Bölüm 2 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

Bölüm 1 için buraya tıklayın

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:böbrekincinmeve hastalıklar, kısmen mikroçevredeki değişikliklerin bir sonucu olarak.

• Renal endotel hücrelerinin fenotipik çeşitliliğinin ve metabolik uzmanlığının daha iyi anlaşılması, aşağıdaki hastalıkların tedavisi için yeni hedeflerin tanımlanmasına yardımcı olabilir.böbrekhastalıklarveböbrekyenilenme.

Cistanche tubulosa böbrek hastalığını önler, numuneyi almak için buraya tıklayın

Kayma stresindeki değişikliklere REC tepkileri EC'ler sürekli olarak kan akışının pulsatilitesi tarafından indüklenen bir gerilme kuvvetine ve damar duvarına paralel bir sürtünme kuvvetine, sıvı kesme stresine maruz kalırlar.¹⁹⁵. Bu hücreler, bu kuvvetleri algılamak ve bunları, vasküler tonusu ve doku gereksinimlerini karşılamak için kan akışını ayarlayan EC yeniden modellemesini düzenleyerek damar homeostazını etkileyebilecek biyokimyasal sinyallere dönüştürmek üzere donatılmıştır195. İlginç bir şekilde, vasküler yatağın farklı bölümlerinden gelen EC'ler belirli akış tiplerine maruz kalır ve buna göre yanıt verir195 (Şekil 5a). Arterlerde ve arteriyollerde kan akışı yüksek oranda pulsatördür, buna karşın kılcal damarlarda benzer büyüklükte ancak daha az pulsatördür ve venüllerde ve damarlarda kan akışı yaklaşık üç ila on kat daha düşüktür ve pulsatilite minimumdur195. İçindeböbrek, the vasculature of the cortex receives >Renal kan akışının yüzde 94'ü¹⁹⁶bu, medüller damar sisteminin nispeten düşük bir kayma stresi ortamına maruz kaldığını düşündürür. Buna karşılık, gREC'ler, filtrasyon sonucunda artan kan viskozitesi ile birlikte yüksek kan akışı ve basıncın bir sonucu olarak nispeten yüksek bir kesme gerilimi ortamına maruz kalır (1 din/cm2'den 95dyn/cm2'ye kadar olduğu tahmin edilmektedir). süreç197 (Şekil 5b). GREC'nin kesme stresine maruz kalması, kısmen ADAMTS13 metalloproteaz tarafından bölünmeye karşı duyarlılığını artıran kan glikoproteini von Willebrand faktörünün (vWF) konformasyonel açılmasını indükleyerek trombosit agregasyonunu engellediği için kritik öneme sahiptir.^198,199. Bu fenomenin gREC sağlığı için önemi, Shiga toksini ile ilişkili hemolitik üremik sendromda gözlenen pro-trombotik fenotip tarafından gösterilmektedir. Shiga toksini, vWF'nin gREC'ler tarafından salgılanmasını ve ADAMTS13 tarafından bölünmeye dirençli ve glomerüllerde ve glomerüllerde trombotik mikroanjiyopatiyi indükleyen ultra büyük vWF multimerlerinin oluşumunu destekler.böbrekmikrovaskülatür200, sonunda AKI'ye yol açar. Trombotik trombositopenik purpurada, düşük ADAMTS13 aktivitesi benzer bir sonuçla sonuçlanır¹⁹⁹.

Kesme stresinin önemi, renal arterlerde, sekonder hipertansiyonun en büyük tek nedeni olan renal arter stenozu ile sonuçlanabilen aterosklerotik lezyonların gelişmesiyle de gösterilmektedir.201,202. Bu lezyonlar, kan akışının tipik olarak bozulduğu arteriyel bifurkasyon bölgeleri gibi diğer bölgelere göre daha düşük laminer kesme stresine maruz kalan arterler ve arteriyollerdeki ateropron bölgelerinde gelişir201 (Şekil 5c).

Laminer kayma gerilmesinin EC'ler üzerindeki etkileri.Laminer kesme stresi, kısmen ATP'nin salınması ve ardından P2X4 purinerjik reseptörlerin aktivasyonu yoluyla203 ve kısmen MEK5-ERK5-MEF2 sinyalinin aktivasyonu yoluyla EC'lerde Krüppel benzeri faktör 2 (KLF2) ve KLF4 transkripsiyon faktörlerinin yukarı regülasyonunu indükler patika^204,205(Şek. 5d). İçindeböbrek, Klf2 ve Klf4'ün KLF4 hedef geni Thbd (trombomodülini kodlayan) ile birlikte yetişkin farelerde efferent arteriollerden türetilen gREC'lerin belirteçleri olduğu rapor edilmiştir.^10,11(Şekil 3b). Bu akışa duyarlı belirteçlerin konumu, glomerüllerin hemen çıkış bölgesinde bulunan REC'lerin, potansiyel olarak bu bölgenin yüksek kan viskozitesiyle ilişkili olarak yüksek laminer kesme gerilimine maruz kalması gerçeğiyle tutarlıdır. KLF2'nin yukarı regülasyonu ve aktivasyonu, sıkı bir vasküler bariyerin korunmasına yardımcı olmak için VE-cadherin ve -katenin ekspresyonunda bir artışla karakterize edilen EC sessizliğine aracılık eder206, EC'lerin akış yönünde hizalanması207, inflamasyonun inhibisyonu ve bakım bir anti-aterojenik fenotip, antioksidanların yukarı regülasyonu ve endotelyal NO ve prostasiklin üretimine sekonder vasküler tonda bir azalma 208-210 (Şekil 5d). KLF2'nin gREC'lerde aktivasyonu, onları CKD hayvan modellerinde yaralanmaya ve hastalığın ilerlemesine karşı korumuştur.^211,212. Buna göre, KLF2, in vitro kesme stresine yanıt olarak glomerüler endotelde yukarı regüle edilir, burada bir antikoagülan ve antienflamatuar fenotipi destekler ve uygun filtrasyon işlevi için gerekli olan podosit bariyer direncinde endotel bağımlı bir azalmayı tetikler204. Glomerüler hiperfiltrasyona ikincil gREC KLF2'nin yukarı regülasyonu, EC işlev bozukluğuna karşı koruma sağladı ve bir tek taraflı nefrektomi modelinde CKD'nin ilerlemesini hafifletti212. Tersine, endotelyal KLF2 kaybı, streptozotosin kaynaklı bir modelde glomerüler hipertrofiyi ve proteinüriyi şiddetlendirdi.şeker hastasıböbrekhastalık²¹¹. Endotelyal KLF4, AKI213'te de renoprotektiftir. EC'ye özgü KLF4 kaybı, bir proinflamatuar fenotipin EC edinimini teşvik ederek bir iskemik AKI modelinde böbrek hasarını şiddetlendirdi²¹³. Ancak, KLF2 ve KLF4'ün endotelyum214'te bağlama özgü rollere sahip olduğunu belirtmekte fayda var. Örneğin, EC'lerin aktivasyonunu ve gelişimde serebral kavernöz malformasyonlara yol açan lezyonların oluşumunu teşvik edebilirler.^214,215.

Laminer kayma stresine maruz kalma, glikoz alımını azaltır²¹⁶ve EC'lerde mitokondriyal biyogenezi uyarır^217–219. KLF2 aktivasyonu, HK2 (heksokinaz 2'yi kodlayan) ve PFK1 (fosfofruktokinaz 1'i (PFK1) kodlayan) gibi diğer glikolitik genlerinkiyle birlikte PFKFB3'ün ekspresyonunu aşağı regüle eder, glikolizde bir azalma ile sonuçlanır216 ve mevcut erken glikolitik ara ürünlerin kapatılmasına neden olur hyaluronan sentazın (HAS2) sınırlayıcı substratları olan sırasıyla UDP-GlcUA ve UDP-GlcNAc sentezi için heksozamin ve glukuronik asit biyosentetik yoluna^{133,220–222}. KLF2 ayrıca HAS2'nin ekspresyonunu ve membran translokasyonunu ve bunun sonucunda glikokaliks bileşeni hyaluronanın sentezini indükler.^133,222. Böylece, laminer akışa maruz kalan EC'ler, bozulmuş akışa maruz kalan EC'lerden çok daha kalın bir glikokaliks sergiler133 (Şekil 5d,e). EC'ye özgü Has2'nin silinmesi, üzerinde derin etkilere sahiptir.böbrekkılcal gREC'lerin glikokaliks yapısının bozulması, glomerüler endotelyal fenestrasyonların bozulması40, filtrasyon bariyeri işlev bozukluğunun göstergesi olan albüminüri, bozulmuş glikokalikse bağımlı anjiyopoietin 1 sinyalleşmesi ve anormal EC-podosit çapraz karışmasının bir sonucu olarak anormal podosit yapıları dahil olmak üzere, glomerüler kılcal damar seyrekliği ve glomerüloskleroz⁴⁰.

Mitokondriyal solunum ve ATP üretimi, bozulmuş akışa maruz kalanlara kıyasla tek yönlü akış altındaki EC'lerde de artar223.224. Mitokondriyal ATP oluşumunun bloke edilmesi, kesme stresinin neden olduğu ATP salınımını inhibe ederken, aksine, glikoliz inhibisyonunun hiçbir etkisi yoktur, bu da, shear strese yanıt olarak KLF2 ekspresyonunu indükleyen purinerjik reseptör aktivasyonu için EC mitokondriyal solunumun gerekli olduğunu gösterir.^203,218,224. Ayrıca, bir SIRT1-PGC1a-TFAM sinyalleme kaskadının aktivasyonu nedeniyle kayma stresine yanıt olarak mitokondriyal biyojenez yukarı regüle edilirken 217,219, hem oksijenaz 1 ve glutaredoksin 1 gibi antioksidan genlerin ekspresyonu, EC'leri korumak için arttırılır. ROS225,226 (Şekil 5d). Laminer akışa maruz kalan EC'lerde elektron taşıma zincirinin inhibe edilmesi, EC inflamasyonuna neden oldu, bu da mitokondriyal solunumun EC aktivasyonunu önlediğini düşündürdü.²²³. İçindeböbrek, REC'lerde mitokondriyal biyogenezi uyarmak için 5-HT1F reseptörünün aktivasyonu, bir AKI227 modelinde gösterildiği gibi vasküler seyrekleşmeyi azaltabilir ve yaralanmadan iyileşmeyi teşvik edebilir.

KLF4 ayrıca ateroprotektif pulsatil shear strese maruz kalma üzerine kolesterol-25- hidroksilaz (CH25H) ve karaciğer X reseptörünün yukarı regülasyonunu indükler²²⁸. CH25H, bozulmuş kan akışına EC yanıtında önemli bir aracı olan sterol düzenleyici element bağlayıcı protein 2'nin (SREBP2) aktivasyonunu önleyen 25-hidroksikolesterol üretimini katalize eder (aşağıya bakınız)229,230. Bu nedenle, KLF2 ve KLF4 ekspresyonunun modülasyonu ve laminer kayma stresi ile aktivasyon ve bunların sonucunda oluşan metabolik tepkiler, REC sessizliğinin ve glomerüler filtrasyonun korunmasında kritik bir role sahip olabilir (Şekil 5d).

Bozulmuş kan akışının EC'ler üzerindeki etkileri.Arteriyel çatallanmalar veya eğrilikler gibi bozulmuş kan akışına maruz kalan EC'ler aktive edilir ve pro-inflamatuar ve aterojenik bir fenotip231 sergiler (Şekil 5e). Bu nedenle, bu tür ateropron bölgelerinde bulunan arteriyel ve afferent arteriolar REC'lerin aktivasyonu, aterosklerotik renal arter darlığının gelişimini teşvik edebilir.

KLF4 ekspresyonu, KLF4 promotör bölgesinin artan metilasyonu ile MEF2 bağlanmasını ve ardından KLF4 transkripsiyonunu önleyen, bozulmuş kan akışı tarafından bastırılır.²³². Ayrıca, düşük kesme stresine yanıt olarak ateropron bölgelerinde indüklenen microRNA (miR)-92a, KLF2, KLF4 ve SIRT1'in endotelyal ekspresyonunu baskılar ve fosfatidik asit fosfataz tip 2B'yi (PPAP2B)216,233,234 aşağı regüle eder. Normal laminer kesme stresi koşulları altında, PPAP2B dolaşımdaki lizofosfatidik asidi (LPA) fosforilatlayarak, aksi takdirde proinflamatuar sinyalleşmeyi indükleyen LPAR1 reseptörüne bağlanmasını önler233 (Şekil 5e). PPAP2B'nin endotelyal kaybı, endotel geçirgenliğinde bir artışla bağlantılı olarak alevlenen lokal ve sistemik inflamasyona yol açar235. LPA sinyalizasyonu,böbrekROS, inflamatuar sitokinler ve fibrozis indüksiyonu yoluyla hastalık 236

Düşük kayma stresine ve bozulmuş akışa endotel maruziyeti, glikolitik enzimlerin ve piruvat dehidrojenaz kinaz 1'in (PDK1) ekspresyonunu indükler, böylece glikolizin mitokondriyal metabolizmadan ayrılmasına ve EC'lerde mitokondriyal solunumun azalmasına neden olur.^223,237(Şekil 5e). Mekanik olarak, bozulmuş akış, NAD(P)H oksidaz 4 (NOX4) türevli ROS üretimini indükler ve NF-κB'yi aktive ederek, bozulmasını önleyerek HIF1'in yukarı regülasyonu ve stabilizasyonuna yol açar.^223,237. NF-κB yolunun aktivasyonu, heparinaz aktivitesine ve bunun sonucunda glikokaliks bozulmasına bağlanmıştır.^238.Bu bulgularla uyumlu olarak, NF-κB'nin aktivasyonu, glomerüler endotelyumdaki kronik kayma stresi tarafından bastırılır239. Bozulmuş akışa yanıt olarak HIF1 aktivasyonu, arteriyel EC proliferasyonunu ve inflamatuar belirteçlerin ekspresyonunu arttırırken, glikolizin inhibisyonu bu yanıtları önler223,237. Ayrıca, mitokondriyal oksidatif fosforilasyonun aktivasyonu, arteriyel EC'lerde bozulmuş akışın neden olduğu pro-inflamatuar fenotipi önler.²²³.

Düşük kesme stresindeki bozukluklar aynı zamanda proinflamatuar transkripsiyon faktörleri YAP ve TAZ'ın aktivasyonunu indüklerken, laminer kesme stresi bunları integrine bağlı bir şekilde inhibe eder^240,241. YAP ve TAZ'ın aktivasyonu, MYC'ye bağlı bir şekilde glikoliz ve mitokondriyal aktiviteyi uyararak EC metabolizmasını modüle eder²⁴²ve glutaminolizi yukarı regüle ederek²⁴³. Tersine, glikolitik enzim PFK1, bir pozitif geri besleme döngüsünde YAP ve TAZ aktivitesini uyarır244. YAP ve TAZ, dünyadaki TGF –SMAD sinyal yolunun mekan düzenleyicileridir.böbrek. Endotelyal-mezenkimal geçişin bir sonucu olarak bu fibrotik yanıtta REC'lerin rolü yeterince araştırılmamış olmasına rağmen, deneysel bir tek taraflı üreter obstrüksiyonu modelinde böbrek fibrozunu teşvik ettikleri gösterilmiştir.^245,246

İlginç bir şekilde, bozulmuş bir kan akışına maruz kalan EC'ler, mevalonat yolu HMG-CoA redüktazın hız sınırlayıcı enzimi dahil olmak üzere kolesterol sentezinde yer alan genleri yukarı düzenleyen SREBP2'nin aktivasyonunu da gösterir (Şekil 5e) ve kolesterol akışını azaltır.^230,247EC'lerde hücre içi kolesterol seviyesini arttırmak^230,247. İlginç bir şekilde, statinler tarafından HMG-CoA redüktazın inhibisyonu, KLF2 ekspresyonunda endotelyal bir artışa neden olur ve NF-κB, HIF1 ve YAP–TAZ tarafından proinflamatuar sinyallemeyi azaltır, böylece laminer akışa EC benzeri bir yanıt indükler^241,248,249. Ayrıca, SREBP2 aktivasyonu miR-92a'nın transkripsiyonunu teşvik eder, ROS üretimini indükleyen NOX2 ekspresyonunu yukarı regüle eder ve NLRP3 inflamatuar ekspresyonunu arttırarak sonuçta endotelyal inflamasyonu ve aterosklerozu teşvik eder216,230. Bu nedenle, SREBP2, bozulmuş bir akışa renal arteriyel ve afferent arteriolar endotelyal yanıtta anahtar itici güçlerden biri olabilir.

Osmolaritedeki değişikliklere REC yanıtları

buböbreklerhidrasyon durumuna bağlı olarak geniş ölçüde değişen ozmolaritede idrar üretebilir. Henle döngüsünün karşı akım çarpanı, idrar konsantrasyon mekanizmasının altında yatan ve nihai idrar ozmolaritesini belirleyen bir medüller ozmolarite gradyanı oluşturur. Kısaca, TALH (çoğunlukla su geçirmez olan bir tübül segmenti) NaCl'yi filtrattan medüller interstisyuma aktif olarak aktarır ve artan ve azalan akış boyunca 20 mOsm/kg H2O ozmolalite farkı oluşturur.²⁵⁰ (Şek. 6a). Ozmotik bir yanıt olarak, su, Henle'nin (TDLH) ince inen kolundan yeniden emilir, böylece süzüntü ozmolaritesi artar250. Bu süzüntü TDLH'den TALH'ye ilerledikçe, NaCl'nin TALH tarafından aktif olarak yeniden emilmesi, TALH ve interstisyum arasındaki 20 mOsm/kg H2O ozmolalite farkını yeniden kurar ve medüller interstisyum ozmolaritesini daha da artırır250. Karşı akım akışları arasındaki bu küçük ozmolalite farklılıklarının çarpımı, büyük bir kortikomedüller ozmolalite gradyanına (bir karşı akım çarpanı) yol açar.²⁵⁰. Vasa recta seviyesinde, aquaporinler tarafından kolaylaştırılan su akışı, kan ve medüller ozmolarite arasındaki fark tarafından yönlendirilen DVR içinde üre ve NaCl'nin yeniden emilmesine paralel olarak meydana gelir ve papillaya doğru artan kan ozmolaritesine neden olur.²⁵⁰(Şek. 6a). Buna karşılık, yüksek oranda pencereli AVR, medüller suyu yeniden emer ve NaCl'yi interstisyuma bırakır, çünkü papilladan gelen kan, medüller interstisyumdan daha yüksek ozmolariteye sahiptir.²⁵⁰(Şek. 6a). DVR ve AVR arasındaki bu karşı akım değişimi, karşı akım çoğaltıcı sistemi tarafından oluşturulan medüller ozmolarite gradyanını korur (Şekil 6a). Medullanın yüksek ozmolaritesi, aynı zamanda, aquaporin ile kolaylaştırılmış su taşıma yoluyla medüller ozmolarite gradyanına göre idrarı konsantre ederken, üreyi iç medüller interstisyum içinde aktif olarak ihraç eden toplama kanalları tarafından da sürdürülür. Sonuç olarak, mREC'leri içeren medüller hücreler, özellikle insanlarda ozmolalitenin 1.400mOsm/kg'a kadar yükselebildiği dehidrasyon koşulları altında aşırı hiperosmolarite seviyelerine maruz kalır.²⁵⁰(Şek. 6a). Aşağıda açıklandığı gibi, mevcut kanıtlar, mREC'lerin koruyucu mekanizmaları aktive ederek ve spesifik bir metabolik profil10 geliştirerek bu aşırı koşullara adapte olduğunu göstermektedir. Not olarak, diğer (R)EC'ler, diabetes mellitus bağlamında hipergliseminin bir sonucu olarak hiperosmolar koşullara maruz kalabilirler.²⁵¹.

EC'lerin hiperosmolarite koşullarına tepkisi, bu alandaki araştırmaların çoğu, hiperosmolaritenin hücre döngüsü durmasını, ROS üretimini ve DNA hasarını tetiklediği renal epitel hücrelerine odaklanarak yeterince araştırılmıştır.²⁵². Spesifik olarak, hiperosmolariteye verilen epitel yanıtı, integrinlere ve Rho GTPaz ailesine bağlı bir süreç yoluyla hücre iskeleti aktininin yeniden düzenlenmesi, Na artı kanalları NHE4 (ref. 254), NKCC1 ve NKCC2 (ref. 255) ile karakterize edilir. ) ve hücre hacminin korunması için sonuçta ortaya çıkan Na artı iyon akışı. Bu tepkiler, proteinlerin doğru katlanmasını ve hiperozmolariteye duyarlı transkripsiyon faktörü TonEBP'nin (NFAT5 olarak da bilinir) aktivasyonunu sürdürmek için ısı şoku proteinlerinin ekspresyonunu tetikler; Papilla gibi uzun süreli hiperosmolarite koşulları altında, bu tepkiler nihayetinde inert organik ozmolitlerin birikmesine neden olur.²⁵².

Su yoksunluğuna maruz kalan farelerde yapılan bir transkriptom çalışmasından elde edilen kanıtlar, böbrek medüller endotelinde benzer bir sürecin meydana geldiğini göstermektedir10 (Şekil 6b). Bu mREC'ler, glikolitik ve oksidatif fosforilasyon yollarıyla ilgili genlerin ekspresyonunun arttığını gösterir10 (Şekil 6b). Ayrıca, transkriptome analizleri, bu hücrelerin, şeker türevleri, polioller (özellikle, poliol yolundan türetilen sorbitol ve Myo-inositol gibi) inert organik ozmolitlerin birikmesine yardımcı olmak için enzimatik ve taşıma işlemlerine dahil olduğunu ileri sürmüştür. hücre içi ve hücre dışı bölmeler arasındaki ozmolariteyi dengelemek için glikolitik ara ürünler), amino asitler (özellikle taurin) ve muhtemelen betain ve gliserofosfokolin gibi metilaminlerden alınabilir veya sentezlenebilir10 (Şekil 6b). Uzun süreli su yoksunluğu üzerine, mREC'ler ayrıca muhtemelen Na artı hücre içi birikimi sınırlamak için Na artı /K artı ATPaz'ı da yukarı doğru düzenler (Şekil 6b). Bu ortamda, glikoz molekülü başına 32 ATP molekülü veren oksidatif fosforilasyon, daha yüksek bir Na artı / K artı ATPaz aktivitesini sürdürmek için glikoz molekülü başına sadece iki ATP molekülü serbest bırakan anaerobik glikolizden daha etkili bir stratejiyi temsil edecektir. Ayrıca, hiperosmolar koşullara maruz kalan EC'lerde biriken bazı glikoliz ara ürünlerinin, özellikle polioller, sorbitol ve miyo-inositol olmak üzere ozmolit sentez yollarına girmek için glikolitik kaderlerinden sapması muhtemeldir.¹⁰. Birlikte, mREC'lerin ozmolaritedeki değişikliklere olan bu metabolik adaptasyonları, aşırı hiperosmolar ortamlarda hayatta kalmalarını ve devam etmelerini sağlayacaktır.böbrekişlev^10,256.

Doku homeostazında EC adaptasyonu

EC'ler, perisitler, epitel hücreleri ve podositler gibi destekleyici hücrelerden gelen anjiyojenik büyüme faktörü sinyali ile talimat verilir. Tersine, endotel, doğrudan komşu hücrelerine otokrin sinyalleme yoluyla talimat verir.

Anjiyojenik faktörlere REC maruziyeti

EC'ler yetişkinlikte fizyolojik koşullar altında hareketsiz olarak kabul edilmekle birlikte, REC'ler üzerindeki mevcut tek hücreli RNA-seq çalışmalarından elde edilen en ilgi çekici bulgulardan biri, bazı tipik anjiyojenik EC'lerin varlığıdır.böbreksağlıklı yetişkin farelerde korteks ve medulla6,10. Bu REC'ler, anjiyojenik göçmen EC'lere (uç hücreler olarak da bilinir) benzeyen bir genetik program ile karakterize edilir (Şekil 7a). Bu hücreler muhtemelen anjiyojenik büyüme faktörlerine maruz kalırlar ve rolleri hala bilinmemekle birlikte yetişkin damar sisteminde vasküler rejenerasyona katkıda bulunabilirler. Böbrek içindeki hücreler, ya yapıcı bir şekilde (örneğin, podosit türevli VEGFA durumunda) ya da hipoksi, oksidatif stres, kayma stresi veya iltihaplanma gibi mikro-çevresel koşullardaki değişikliklere yanıt olarak anjiyojenik büyüme faktörleri üretebilir. Anjiyojenik büyüme faktörleri, glomerüllerin ve tübüllerin vaskülarizasyonunu sağlar.böbrektemel olarak filizlenme ve intussusceptive anjiyogenezin işbirliğine dayanan bir süreçte gelişme 257 (Şekil 7a,b). Örneğin, anjiyopoietinler ve onların aynı kökenli endotelyal reseptörü Tie2, lenfanjiyogenezi destekler ve fare embriyolarında AVR'nin gelişimi için kritiktir ve idrar konsantrasyonu yeteneği30 için gereklidir. VEGF sinyali ayrıca glomerüler mimarinin uygun gelişimi için gereklidir. Örneğin, yeni doğan farelerde VEGF'nin antikor aracılı nötralizasyonu, yüzeysel renal korteks ve glomerüllerde damar oluşumunu bozar ve sonuçta nefron gelişimini bozar258, oysa VEGFR2'nin doğum sonrası silinmesi glomerüler endoteline zarar verir48. Ayrıca, podosit kaynaklı VEGFA'nın kaybı glomerüler vaskülarizasyonu engeller ve perinatal ölüme yol açarken, Vegfa'nın heterozigotik kaybı glomerüler endotelinler ve proteinüri ile sonuçlanır49. Bu nedenle podosit türevli VEGF, glomerüler endotelin oluşturulması ve yetişkin kaputunda korunması için kritik bir ipucudur257. Benzer şekilde, tübüler epitel hücre kaynaklı VEGFA, peritübüler kılcal damarların gelişimi ve bakımı için gereklidir.⁵⁰.

İmmün aktivasyonda endotelyal aktivasyonda olduğu gibi, REC'lerin anjiyojenik sinyallemeye fizyolojik tepkisi, hastalık koşullarında düzensiz hale gelebilir.²⁵⁹. Örneğin, reddedilen hastalarda düzensiz anjiyogenez gözlenir.böbrekallogreftler²⁶⁰. Ayrıca, başta VEGF olmak üzere anjiyojenik faktörlerin kaybı, AKI261'den sonra kılcal damar kaybıyla ilişkilendirilmiştir; tersine, VEGF yukarı regülasyonu iyileşirböbrekfonksiyon ve VEGF uygulaması, iskemi-reperfüzyon hasarı bağlamında kılcal damar seyrekliğini azaltır^262,263. Deneysel ve klinik kanıtlar, KBH'de pro-anjiyojenik ve anti-anjiyojenik faktörler arasındaki dengenin bozulduğunu göstermektedir.^259,264. CKD, peritübüler kılcal damarların seyrekleşmesi ile karakterize olmasına rağmen,böbrekhipoksi, yenilenen tübüllerin yeniden farklılaşmasını önler ve böbrek fibrozuna katkıda bulunan endotelyal-mezenkimal geçişle ilişkili olması muhtemeldir, kılcal gREC'lerdeki proanjiyojenik sinyal, filtrasyon bariyerinin bozulmasını kolaylaştırır259. Örneğin, hayvan modellerinden elde edilen kanıtlar, diyabetik böbrek hastalığının erken evrelerinde, glomerül çevresinde bulunan glomerüler endotelyum ve EC'lerin VEGF aracılı anormal anjiyogeneze maruz kaldığını; bu modellerde anjiyogenezin blokajı böbrek fonksiyonunu iyileştirir²⁶⁵.

Intussusceptive damar büyümesi hakkında çok az şey bilinmekle birlikte, filizlenen anjiyogenez yoğun bir şekilde karakterize edilmiştir1. Filizlenme süreci, EC yüzey reseptörlerinin aktivasyonu ve anjiyojenik büyüme faktörleri tarafından aşağı akış sinyal yollarının aktivasyonu ve iki ana anjiyojenik EC fenotipinin ortaya çıkmasıyla düzenlenir - çoğalan EC'ler (sap hücreleri olarak da bilinir) ve göçmen EC'ler (uç hücreler olarak da bilinir; başka bir yerde ayrıntılı olarak açıklanan^1,266,267). Metabolik düzeyde, her anjiyojenik EC tipinin proliferatif veya göçmen fenotiplerine göre özel ihtiyaçları (enerji ve biyokütle talepleri) vardır ve metabolizmalarını buna göre uyarlar144 (Kutu 1). Sağlıklı yetişkin farelerde tek hücreli RNA-seq çalışmaları ile tanımlanan anjiyojenik REC'lerin, uç hücrelerinkine benzer fenotipik ve metabolik aktivite sergileyip sergilemediği henüz belirlenmemiştir. Ayrıca, metabolik destek gibi metabolik stratejilerin anjiyogenezi veya lenfanjiyogenezi teşvik etme potansiyeli,böbrekonarım ve rejenerasyon ayrıca daha fazla araştırma gerektirir.

Böbrekte anjiyokrin sinyalizasyonu

EC'ler ayrıca büyüme faktörlerinin ve sitokinlerin salınımı ve yapışma moleküllerinin ekspresyonu yoluyla komşu hücrelerine doğrudan talimat verir268. İçindeböbrekvaskülatür, vücudun gelişimini ve bakımını sürdüren bir niş oluşturur.böbrekyapı ve işlev4,11. Bu kavramın doğrudan kanıtı, farelerin böbrek kapsülü altında organoidin transplantasyonu yoluyla vaskülarizasyonu ve kan akışını teşvik ederek glomerüler ve tübüler yapıların olgunlaşmasının indüklenebildiği, indüklenmiş pluripotent kök hücreden türetilmiş böbrek organoidlerinin çalışmaları ile sağlanır269. Ek olarak, embriyonik fare böbreklerinde glomerüler endotelin bozulması, podosit olgunlaşmasını, özellikle ayak çıkıntılarının ve yarık diyaframların kazanılmasını önler.⁴⁹. İlginç bir şekilde, hem gelişen hem de yetişkin böbrek damar sistemi, endokrin faktörlerin ifadesinde uzamsal farklılıklar gösterir. Glomerulusun gelişimi sırasında, EC'den türetilen matris metalloproteinaz 2, EC'lerin glomerüler montaj için podositlerle etkileşimini düzenler gibi görünmektedir.²⁷⁰PDGFB'nin ekspresyonu mezanjiyal hücrelerin alımını uyarır.^271,272. Gelişmekte olan glomerüler endotel ayrıca Fgf1 ve Vegfa, Notch ligandı Dll4, nöronal kılavuz işaret Sema5a ve Wnt antagonisti Dkk2 (refs4,11) gibi büyüme faktörü genlerini de ifade eder; Dkk2 ayrıca yetişkinlik döneminde JGA ile ilişkili olan afferent arteriyol gREC'lerinde zenginleştirilmiştir10. Gelişmekte olan renal arterler ve arteriyoller ayrıca Pdgfb, Tgfb2 ve Ltbp4 (ref. 11); Tgfb2 ve Ltbp4'ün ifadesi, yetişkinlik döneminde aynı REC alt kümelerinde zenginleştirilmiş halde kalır10. Şaşırtıcı bir şekilde, insülin benzeri büyüme faktörü sinyal sistemi, yetişkin içinde net bir bölgeleme gösterir.böbrekvaskülatür: Igf1 esas olarak şu şekilde ifade edilir:böbrekpapilladaki AVR'nin REC'leri tarafından medulla, Igfbp7, mREC'lerin geniş bir belirteci olarak kabul edilir, Igfbp4, afferent arteriolar gREC'lerde bulunur, Igfbp3 çoğunlukla peritübüler kapiller cREC'ler tarafından eksprese edilir ve Igfbp5, hem kortikal peritübüler kapillerlerde hem de 10'da zenginleştirilmiştir. Diğer birçok endokrin faktörü de yetişkin fare böbreklerinde farklı EC fenotipleri arasında heterojen ekspresyon gösterir10. bakımındaki rolleriböbrekdoku ve fonksiyonları araştırılmaya devam etmektedir.

Anjiyokrin sinyalizasyon, böbrek hasarı sonrası onarım süreçleri için de kritik öneme sahiptir. Örneğin, REC'ler, inflamatuar yanıtları düzenleyerek veya pro-tübülojenik sinyaller sağlayarak AKI'den sonra renal iyileşmeye katkıda bulunabilir.²⁷³. Kokültürlerde, renal proksimal tübül hücreleri, VEGF, TGF, onun antagonisti 2-makroglobulin ve hepatosit büyüme faktörü dahil olmak üzere bir dizi anjiyokrin faktörünü eksprese etmek için REC'leri uyarır ve bu da proksimal tübülün hayatta kalmasını, çoğalmasını ve farklılaşmasını destekler. hücreler274. Kılcal damar enderliğinin, muhtemelen yetersiz anjiyokrin sinyallerine bağlı olarak, bozulmuş epitelyal rejenerasyon, nefron kaybı ve proinflamatuar ve fibrotik sinyallerle sonuçlanan 'kronik hasar-düzensiz onarım' süreçlerini indüklemesi muhtemeldir273. Bu hipotezi desteklemek için endotelyal progenitör hücre ekstraktlarının AKI hayvan modellerinde kılcal kaybı önleyerek ve fibrozu azaltarak renoprotektif aktiviteye sahip olduğunu gösteren kanıtlar, lösemi inhibitör faktör gibi endokrin faktörlerle fibroblast-miyofibroblast geçişini önleyen ve tersine çeviren kanıtlardır.²⁷⁵.

REC'lerin endokrin profillerini şekillendiren fizyolojik ve patolojik mikro ortamların daha fazla araştırılması garanti edilir. Ayrıca, REC metabolik süreçlerinin bu farklı endokrin imzalarla bağlantılı olduğu mekanizmalar henüz belirlenmemiştir. İlginç bir şekilde, bir 2020 çalışması, iskemi sonrası kas rejenerasyonunda endokrin metabolit iletişimini tanımladı. Bu çalışma, EC'den türetilen laktatın makrofajları pro-rejeneratif M2-benzeri bir fenotip benimsemeye indüklediğini gösterdi ve benzer bir mekanizmanın kalıtsal olarak ortaya çıkıp çıkmayacağı sorusunu gündeme getirdi.böbrekiskemik hakaretlerden sonra rejenerasyonu teşvik etmek²⁷⁶.

Sonuçlar

Memeli vasküler sistemi, uzun zamandır oksijen ve besinlerin farklı organlara taşınması ve ayrıca atıkların uzaklaştırılması için pasif bir kanal olarak kabul edilmekte ve endotel bir kan-doku bariyeri görevi görmektedir. Vasküler alandaki yoğun araştırmalar, endotelin sadece vazoton ve inflamasyonun düzenlenmesinde değil, aynı zamanda endokrin aracıların üretimi, bağışıklık ve organ fonksiyonu yoluyla organ olgunlaşmasında da aktif bir rol oynadığını gösterdiğinden, bu paradigma artık geçerli değildir. EC'lerin bu süreçler için önemi, her organın özel ihtiyaçlarına göre uyarlanmış ve hücresel ve hücresel olmayan mikro çevre tarafından şekillendirilmiş benzersiz bir endotelden yararlandığı gerçeğiyle kanıtlanır.

içindeki endotelböbrekbu organa özgüdür ve sıvı ve kan basıncı homeostazında böbreğin çoklu aktivitelerini sürdürmek için büyük bir heterojenlik sergiler. Önemli olarak, REC işlev bozukluğu sadece böbrek hastalığı ile ilişkili değildir, aynı zamanda böbrek endotelini ilgili bir terapötik hedef olarak tanımlayarak hastalığın ilerlemesini de sağlayabilir. Son on yılda, kapsamlı analizler, EC'lerin metabolizmasının hücresel ve hücre altı seviyelerde sıkı bir şekilde düzenlendiğini ve farklı EC fenotiplerinin benzersiz metabolik profiller sergilediğini ortaya koydu. EC metabolizmasının plastisitesi, EC'lerin mikro ortamlarındaki değişikliklere aktif olarak yanıt vermelerini sağlayan, aynı zamanda terapötik hedefleme için potansiyel bir fırsat sağlayan EC fenotipik davranışını düzenlemek için bir mekanizma sağlar. Örneğin, tümör EC'lerinde endotelyal PFKFB3'ün inhibisyonu, normalleştirilmiş glikolitik akı ve gelişmiş damar olgunlaşması, azalmış endotel aktivasyonu ve endotel bariyerinin sıkılaşması ile ilişkilidir.²⁷⁷. Ayrıca, EC'lerin asetil-CoA öncüsü asetat ile takviyesi, in vitro ve in vivo olarak (lenf) anjiyogenezi teşvik eder.^278–280. Spesifik diyetler ayrıca yeni terapötik yollar sunabilir: 2019'da yapılan bir çalışma, ketojenik bir diyetin, LEC'lerde asetil-CoA havuzunu artırarak ve bir hayvan modelinde lenfödemi azaltarak lenfanjiyogenezi desteklediğini göstermiştir.²⁸¹

Benzer şekilde,böbrek, REC'lerin fenotipik heterojenliğinin, hem sağlıkta hem de hastalıkta hücresel ihtiyaçlara ve mikro çevreden gelen sinyallere metabolik adaptasyonlar tarafından yönlendirildiği düşünülmektedir. Endotel disfonksiyonunun yanı sıra anjiyogenez ve lenfanjiyogenezin metabolik hedeflemesi, böbrek hastalığı bağlamında böbrek fonksiyonunu iyileştirmeye yönelik potansiyel stratejilerdir. Böbrek organoidleri, yenileyici bir yaklaşım olarak önerilmiştir.böbrekancak gelişmiş vaskülatür eksikliği önemli bir sınırlamadır.^282–284. Teşvik etmek için stratejiler (metabolik stratejiler dahil)böbrekorganoid vaskülarizasyonu ve EC olgunlaşmasını teşvik etmek, bu organoidlerin olgunlaşmasını teşvik edebilir ve nihayetinde terapötik kullanımlarını kolaylaştırabilir.²⁶⁹. Renal endotelyumun özgüllükleri hakkında daha fazla araştırma yapılmasına ihtiyaç duyulmasına rağmen, mevcut kanıtlar bu hücreler için önemli bir rolü desteklemektedir.böbrekfizyolojik süreçler ve REC'lerin (metabolik) hedeflenmesinin böbrek iyileşmesini ve rejenerasyonu teşvik etmek için oldukça faydalı bir strateji olabileceğini öne sürüyor.

1. Carmeliet, P. & Jain, RK Moleküler mekanizmalar ve anjiyogenezin klinik uygulamaları. Doğa 473, 298-307 (2011).

2. Wong, BW, Zecchin, A., Garcia-Caballero, M. & Carmeliet, P. Organa özgü lenfatik damarlarda ortaya çıkan kavramlar ve lenfatik gelişimin metabolik düzenlenmesi. geliştirici Hücre 45, 289–301 (2018).

3. Marcu, R. ve ark. İnsan organına özgü endotel hücre heterojenliği. iScience 4, 20–35 (2018).

4. Nolan, DJ ve ark. Organ bakımı ve rejenerasyonunda dokuya özgü mikrovasküler endotel hücre heterojenliğinin moleküler imzaları. geliştirici Hücre 26, 204–219 (2013).

5. Augustin, HG & Koh, GY Organotipik vaskülatür: tanımlayıcı heterojenlikten fonksiyonel patofizyolojiye. Bilim 357, eaal2379 (2017).

6. Kalucka, J. ve ark. Murin endotel hücrelerinin tek hücreli transkriptom atlası. Hücre 180, 764–779.e20(2020).

7. Herzlinger, D. & Hurtado, R. Renal vasküler yatağın modellenmesi. Semin. Hücre Geliştirme Biol. 36, 50–56(2014).

8. Jourde-Chiche, N. et al. Böbrek sağlığı ve hastalığında endotel yapısı ve işlevi. Nat. Nefrol. 15, 87–108 (2019).

9. Molema, G. & Aird, WC Böbrekte vasküler heterojenite. Semin. Nefrol. 32, 145–155 (2012).

10. Dumas, SJ ve ark. Tek hücreli RNA dizilimi, böbrek endotel heterojenliğini ve su yoksunluğuna metabolik adaptasyonu ortaya koymaktadır. J. Am. Soc. Nefrol. 31, 118–138 (2020).

11. Barry, DM ve ark. Böbrekte nefron vasküler uzmanlığının moleküler belirleyicileri. Nat. Komün. 10, 5705 (2019).

12. Jang, C. ve diğerleri. Domuzlarda ölçülen memeli organları arasındaki metabolik değişim. Hücre Metab. 30, 594–606.e3 (2019).

13. Wong, BW, Marsch, E., Treps, L., Baes, M. & Carmeliet, P. Sağlık ve hastalıkta endotel hücre metabolizması: hipoksinin etkisi. EMBO J. 36, 2187–2203(2017).

14. Makris, K. & Spanou, L. Akut böbrek hasarı: tanım, patofizyoloji ve klinik fenotipler. Klinik. Biyokimya. Rev. 37, 85–98 (2016).

15. Levey, AS ve ark. Kronik böbrek hastalığının tanımı ve sınıflandırılması: Böbrek Hastalığı: Küresel Sonuçları İyileştirme (KDIGO)'dan bir pozisyon beyanı. Böbrek İnt. 67, 2089–2100 (2005).

16. Verma, SK & Molitoris, BA Akut böbrek hasarında böbrek endotel hasarı ve mikrovasküler fonksiyon bozukluğu. Semin. Nefrol. 35, 96-107 (2015).

17. Goligorsky, MS Kronik böbrek hastalığında endotel hücre disfonksiyonunun patogenezi: retrospektif ve geleceğin neler getirebileceği. Böbrek Araş. Klinik. Pratik yapın. 34, 76-82 (2015).

18. Rosivall, L. & Peti-Peterdi, J. Afferent arteriyollerin heterojenliği-morfoloji ve fonksiyon arasındaki korelasyonlar. Nefrol. Aramak. Transpl. 21, 2703–2707(2006).

19. Guerci, P., Ergin, B. & İnce, C. Böbreğin makro ve mikro dolaşımı. En İyi Uygulama. Araş. Klinik. Anesteziol. 31, 315–329 (2017).

20. Wang, K. & Kestenbaum, B. Proksimal tübüler salgı klerensi: böbrek fonksiyonunun ihmal edilmiş bir ortağı. Klinik. J. Am. Soc. Nefrol. 13, 1291–1296 (2018).