 (refs6,10,11,92) gibi elastik lif düzeneği ile ilgili genlerin ekspresyonu yoluyla -95). Aynı zamanda, muhtemelen BMP2 ve BMP4 sinyallemesini inhibe ederek vasküler kalsifikasyonu baskılayan yüksek seviyelerde Mgp (matris Gla proteini)6,10 ifade ederler. Renal kan akışını düzenlemedeki rolleriyle uyumlu olarak, büyük arterlerin cREC'leri, Ace, Edn1 ve S1pr1 (refs6,10,97-99) gibi benzin düzenlemesinden sorumlu genleri de ifade eder (Şekil 3b).

Oksijen ve besinlerin verilmesi ve büyük arterlerin ve damarların damar duvarı içinde salınan atık ürünlerin uzaklaştırılması vasa vasora100 tarafından kolaylaştırılır. Vasa vasora REC'leri, fare tek hücreli REC'lerin yayınlanmış çalışmalarında tanımlanmamıştır, bunun nedeni muhtemelen lümen çapı yaklaşık l olan damarlardır.<0.5mm (the="" diameter="" of="" normal="" vessels="" in="" mice)="" do="" not="" normally="" have="" vasa="">^6,10,11,100. Bu tür çalışmaların daha büyük hayvanlarda veya daha büyük böbrek damarları olan insanlarda yapılması, vasa vasora REC'leri yakalama olasılığını artırabilir. Şu anda vasa vasora'dan türetilen REC'ler için tanımlanmış hiçbir belirteç bulunmamaktadır.

Kan damar sisteminin ötesinde, renal korteks ayrıca iki set renal lenfatik damar içerir. Bunların her ikisi de renal lobülde kör uçlu kılcal damarlar olarak ortaya çıkar ve buradan biri hiler ve kapsüler sistemi bağlamak için arterleri hiluma doğru takip eder ve diğeri kapsüler lenfatiklere katılmak için kapsüle nüfuz eder28,101 (Şekil 1a). Renal lenfatik kılcal damarlar, esas olarak interstisyumda mevcut oldukları, kör uçlu oldukları ve perisitleri olmadığı için kan damarı kılcal damarlarından ayırt edilebilir.^28,29. Renal lenfatik kılcal damarlar, çeşitli belirteçlerin ifadesi ile BEC'lerden ayırt edilebilen, tek katmanlı, 'meşe yaprağı' şeklinde, kısmen örtüşen LEC'lerden28,29 oluşur.⁶en iyi bilinenleri Pdpn (podoplanin)102, hyaluronan reseptör kodlayan gen Lyve1 (ref. 103), Flt4 (VEGFR3'ü kodlayan104 ve transkripsiyon faktörü geni Prox1 (ref. 105) (Şekil 3b)'dir. . Bu belirteçler diğer hücre tiplerinde de ifade edilse de, iki ana EC tipini ayırt etmek için kullanılabilirler29. insandaböbrek, podoplanin, LEC'lerin en güvenilir belirteci olarak tanımlanmıştır.^28,29. Bununla birlikte, bilinen ikisinden hiçbiriböbrekYayınlanmış tek hücreli RNA-seq çalışmalarında LEC popülasyonları tanımlanmıştır.^6,10,11muhtemelen teknik işlem adımları sırasında (örneğin, enzimatik sindirim veya EC saflaştırması sırasında) kayıpları nedeniyle ve/veya renal BEC popülasyonu ile karşılaştırıldığında çok küçük bir EC fraksiyonunu temsil ettikleri için. Bu nedenle renal lenfatik endotelin heterojenliğini karakterize etmek için daha ileri çalışmalara ihtiyaç vardır.

Medüller renal endotel hücrelerinin heterojenliği.Renal medullanın birincil rolü idrar konsantrasyonudur.⁹. Vasa recta'nın anatomik düzeni ve renal medullanın düşük kan akışı (toplam renal kan akışının yüzde 10'u9 ), üre ve NaCl gibi solütlerin yıkanmasını önleyerek dış medulladan renal papillaya bir ozmolarite gradyanı oluşturur. idrar konsantrasyonu26,106 için gereklidir. Bu gradyan hidrasyon durumuna göre değişir106.

Renal medüller endotel, üriner bir belirteç olan Igfbp7'nin (refs10,11) ekspresyonu ile karakterize edilir.böbrekakut böbrek hasarından sonra böbrek iyileşmesini öngören hasar (AKI)107 ve dolaşımdan uzun zincirli yağ asitlerinin alınmasından sorumlu olan bir çöpçü reseptörü kodlayan Cd36 (refs10,32).108 (Şekil 3c). Bu nedenle, lipidler, CD36-bağımlı bir şekilde medüller endotelden medüller interstisyel hücrelere, lipid damlacıkları ile karakterize edilen ve bolluğu diürez durumu ile ilişkili olan fibroblast benzeri bir hücre popülasyonuna gidebilir109. Farelerde Cd36'nın silinmesi, böbrek bağımlı spontan hipertansiyon riskinin artmasıyla ilişkilendirildi^10,110ancak gelişimini azalttı.böbrekyüksek yağlı bir diyete yanıt olarak fibrozis111 (Şekil 3c), bu nedenle bu işlemlerde lipid taşınması için hem koruyucu hem de patolojik bir rol olduğunu düşündürür.

Kortikal ve glomerüler endotel gibi, renal medüller endotel de geniş kompartman içi heterojenite sergiler.^10,11. DVR, renal medüller kan akışını kontrol etmek için vazoaktif uyaranlara yanıt veren düz kas benzeri perisitler veya VSMC'lerle çevrili sürekli bir endotel içeren arter benzeri damarlardır. Arteriyolar benzeri fenotipleriyle uyumlu olarak, DVR EC'ler Sox17 (refs10,55), Cldn5 (refs10,55,86,112), Fbln5, Gja4 ve Cxcl12'yi (SDF1 olarak da bilinen CXCL12 - bir kemokin proteini) ifade eder VSMC'ler ve perisitler tarafından ifade edilen CXCR4 ve CXCR7 için bir ligand görevi görür)^10,63,113. DVR EC'ler ayrıca üre taşıyıcı B'yi (UTB) kodlayan Slc14a1 ve Aqp1'i de ifade eder.^10,11,112ve su kanalı aquaporin 1 (refs^10,11,55), her ikisi de idrar konsantrasyonu için gereklidir114,115 (Şekil 3c,d). Bu EC'ler ayrıca, muhtemelen aquaporin 2 kaçakçılığını kolaylaştırmak için kanal epitel hücrelerinin toplanmasında bir multiprotein kompleksinde aquaporin 2'yi bağlayan bir protein olan cürufta kodlayan Scin'i de ifade eder116. DVR EC'lerde Aqp1 ve Scin'in birlikte ifadesi, medüller endotelyumda benzer bir etkileşim olduğunu gösterir.¹⁰.

Ozmolarite gradyanı, özellikle ozmolaritenin en yüksek olduğu (osmolaritenin sistemik plazmadakinden daha yüksek olduğu bir fizyolojik hiperosmolarite durumuna karşılık gelen) renal papilladakiler için, renal medulla hücreleri için düşmanca bir ortam oluşturur. Fare DVR EC'leri, renal papilladaki veya dış veya iç medulladaki10 konumlarına göre iki ana fenotipe ayrılabilir ve hiperosmolarite kaynaklı ve vazoton düzenleyici genlerin10 ekspresyonu ile ayırt edilebilir (Şekil 3c). Renal papilla DVR EC'leri, hiperosmolarite ile indüklenebilir transkripsiyon faktörü NFAT5'in S100a4 ve S100a6 (refs10,118) gibi hedef genleri de dahil olmak üzere hiperosmolariteye duyarlı genleri eksprese ederken, iç ve dış medulladan DVR EC'ler, kodlayan Hpgd'nin zenginleştirilmiş ifadesini gösterir. vazokonstriktör endotelin 1'i kodlayan vazoaktif prostaglandinlerin katabolizmasında rol oynayan majör bir enzim olan Edn1 ve vazodilatör etkileri indükleyen adiponektin için bir reseptör kodlayan Adipor2 (119,120) (Şekil 3c). Bu ifade paterni, DVR'nin dış medüller kısmında daha belirgin olan düz kas benzeri perisitlerin varlığı ve dolayısıyla bu bölgenin düşük DVR bölümlerine kıyasla vazoaktif faktörlere daha fazla tepki vermesi ile tutarlıdır9121.

DVR'den farklı olarak AVR, pencereli venöz benzeri damarlardır (Şekil 3d). Bu damarlar, idrar konsantrasyonu sırasında toplayıcı kanallar, Henle döngüsü ve DVR tarafından biriken renal medüller interstisyumdan suyu yeniden emer ve lenfatik damarların işlevine benzer bir şekilde onu genel dolaşıma geri toplar30. Bu role uygun olarak, AVR EC'ler venöz transkripsiyon faktörü Nr2f2'yi (refs10,11,64) ve Plvap'ı ifade eder - muhtemelen su geri emilimindeki rollerini sürdürmek için^10,11,47,122(Şekil 3c). AVR EC'ler ayrıca geliştirme sırasında AVR oluşumu için gerekli olan anjiyopoietin Tie2 reseptörünü kodlayan Tek'i ifade eder. Farelerde Tek'in silinmesi, medüller interstisyumda hızlı sıvı ve kist birikimini ve medüller vasküler demetlerin kaybını tetikler ve idrar konsantrasyon yeteneğinin azalmasına neden olur.³⁰.

DVR'ye benzer şekilde, AVR papillada ve dış ve iç medullada yer alan transkriptomik olarak farklı iki EC popülasyonuna ayrılabilir. Papilladakiler, hiperozmolariteye duyarlı genlerin (Cryab, Fxyd2 ve Cd9 (refs10,123,124)), glikolitik genlerin (Ldha, Aldoa ve Gapdh10,125,126) ve karbonik anhidraz 2 enzimini kodlayan Car2'nin ekspresyonu ile karakterize edilir. , yokluğu idrar konsantrasyonunu bozar ve farelerde poliüriyi tetikler127 (Şekil 3c). Papiller AVR EC'ler, Na artı / K artı ATPase alt birim kodlayan gen Fxyd2'yi spesifik olarak ifade ederken, alternatif bir alt birim kodlayan gen Fxyd6, dış ve iç medulladaki AVR EC'lerde yukarı doğru düzenlenir.¹⁰ (Şekil 3c).

AVR ve DVR'nin papiller kısımları, farklı gen ekspresyon profilleri gösterir, ancak aldoz redüktazı kodlayan Akr1b3 de dahil olmak üzere, birkaç hiperosmolariteye duyarlı genin ekspresyonunu paylaşır - poliol yolunun glikozun dönüştürülmesinden sorumlu olan hız sınırlayıcı enzimi. sorbitol, hiperosmolarite koşulları altında hücre hacminin korunması için önemli olan inert bir organik ozmolittir117. Ayrıca S100a6'nın yanı sıra Fxyd5 (başka bir Na artı /K artı ATPase alt birimini kodlayan), Nrgn (kalmodulin bağlayıcı protein nörograninini kodlayan) ve Crip1 (sistein açısından zengin protein 1'i kodlayan) gibi diğer genleri de ifade ederler. 10,118 — bu potansiyel olarak hiperozmotik ortamla bağlantılı olabilir (Şekil 3c).

DVR ve AVR'yi birbirine bağlayan renal medüller kapiller pleksus (Şekil 3a), bir Plvap-pozitif pencereli endotel ve ayrıca Kdr, Flt1 ve Nrp1 gibi VEGF reseptörlerini kodlayan genlerin zenginleştirilmiş endotelyal ekspresyonu ile karakterize edilir. yağ asidi taşınması ve metabolizmasında yer alan genler olarak (Cd36 ve Plpp3)10 (Şekil 3c). mREC'ler ayrıca, renal korteksin10 kılcal damarlarına benzer şekilde, postkapiller venüllerden gelen EC'lerin yanı sıra anjiyojenik ve interferonla aktive olan EC popülasyonlarını da içerir.

REC heterojenliği ve böbrek hastalığı

Fizyolojik koşullar altında, endotel hareketsizdir - büyük ölçüde proteinlerin S-nitrosilasyonu ve transkripsiyon faktörlerinin eNOS'tan türetilen NO128,129 tarafından korunduğu bir durum. eNOS'un aktivitesi, kesme gerilimi tarafından düzenlenir¹³⁰ve eNOS substratı, l-arginin ve kofaktörü tetrahidrobiopterin gibi hücre içi metabolitler¹³¹. Belirli koşullar altında - örneğin, enfeksiyona yanıt olarak - bu hareketsiz durum, EC'lerin aktivasyonunu ve bağışıklık hücrelerinin işe alınmasını indükleyerek kapatılabilir. Redoks sinyali ve özellikle, NO yerine süperoksit üretimi ile sonuçlanan eNOS enziminin ayrılması, bu aktivasyon süreci için kritik öneme sahiptir. eNOS'un ayrılması, endotel yüzey tabakasının yeniden şekillenmesine yol açan ve trombositler ve bağışıklık hücreleri ile etkileşime girebilen reseptörlerin ekspresyonunu indükleyen bir kaskadı harekete geçirir.¹³². Endotel aktivasyonu, konak savunma sisteminin bir parçasını oluştursa da, bu moleküler mekanizma, otoimmün hastalık gibi hastalık durumlarında veya kardiyovasküler risk faktörleri veya enfeksiyon ortamında uygunsuz şekilde aktive edilebilir. Dikkat çekici bir şekilde, REC'lerin zararlı sinyallere verdiği yanıtta heterojenlik mevcuttur.¹³³. Örneğin, atipik hemolitik üremik sendromda, kompleman inhibitör faktör H'deki mutasyonlar, faktör H'nin glomerüler endotelyal heparan sülfata 134 bağlanmasının azalmasıyla ilişkilidir, böylece glomerüler trombotik mikroanjiyopatiyi indükler. Diğer bir örnek, peritübüler kılcal damarların yaralanmanın birincil hedefi gibi göründüğü kronik hümoral allogreft reddidir.¹³⁵; peritübüler kılcal ağdaki ilişkili kayıp, meydana gelmesini öngörürböbrekbaşarısızlık136. COVID-19 pandemisi bağlamında, AKI'nin ciddi hastalığı olan hastalarda (yoğun bakım ünitelerindeki hastaların yüzde 50'sini etkileyen) sıklıkla görüldüğü not edilmelidir.¹³⁷Yaygın EC disfonksiyonunun, vasküler sızıntı, koagülopati ve alevlenen inflamasyonun bir sonucu olarak hastalık artışını destekleyebileceği^138,139.

Endotel aktivasyon yanıtındaki heterojenliğe ek olarak, REC'lerin dolaşımdan gelen çevresel ipuçlarına yanıtı bölgeye özgü olabilir. Örneğin, tip 1 diyabetli Mellituslu hastalardan alınan gREC'ler, glomerüler büyüme ve ikincil podositopati ile sonuçlanan düzensiz bir anjiyojenik yanıt gösterir.^140,141. İskemik yaralanmada - özellikle peritübüler kılcal damarlarda - EC'lerin endotel aktivasyonu ve dökülmesi, 'yeniden akış olmaması' olarak adlandırılan fenomene neden olur, bu sayede açıklığın restorasyonu üzerine bile perfüzyon geri yüklenmez, bu da tübüler epitel hücre hasarı ve AKI ile sonuçlanır.¹⁴². REC aktivasyonunun neden olduğu klinik patoloji başka bir yerde ayrıntılı olarak tartışılmıştır..

Tek hücreli RNA-seq gibi yüksek çözünürlüklü tekniklerin ortaya çıkması, endotelyal fenotipik heterojenliğin moleküler düzenlenmesi ve bununla ilgili süreçler hakkında yeni bilgiler sağlamıştır.böbrekincinme. Son birkaç yılda grubumuzdan ve diğerlerinden yapılan bir dizi çalışma, endotelyal heterojenitenin hücre içi metabolizma ile bağlantılı olduğu kavramını geliştirmiştir.^{3,6,10,143–145}. Aşağıda açıklandığı gibi, REC'lerin maruz kaldığı farklı mikro ortamlar, hem fenotipik çeşitliliklerini hem de metabolik uzmanlaşmalarını oluşturmaya yardımcı olur.

REC'lerin metabolik uzmanlığı

EC'ler, enerji üretimi, biyokütle sentezi ve redoks homeostazı gibi vasküler bariyer bütünlüğünün, vazo düzenleyici fonksiyonun, çözünen taşınmasının ve tromboz ve vasküler inflamasyonun inhibisyonu için gerekli olan süreçleri sürdürmek için sessiz olduklarında bile aktif bir metabolizma sergilerler. Örneğin, hareketsiz EC'ler, reaktif oksijen türlerine (ROS)146 karşı koruma sağlayan NADPH'nin rejenerasyonu yoluyla kısmen vasküler bariyer bütünlüğünün korunmasına yardımcı olan yüksek FAO seviyelerini sürdürür. Bu role uygun olarak, EC'lerde FAO'nun inhibisyonu, oksidatif stresi, endotelyal bariyer geçirgenliğini, lökosit infiltrasyonunu146 ve endotelyalden mezenkimal geçişi artırır.¹⁴⁷, endotel fonksiyonunun ve fenotipin korunması için FAO'nun gerekli olduğunu düşündürmektedir. REC'ler, farelerde diğer organlardan izole edilen EC'lere farklı metabolik profiller ve transkriptomlar gösterir^3,6. Özellikle, amino asit ve pirimidin biyosentezinde ve ayrıca glikoz metabolizmasında yer alan genlerin yukarı regülasyonu ile karakterize edilirler.⁶. Ayrıca, bazı metabolik genler, organ içi metabolik heterojenitenin göstergesi olan arteriyel, kılcal veya venöz EC'lerde seçici olarak zenginleştirilmiştir.⁶. Aşağıda tartışıldığı gibi, farklı REC popülasyonlarının maruz kaldığı farklı mikroçevresel koşullar da metabolik profillerini etkileyebilir ve REC fenotipik heterojenliğinin yanı sıra hastalık uyaranlarına tepkilerini destekleyebilir.

Oksijen gerilimindeki değişikliklere REC tepkileri

Rağmenböbreklervücutta en çok perfüze olan organlardır, kanın vücuttan geçişi sırasında dolaşımdaki oksijenin yüzde 10'undan azı tüketilir.böbrekler¹⁴⁸. buböbrekmedulla, böbrek korteksindeki 50 mmHg'ye kıyasla 10–20 mmHg'lik bir pO2 (hipoksi) ile düşük oksijen gerilimine maruz kalır117 (Şekil 4a). Kortikopapiller ekseni takip eden oksijen gradyanı, medullada AVR ve DVR'nin paralel düzenlenmesinden kaynaklanan arteriyovenöz oksijen şantı, çözünenlerin yıkanmasını en aza indirmek için medullaya ve medulla içindeki sınırlı kan akışı gibi çeşitli faktörlerin sonucudur. ve Na artı /K artı ATPaz'ın Na artıyı yeniden emmesi ve diğer hücre zarı çözünen taşıyıcılarının düzgün çalışmasını sağlamak için gereken yüksek enerji seviyelerini üretmek için oksidatif fosforilasyonun kullanılması 117. Bu nedenle hipoksi, medullanın idrar konsantrasyon mekanizmasının doğasında vardır.^10,117.

Ayrıca uygun için gereklidirböbrekgeliştirme149. Bununla birlikte, hipoksi zararlı olabilir ve AKI150'nin ana nedeni olarak kabul edilir ve kronik böbrek hastalığı (KBH)151 için bir risk faktörü olarak kabul edilir (Şekil 4a). Böbrek hipoksisi, böbrek nakli sırasında meydana gelebilecek iskemik olaylardan veya peritübüler kapiller nadirlik, glomerüler hasar, ateroskleroz, arteriyel vasküler tonus düzensizliği, anemi ve fibrozis nedeniyle bozulmuş oksijen difüzyonu nedeniyle anormal böbrek perfüzyonunun bir sonucu olarak ortaya çıkabilir152 ( Şekil 4a). Vasküler sistem içinde, hipoksiye kısa süreli maruz kalma, vasküler ton ve kan akışının geri dönüşümlü modülasyonuna neden olurken, uzun süreli maruz kalma, VSMC proliferasyonu ve fibroz ile vaskülatür ve çevre dokuların geri dönüşümsüz yeniden şekillenmesine neden olur.¹⁵³. Hipoksiye hücresel yanıt, Fe2 artı bağımlı oksijenazların ve 2-oksoglutarat (2-OG) bağımlı oksijenazların152 inaktivasyonuna ve ardından hipoksi ile indüklenebilir transkripsiyon faktörüne (HIF) bağımlı ve ardından aktivasyonuna bağlıdır. HIF'den bağımsız yollar. Hipoksiye maruz kalma, ECs154'te hem HIF1 hem de HIF2'nin aktivasyonunu tetikler (Şekil 4b). İçindeböbrek, REC'ler hipoksi üzerine HIF2'yi geniş ölçüde eksprese ederken, HIF1'in protein ekspresyonu papilla155-157'deki mREC'lerle sınırlıdır, burada muhtemelen glikoliz uyarır (Şekil 4b). HIF2'nin REC'lerde aktivasyonu, genel olarak, eritropoezi teşvik ederek ve böbrek iltihabı, kılcal damar seyrekliği ve fibrozu baskılayarak iskemik böbrek hasarından korunmaya ve iyileşmeye aracılık eder156 (Şekil 4b). REC'lerin aşağıdakiler bağlamında hipoksiye maruz kalmasıböbrekbu nedenle hastalık, gREC'lerde ve cREC'lerde mREC'lerden farklı tepkilere neden olabilir. Örneğin hipoksi, kültürlenmiş EC'lerin 158,159'un HIF1 -bağımlı çoğalmasını ve göçünü teşvik eder; bununla birlikte, birleşik olmayan koşullarda, kültürlenmiş gREC'ler, hipoksiye maruz kaldıklarında mitokondriye bağlı apoptoza girerler155,160,161, gREC'lerin hipoksiye uyumsuz olduğunu düşündürür. gREC'ler, muhtemelen podosit türevli VEGF161'in parakrin etkisi nedeniyle, in vivo hipoksiye oldukça dirençli görünse de, hipoksi, bir HIF{{'de gREC'lerde sıkı bağlantı proteinleri oklüdin ve ZO-1'nun ilerleyici bir kaybını indükleyebilir{{ 11}}bağımlı bir şekilde, sonuçta endotelyal bariyer geçirgenliğini arttırır162. mREC'lerin hipoksiye tepkisi hakkında çok az şey bilinmektedir. Özellikle AVR ve DVR'deki mREC'ler, fizyolojik koşullar altında papillada düşük oksijen gerilimine maruz kalır ve Epas1 regulonu (HIF2'yi kodlar), muhtemelen su yoksunluğu üzerine mREC'lerde yukarı regüle edilir; idrar konsantrasyon süreci¹⁰.

EC'lerin oksijen gerilimindeki değişikliklere metabolik adaptasyonu.Normoksik koşullar altında, EC'ler öncelikle ATP üretimi için mitokondriyal oksidatif fosforilasyondan ziyade glikolize dayanır163. Hipoksiye yanıt olarak, bu metabolik tepkiler, glikolizin daha da artması ve mitokondriyal solunumun baskılanması ile şiddetlenir (Şekil 4b), bu da, glikoz mevcut olduğu sürece EC'lerin neden hipoksiye dirençli olduğunu açıklar164. İskemik bir olay gibi akut hipoksiye maruz kaldıklarında EC'ler, HIF1'i stabilize eden ve daha yüksek glikolitik akış sağlayan mitokondriyal ve/veya NAD(P)H oksidazdan türetilen ROS'ta hızlı bir artış gösterir164 — HIF ile tutarlı yanıtlar{{6 }}glukoz metabolizmasının yukarı regülasyonu ve mitokondriyal aktivitenin aşağı regülasyonu^164,165 (Şekil 4b). Ayrıca, medullada veya CKD bağlamında meydana gelebilecek gibi kronik hipoksiye maruz kalan EC'lerin metabolik yol analizleri, glikolitik genlerin HIF2 -bağımlı bir yukarı regülasyonunu ortaya çıkardı.¹⁶⁶. İlginç bir şekilde, glikozdan ATP ve piruvat üretmek için gerekli olan enolaz 1 ve aldolaz A enzimlerini kodlayan Eno1 ve Aldoa gibi bazı glikolitik genler, mREC'lerde cREC'ler ve gREC'lerden daha büyük ölçüde yukarı regüle edildi. Daha spesifik olarak, AVR'nin papiller kısmından (yani renal vasküler yatağın hipoksiye en çok maruz kalan kısmı) mREC'ler, farelerdeki tüm mREC'ler arasında Aldoa, Ldha ve Gapdh glikolitik genlerinin en yüksek ifadesini göstermiştir10. Bu nedenle, papiller mREC'ler, hipoksik mikro ortamlarının bir sonucu olarak diğer REC'lerden daha yüksek anaerobik glikolitik akış gösterebilir. Benzer şekilde, medüller epitel hücreleri, anaerobik glikolitik ATP üretimi için proksimal tübüler hücrelerden daha yüksek bir kapasiteye sahiptir.¹¹⁷. mREC'ler ayrıca, yukarıda bahsedilen artan HIF2 aktivitesi ile eşzamanlı olarak, su yoksunluğu üzerine birkaç glikolitik geni yukarı regüle eder.¹⁰.

EC'lerde, HIF2 kısmen mitokondriyal NAD artı bağımlı deasetilaz sirtuin 3'ün (SIRT3) aktivasyonunun ardından yukarı doğru düzenlenir (ref. 167) (Şekil 4b). SIRT3 kaybı, EC'lerde hipoksik sinyali bozar ve oksijenden bağımsız glikolizden mitokondriyal solunuma metabolik bir geçişe bağlı olarak kusurlu anjiyogenez ve mikrovasküler işlev bozukluğu ile sonuçlanır. Bu metabolik değişim, glikoliz ve ROS oluşumunun pozitif düzenleyicisi olarak görev yapan bir enzim olan 6-fosfofrukto-2-kinazın (PFKFB3) ifadesindeki azalma ile ilişkilidir.¹⁶⁷(Şekil 4b). Hipoksi üzerine, SIRT3, mitokondriyal antioksidan enzimleri FOXO3'e bağlı bir şekilde yukarı regüle eder (ref.¹⁶⁸) — HIF1 tarafından da yukarı regüle edilen bir transkripsiyon faktörü¹⁶⁹ (Şekil 4b). İlginç bir şekilde, SIRT3-FOXO3 antioksidan yolu, gREC'lerde çalışır, endotelyalden mezenkimal geçişi önler veböbrekanjiyotensin-II ile indüklenen hipertansiyonun bir hayvan modelinde fibroz¹⁷⁰(Şekil 4b). SIRT3'ü artıran farmakolojik yaklaşımlar, tübüler yaralanmaya karşı koruma sağlayarak ve sisplatin kaynaklı AKI'yi de sınırlar.böbrekişlev¹⁷¹. Buna karşılık Sirt3-nakavt fareler daha şiddetli AKI sergiler, ancak REC'lerin bu etkilere katkısı belirlenmemiştir.¹⁷¹. Bu SIRT3-FOXO3 antioksidan yolunun, mREC'lerin medullada hipoksiye verdiği fizyolojik yanıtta da yer alıp almadığı henüz belirlenmemiştir.

Yağ asitlerinin metabolizması da oksijen mevcudiyetinden etkilenir, çünkü hipoksi, yağ asidi biyosentez yolunun önemli bir hız kontrol enzimi olan yağ asidi sentazının (FAS) ekspresyonu ve aktivitesinde bir artışı tetikler ve malonilde bir azalmaya neden olur. -CoA havuzu ve ECs172'de palmitat seviyelerinin artması (Şekil 4b). İnsan pulmoner arter EC'lerinde, FAS'ın inhibisyonu, HIF1 stabilizasyonunun bozulmasına ve ardından glikoz taşınması ve metabolizmasında HIF1 -aracılı değişikliklere ve eNOS fonksiyonunun restorasyonuna yol açar, bu da yağ asidi sentezinin inhibisyonunun faydalı olabileceğini düşündürür. hipokside EC işlevi için¹⁷²(Şekil 4b). İçindeböbrek, FAS'ı kodlayan Fanlar, deneysel bir kronik böbrek yetmezliği modelinde yukarı regüle edildi ve hipertrigliseridemiye katkıda bulundu¹⁷³. Hayranların ve diğer hipoksiye duyarlı genlerin yukarı regülasyonu da gözlemlendi.böbrekilerleyici glomerüler ve tübüler hasar sergileyen bir fare orak hücreli anemi modelinin korteksi¹⁷⁴. Değişen lipid metabolizması, proteinürik CKD'nin bir özelliğidir ve hem klinik hem de deneysel kanıtlar, değişen lipid metabolizmasının böbrek hastalığının patogenezine ve ilerlemesine katkıda bulunabileceği fikrini desteklemektedir.¹⁷⁵. Bununla birlikte, REC'lerin düzensiz yağ asidi metabolizmasındaki rolü,böbrekhastalıkdaha fazla açıklığa kavuşturulmaya devam etmektedir.

Hipoksi ayrıca HIF2'nin aktivasyonuna bağlı bir şekilde arginaz II'nin yukarı regülasyonunu indükler.¹⁷⁶veya HIF1¹⁷⁷ve EC'lerde substratı olan arginin sentezini ve taşınmasını azaltır^178,179(Şekil 4b). Arginaz II, özellikle vücutta eksprese edilen bir metalloenzimdir.böbreklerve l-argininin üre ve l-ornitine hidrolizini katalize eder. Arginaz II aktivitesindeki artış, eNOS aktivitesini azaltan, endotelyal NO üretimini azaltan ve eNOS ayrılmasını tetikleyen, sonuçta ROS ve nitrozatif stres üretimine yol açan arginin biyoyararlanımını düşürür.¹⁷⁶. Bu adımlar endotel disfonksiyonu, diyabetik böbrek hastalığı veböbrekdiyete bağlı obezite bağlamında inflamasyon^180,181. Fizyolojik koşullar altında, arginaz II esas olarak dış medullada eksprese edilir, bu metabolik adaptasyonun muhtemelen hipoksiye en çok maruz kalan mREC'lerde meydana gelmediğini düşündürür.¹⁸¹.

Son olarak, papiller mREC'lerin akut hipoksiye maruz kalması, hücre dışı boşlukta UTP ve UDP ile birlikte pürinlerin ve ATP'nin salınımını tetikler.^182–184. ATP, endotelyal P2Y reseptörlerini aktive ederek NO üretimi, vazodilatasyon ve artan doku perfüzyonu ile sonuçlanır.¹⁸⁵. ATP ayrıca ATP'nin ektoenzimler tarafından metabolizmasını takiben adenosin oluşturur.^185,186. Önemli olarak, hipoksi, EC'lerde adenosin A2a reseptörünün (ADORA2A tarafından kodlanan) HIF2 -bağımlı bir yukarı regülasyonunu tetikler^187,188aktivasyonu HIF1 protein sentezini artıran, ayrıca glikolitik gen ekspresyonunu ve glikolitik akışı teşvik eden¹⁸⁷(Şekil 4b). Çoğu durumda, EC'ler ve VSMC'ler tarafından ifade edilen A2a ve A2b reseptörlerinin aktivasyonu, hipoksi sırasında salınan adenosinin vazodilatör etkilerine aracılık eder185. İçindeböbrek, damar sisteminin farklı bölümlerinde farklı adenosin reseptörleri bulunur¹⁸⁹ve hücre dışı ATP ve adenosin, renal hemodinamiğin ve mikro dolaşımın düzenlenmesinde kilit rol oynar.^185,190. Medullada, oksidatif stres sonrasında Henle kulpunun (TALH) medüller kalın çıkan kolunda adenozin üretilir.¹⁹¹ve DVR mREC'lerini içerebilen bir mekanizma yoluyla medüller kan akışında bir artışa neden olan bir vazodilatör görevi görür¹⁹². Bununla birlikte, diğer birçok damardaki etkilerinin aksine, özellikle afferent arteriollerde eksprese edilen A2a reseptörlerinin adenozin aracılı aktivasyonu, renal vaskülatürde vazokonstriksiyonu tetikler, böylece potansiyel olarak renal kan akışını ve glomerüler filtrasyonu etkiler.^185,193. Not olarak, CKD ilerlemesinde purinerjik reseptörlerin bir rolü tanımlanmıştır.¹⁹⁴.