Частина 2. Фенотипова різноманітність і метаболічна спеціалізація ниркових ендотеліальних клітин

Контакт: Одрі Ху Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Електронна пошта:audrey.hu@wecistanche.com

Себастьян Ж. Дюма^1,6, Ельда Мета^1,6, Міла Боррі^1,6, Юнлун Луо ^2,3, Сюрі Лі⁴, Тон Дж. Рабелінк⁵і Пітер Кармелієт^1,4

Натисніть тут, щоб переглянути частину 1

Ключові моменти

• Ендотелій у різних органів відрізняється, ймовірно, для підтримки різних функцій органів.

• Кілька спеціалізованих фенотипів ендотеліальних клітин співіснують у ниркових клубочках, корі та мозковій речовині; вони функціонують для підтримки клубочкової фільтрації, реабсорбції та секреції іонів і метаболітів, а також концентрації сечі.

• Різні місцеві мікросередовища вниркаформують молекулярну та метаболічну неоднорідність ендотелію нирок; навпаки, ендотеліальні клітинні ендокринні фактори підтримують ніші різнихниркамікросередовища.

• Метаболізм ниркових ендотеліальних клітин може бути змінений у контекстіниркатравмаі хвороби, частково в результаті змін мікросередовища.

• Краще розуміння фенотипової різноманітності та метаболічної спеціалізації ниркових ендотеліальних клітин може допомогти визначити нові мішені для лікуванняниркахворобиіниркарегенерація.

Cistanche tubulosa запобігає захворюванням нирок, натисніть тут, щоб отримати зразок

Реакція REC на зміни напруги зсуву EC постійно піддається дії сили розтягування, спричиненої пульсацією кровотоку та сили тертя, паралельної стінці судини, напруги зсуву рідини¹⁹⁵. Ці клітини здатні відчувати ці сили та перетворювати їх у біохімічні сигнали, які можуть впливати на гомеостаз судин, регулюючи тонус судин і ремоделювання EC, що регулює кровотік відповідно до вимог тканин195. Цікаво, що ЕК з різних ділянок судинного русла піддаються впливу певних типів потоку та реагують відповідно195 (рис. 5а). В артеріях і артеріолах кровообіг є дуже пульсуючим, тоді як у капілярах він має таку ж величину, але менш пульсуючий, а у венулах і венах кровотік приблизно в три-десять разів нижчий, а пульсація мінімальна195. Внирка, the vasculature of the cortex receives >94 відсотки ниркового кровотоку¹⁹⁶припускаючи, що медулярна васкулатура піддається дії середовища з відносно низьким напругою зсуву. Навпаки, gREC піддаються дії відносно високого напруження зсуву (за оцінками, від 1 дин/см2 до 95 дин/см2) в результаті високого кровотоку та тиску в поєднанні з підвищеною в’язкістю крові в результаті фільтрації. процес197 (рис. 5б). Вплив gREC напруги зсуву є критичним, оскільки він запобігає агрегації тромбоцитів, частково шляхом індукції конформаційного розгортання глікопротеїну крові фактора фон Віллебранда (vWF), що підвищує його сприйнятливість до розщеплення металопротеазою ADAMTS13^198,199. Важливість цього явища для здоров’я gREC демонструється протромботичним фенотипом, що спостерігається при гемолітично-уремічному синдромі, асоційованому з токсином Шига. Токсин Шига сприяє секреції vWF gREC та утворенню надвеликих мультимерів vWF, які є стійкими до розщеплення ADAMTS13 та індукують тромботичну мікроангіопатію в клубочках іниркамікросудинного русла200, що зрештою призводить до ГПН. При тромботичній тромбоцитопенічній пурпурі низька активність ADAMTS13 призводить до подібного результату¹⁹⁹.

Важливість напруги зсуву також ілюструється розвитком атеросклеротичних уражень ниркових артерій, що може призвести до стенозу ниркової артерії — єдиної найбільшої причини вторинної гіпертензії201,202. Ці ураження розвиваються в атеропронних областях в артеріях і артеріолах, які піддаються меншій напрузі ламінарного зсуву, ніж інші області, наприклад, області артеріальної біфуркації, де кровотік зазвичай порушується 201 (рис. 5c).

Вплив напруги ламінарного зсуву на ЕК.Ламінарне напруження зсуву індукує регуляцію транскрипційних факторів Крюппеля-подібного фактора 2 (KLF2) і KLF4 в ЕК, частково через вивільнення АТФ і подальшу активацію пуринергічних рецепторів P2X4203, а частково через активацію сигналізації MEK5–ERK5–MEF2 шлях^204,205(Рис. 5d). Внирка, Klf2 і Klf4 разом із цільовим геном KLF4, Thbd (який кодує тромбомодулін), як повідомлялося, є маркерами gRECs, отриманих з еферентних артеріол у дорослих мишей.^10,11(Рис. 3б). Розташування цих маркерів, що реагують на потік, узгоджується з тим фактом, що REC, розташовані в місці безпосереднього виходу клубочків, піддаються високій ламінарній напрузі зсуву, потенційно пов’язаній з високою в’язкістю крові в цій області. Підвищена регуляція та активація KLF2 опосередковує стан спокою EC, що характеризується збільшенням експресії VE-кадгерину та -катеніну для підтримки щільного судинного бар’єру206, вирівнювання ECs у напрямку потоку207, інгібування запалення та підтримки антиатерогенного фенотипу, підвищення регуляції антиоксидантів і зниження судинного тонусу в результаті ендотеліального виробництва NO і простациклінів 208–210 (рис. 5d). Активація KLF2 у gRECs захищала їх від травм і прогресування захворювання на тваринних моделях ХХН^211,212. Відповідно, KLF2 посилюється в ендотелії клубочків у відповідь на напругу зсуву in vitro, де він сприяє антикоагулянтному та протизапальному фенотипу та викликає залежне від ендотелію зниження опору бар’єру подоцитів, необхідного для належної функції фільтрації204. Посилення регуляції gREC KLF2 внаслідок клубочкової гіперфільтрації забезпечувало захист від дисфункції ЕК і послаблювало прогресування ХХН у моделі односторонньої нефректомії212. І навпаки, втрата ендотеліального KLF2 посилювала гіпертрофію клубочків і протеїнурію в моделі індукованої стрептозотоциномдіабетичнийнирказахворювання²¹¹. Ендотеліальний KLF4 також є ренопротекторним при AKI213. EC-специфічна втрата KLF4 посилила ураження нирок у моделі ішемічного ГПН шляхом сприяння придбанню EC прозапального фенотипу²¹³. Однак варто зазначити, що KLF2 і KLF4 відіграють залежні від контексту ролі в ендотелії214. Наприклад, вони можуть сприяти активації ЕК та утворенню уражень, що призводять до церебральних кавернозних мальформацій у розвитку^214,215.

Вплив ламінарного зсуву знижує поглинання глюкози²¹⁶і стимулює мітохондріальний біогенез в ЕК^217–219. Активація KLF2 знижує експресію PFKFB3 разом з іншими гліколітичними генами, такими як HK2 (який кодує гексокіназу 2) і PFK1 (який кодує фосфофруктокіназу 1 (PFK1)), що призводить до зниження гліколізу216 та переміщення доступних ранніх гліколітичних проміжних продуктів. до шляху біосинтезу гексозаміну та глюкуронової кислоти для синтезу UDP-GlcUA та UDP-GlcNAc відповідно, які є лімітуючими субстратами гіалуронансинтази (HAS2)^{133,220–222}. KLF2 також індукує експресію та мембранну транслокацію HAS2 і подальший синтез компонента глікокаліксу гіалуронану^133,222. Таким чином, ЕК, піддані впливу ламінарного потоку, демонструють набагато товстіший глікокалікс, ніж ЕК, піддані впливу порушеного потоку133 (рис. 5d,e). EC-специфічне видалення Has2 має глибокий вплив нанирка, включаючи порушення структури глікокаліксу капілярних gRECs, порушення гломерулярних ендотеліальних фенестрацій40, альбумінурію, що вказує на дисфункцію фільтраційного бар’єру, порушення глікокалікс-залежної передачі сигналів ангіопоетину 1 та аномальні структури подоцитів в результаті аномального перехресного зв’язку EC–подоцити, що призводить до клубочкової розрідження капілярів і гломерулосклероз⁴⁰.

Мітохондріальне дихання та генерація АТФ також посилюються в ЕК при односпрямованому потокі порівняно з тими, які піддаються впливу порушеного потоку223,224. Блокада генерації АТФ у мітохондріях пригнічує вивільнення АТФ, спричинене стресом зсуву, тоді як, навпаки, інгібування гліколізу не має ефекту, що свідчить про те, що дихання мітохондрій EC необхідне для активації пуринергічного рецептора, який, у свою чергу, індукує експресію KLF2 у відповідь на напругу зсуву^203,218,224. Крім того, мітохондріальний біогенез посилюється у відповідь на стрес зсуву завдяки активації сигнального каскаду SIRT1–PGC1a–TFAM217,219, тоді як експресія генів антиоксидантів, таких як гемоксигеназа 1 і глутаредоксин 1, посилюється для захисту ЕК від ROS225,226 (рис. 5d). Інгібування ланцюга транспортування електронів у ЕК, які піддаються ламінарному потоку, призвело до запалення ЕК, що свідчить про те, що мітохондріальне дихання запобігає активації ЕК²²³. Внирка, активація 5-рецептора HT1F для стимуляції мітохондріального біогенезу в REC може зменшити розрідження судин і сприяти відновленню після травми, як було показано на моделі AKI227.

KLF4 також індукує регуляцію холестерин-25- гідроксилази (CH25H) і печінкового Х-рецептора під впливом атеропротекторного пульсуючого зсуву²²⁸. CH25H каталізує вироблення 25-гідроксихолестерину, який запобігає активації протеїну 2, що зв’язує регуляторний елемент стеролу (SREBP2), важливого медіатора у відповіді EC на порушення кровотоку (див. нижче)229,230. Таким чином, модуляція експресії KLF2 і KLF4 і активація ламінарним напругою зсуву і їх наступні метаболічні реакції можуть відігравати вирішальну роль у підтримці спокою REC і клубочкової фільтрації (рис. 5d).

Вплив порушеного кровотоку на ЕК.ЕК, які піддаються впливу порушеного кровотоку, наприклад, артеріальних біфуркацій або викривлень, активуються та демонструють прозапальний та атерогенний фенотип231 (рис. 5e). Таким чином, активація артеріальних і аферентних артеріолярних REC, розташованих у таких атеропронних областях, може сприяти розвитку атеросклеротичного стенозу ниркової артерії.

Експресія KLF4 пригнічується порушенням кровотоку, з підвищеним метилюванням промоторної області KLF4, що запобігає зв’язуванню MEF2 і подальшій транскрипції KLF4²³². Крім того, мікроРНК (miR)-92a, яка індукується в атеропронових областях у відповідь на низьку напругу зсуву, пригнічує ендотеліальну експресію KLF2, KLF4 і SIRT1 і знижує регуляцію фосфатази фосфатидної кислоти типу 2B (PPAP2B)216,233,234. В умовах нормального ламінарного напруження зсуву PPAP2B дефосфорилює циркулюючу лізофосфатидну кислоту (LPA), запобігаючи її зв’язуванню з рецептором LPAR1, який в іншому випадку індукує прозапальну передачу сигналів233 (рис. 5e). Втрата ендотелієм PPAP2B призводить до посилення місцевого та системного запалення, пов’язаного зі збільшенням ендотеліальної проникності235. Передача сигналів LPA бере участьнирказахворювання через індукцію АФК, запальних цитокінів і фіброзу236

Вплив ендотелію на низький рівень напруги зсуву та порушений потік індукує експресію гліколітичних ферментів і піруватдегідрогенази кінази 1 (PDK1), таким чином від’єднуючи гліколіз від мітохондріального метаболізму та зменшуючи мітохондріальне дихання в ЕК.^223,237(Рис. 5д). Механічно порушений потік індукує виробництво АФК, що походить від NAD(P)H оксидази 4 (NOX4), і активує NF-κB, що призводить до регуляції та стабілізації HIF1 шляхом запобігання його деградації^223,237. Активація шляху NF-κB була пов’язана з активністю гепаринази та подальшою деградацією глікокаліксу^238.Згідно з цими висновками, активація NF-κB пригнічується хронічним стресом зсуву в ендотелії клубочків239. Активація HIF1 у відповідь на порушений потік посилює артеріальну проліферацію ЕК та експресію маркерів запалення, тоді як інгібування гліколізу запобігає цим відповідям223,237. Крім того, активація мітохондріального окисного фосфорилювання запобігає прозапальному фенотипу, індукованому порушенням кровотоку в артеріальних ЕК.²²³.

Порушення низької напруги зсуву також індукують активацію прозапальних факторів транскрипції YAP і TAZ, тоді як ламінарна напруга зсуву пригнічує їх інтегрин-залежним способом^240,241. Активація YAP і TAZ модулює метаболізм EC шляхом стимуляції гліколізу та мітохондріальної активності залежно від MYC.²⁴², а також шляхом посилення глутамінолізу²⁴³. І навпаки, гліколітичний фермент PFK1 стимулює активність YAP і TAZ у циклі позитивного зворотного зв’язку244. YAP і TAZ є механорегуляторами сигнального шляху TGF-SMAD унирка. Було продемонстровано, що вони сприяють розвитку фіброзу нирок в експериментальній моделі односторонньої обструкції сечоводу, хоча роль REC у цій фіброзній відповіді в результаті переходу ендотелію в мезенхіму недостатньо вивчена^245,246

Цікаво, що ЕК, які піддаються впливу порушеного кровотоку, також демонструють активацію SREBP2, який посилює регуляцію генів, що беруть участь у синтезі холестерину, включаючи фермент, що обмежує швидкість мевалонатного шляху HMG-CoA-редуктази (рис. 5e), і зменшує відтік холестерину^230,247, підвищуючи внутрішньоклітинний рівень холестерину в ЕК^230,247. Цікаво, що інгібування ГМГ-КоА-редуктази статинами індукує ендотеліальне збільшення експресії KLF2 і знижує прозапальну передачу сигналів за допомогою NF-κB, HIF1 і YAP-TAZ, таким чином індукуючи EC-подібну відповідь на ламінарний потік^241,248,249. Крім того, активація SREBP2 сприяє транскрипції miR-92a, посилює експресію NOX2, що індукує продукцію АФК, і збільшує експресію інфламмасоми NLRP3, зрештою сприяючи ендотеліальному запаленню та атеросклерозу216,230. Таким чином, SREBP2 може бути одним із ключових чинників ендотеліальної відповіді ниркових артерій і аферентних артеріол на порушений потік.

Реакція REC на зміни осмолярності

Theниркиможе виробляти сечу з різною осмолярністю в залежності від стану гідратації. Протитоковий мультиплікатор петлі Генле генерує медулярний градієнт осмолярності, який лежить в основі механізму концентрації сечі та визначає кінцеву осмолярність сечі. Коротко кажучи, TALH — сегмент канальця, який здебільшого непроникний для води — активно переміщує NaCl із фільтрату до медулярного інтерстицію, встановлюючи різницю осмолярності 20 мОсм/кг H2O у висхідному та низхідному потоці.²⁵⁰ (Рис. 6а). У якості осмотичної відповіді вода реабсорбується через тонку низхідну кінцівку Генле (TDLH), таким чином збільшуючи осмолярність фільтрату250. Коли цей фільтрат просувається від TDLH до TALH, активна реабсорбція NaCl TALH відновлює різницю в осмолярності 20 мОсм/кг H2O між TALH та інтерстицієм, ще більше збільшуючи осмолярність медулярного інтерстицію250. Множення цих невеликих відмінностей осмолярності між протитечійними потоками призводить до великого кортикомедулярного градієнта осмоляльності (множник протитоку)²⁵⁰. На рівні vasa recta відтік води, який сприяють аквапорини, відбувається паралельно з реабсорбцією сечовини та NaCl у DVR, що обумовлено різницею між осмолярністю крові та медулярної осмолярністю, що призводить до підвищення осмолярності крові до сосочка.²⁵⁰(Рис. 6а). Навпаки, сильно фенестрований AVR реабсорбує медулярну воду та вивільняє NaCl в інтерстицій, оскільки кров, що надходить із сосочка, має вищу осмолярність, ніж медуллярний інтерстицій.²⁵⁰(Рис. 6а). Цей протитечійний обмін між DVR і AVR підтримує градієнт медулярної осмолярності, створений системою протиточного мультиплікатора (рис. 6a). Висока осмолярність мозкової речовини також підтримується збірними протоками, які активно експортують сечовину у внутрішній медулярний інтерстицій, одночасно концентруючи сечу відповідно до градієнта медулярної осмолярності за допомогою водного транспорту, який сприяє аквапорину. Як наслідок, медулярні клітини, включаючи mREC, піддаються впливу екстремальних рівнів гіперосмолярності, особливо в умовах дегідратації, коли осмоляльність може підвищуватися до 1400 мОсм/кг у людей²⁵⁰(Рис. 6а). Як описано нижче, наявні дані свідчать про те, що mREC адаптувалися до цих екстремальних умов шляхом активації захисних механізмів і розвитку специфічного метаболічного профілю10. Слід зазначити, що інші (R)ECs можуть піддаватися гіперосмолярним станам як наслідок гіперглікемії в контексті цукрового діабету²⁵¹.

Реакція ECs на умови гіперосмолярності була погано досліджена, більшість досліджень у цій галузі зосереджено на ниркових епітеліальних клітинах, у яких гіперосмолярність викликає зупинку клітинного циклу, виробництво ROS та пошкодження ДНК²⁵². Зокрема, реакція епітелію на гіперосмолярність характеризується реорганізацією цитоскелетного актину за допомогою процесу, залежного від інтегринів і родини Rho GTPases253, активації Na плюс каналів NHE4 (посилання 254), NKCC1 і NKCC2 (посилання 255). ), і результуючий приплив іонів Na плюс для підтримки об’єму клітини. Ці відповіді викликають експресію білків теплового шоку для підтримки правильного згортання білків і активації чутливого до гіперосмолярності фактора транскрипції TonEBP (також відомого як NFAT5); в умовах тривалої гіперосмолярності, наприклад у сосочку, ці відповіді в кінцевому підсумку призводять до накопичення інертних органічних осмолітів²⁵².

Дані дослідження транскриптомів на мишах, які зазнали депривації води, свідчать про те, що подібний процес відбувається в ендотелії медулярної нирки10 (рис. 6b). Ці mREC демонструють підвищену експресію генів, пов’язаних із шляхами гліколітичного та окисного фосфорилювання10 (рис. 6b). Крім того, аналізи транскриптомів показали, що ці клітини беруть участь у ферментативних і транспортних процесах, щоб сприяти накопиченню інертних органічних осмолітів, таких як похідні цукру, поліоли (зокрема, сорбітол, який утворюється шляхом поліолів, і міоінозит, який може поглинатися або синтезуватися з гліколітичних проміжних продуктів), амінокислот (зокрема, таурину) і, можливо, метиламінів, таких як бетаїн і гліцерофосфохолін — щоб збалансувати осмолярність між внутрішньоклітинним і позаклітинним компартментами10 (рис. 6b). При тривалій депривації води mRECs також активізують Na плюс /K плюс АТФазу, імовірно, для обмеження внутрішньоклітинного накопичення Na плюс (рис. 6b). У цих умовах окисне фосфорилювання, яке дає 32 молекули АТФ на молекулу глюкози, буде представляти більш ефективну стратегію, ніж анаеробний гліколіз, який вивільняє лише дві молекули АТФ на молекулу глюкози, для підтримки вищої активності Na плюс /K плюс АТФази. Крім того, деякі з проміжних продуктів гліколізу, які накопичуються в ECs під впливом гіперосмолярних умов, ймовірно, відхиляться від своєї гліколітичної долі, щоб увійти в шляхи синтезу осмоліту, зокрема поліоли, сорбіт та міоінозит¹⁰. Разом ці метаболічні адаптації mREC до змін осмолярності забезпечать їх виживання в екстремальних гіперосмолярних середовищах і дозволять їм підтримуватиниркафункція^10,256.

EC адаптація в гомеостазі тканин

EC керуються сигналом ангіогенного фактора росту від опорних клітин, таких як перицити, епітеліальні клітини та подоцити. І навпаки, ендотелій дає інструкції своїм безпосереднім сусіднім клітинам за допомогою аутокринної сигналізації.

Вплив РЕК на ангіогенні фактори

Незважаючи на те, що ЕК вважаються неактивними у зрілому віці за фізіологічних умов, одним із найбільш інтригуючих висновків, отриманих за допомогою доступних одноклітинних досліджень РНК-seq на РЕК, є наявність деяких типових ангіогенних ЕК униркакори та мозкової речовини у здорових дорослих мишей6,10. Ці REC характеризуються генетичною програмою, схожою на програму ангіогенних мігруючих EC (також відомих як кінчикові клітини) (рис. 7a). Ці клітини, ймовірно, піддаються впливу ангіогенних факторів росту і можуть сприяти регенерації судин у судинній системі дорослої людини, хоча їх роль досі невідома. Клітини в нирках можуть продукувати ангіогенні фактори росту або конститутивним способом (наприклад, у випадку VEGFA, отриманого з подоцитів), або у відповідь на зміни в умовах мікросередовища, таких як гіпоксія, окислювальний стрес, напруга зсуву або запалення. Ангіогенні фактори росту стимулюють васкуляризацію клубочків і канальців під часниркарозвиток у процесі, який головним чином залежить від співпраці проростання та інвагінального ангіогенезу257 (рис. 7a, b). Наприклад, ангіопоетини та їхній споріднений ендотеліальний рецептор Tie2 підтримують лімфангіогенез і є критичними для розвитку AVR у мишачих ембріонів, а також необхідні для здатності концентрувати сечу30. Передача сигналів VEGF також необхідна для правильного розвитку клубочкової архітектури. Наприклад, опосередкована антитілом нейтралізація VEGF у новонароджених мишей порушує утворення судин у поверхневій корі нирок і клубочках і, зрештою, порушує розвиток нефронів258, тоді як постнатальна делеція VEGFR2 пошкоджує ендотелій клубочків48. Крім того, втрата VEGFA, отриманого з подоцитів, перешкоджає васкуляризації клубочків і призводить до перинатальної смерті, тоді як гетерозиготна втрата Vegfa призводить до гломерулярних ендотелінів і протеїнурії49. Таким чином, VEGF, отриманий з подоцитів, є критично важливою ознакою для встановлення ендотелію клубочків і підтримки його у дорослому капюшоні257. Подібним чином VEGFA, отриманий з епітеліальних клітин канальців, необхідний для розвитку та підтримки перитубулярних капілярів⁵⁰.

Як і у випадку з ендотеліальною активацією під час імунної активації, фізіологічна відповідь REC на ангіогенну передачу сигналів може порушуватися в умовах захворювання²⁵⁹. Наприклад, у відторгнених спостерігається порушення регуляції ангіогенезуниркаалотрансплантати²⁶⁰. Крім того, втрата ангіогенних факторів, головним чином VEGF, була причетна до втрати капілярів після AKI261; навпаки, покращується регуляція VEGFниркафункція, а введення VEGF зменшує розрідження капілярів у контексті ішемічно-реперфузійного ушкодження^262,263. Експериментальні та клінічні дані свідчать про те, що при ХХН баланс між проангіогенними та антиангіогенними факторами порушується^259,264. Хоча ХХН характеризується розрідженням перитубулярних капілярів, що сприяєниркагіпоксія, перешкоджає повторній диференціації регенеруючих канальців і, ймовірно, пов’язана з переходом ендотелію в мезенхіму, що сприяє фіброзу нирок, проангіогенна передача сигналів у капілярних gRECs сприяє руйнуванню фільтраційного бар’єру259. Наприклад, дані, отримані на тваринних моделях, свідчать про те, що на ранніх стадіях діабетичної хвороби нирок клубочковий ендотелій і ЕК, які знаходяться поблизу клубочка, зазнають аномального ангіогенезу, опосередкованого VEGF; блокада ангіогенезу в цих моделях покращує функцію нирок²⁶⁵.

Хоча мало що відомо про інвагінативний ріст судин, проростаючий ангіогенез був інтенсивно охарактеризований1. Процес проростання організовується через активацію поверхневих рецепторів EC і сигнальних шляхів, що передаються нижче за течією, ангіогенними факторами росту, а також через появу двох основних ангіогенних фенотипів EC — проліферуючих EC (також відомих як стеблові клітини) та мігруючих EC (також відомих як клітини верхівки; детально описано в іншому місці^1,266,267). На метаболічному рівні кожен ангіогенний тип EC має специфічні потреби (потреби в енергії та біомасі), відповідно до їх проліферативного або міграційного фенотипу, і відповідно адаптує свій метаболізм144 (вставка 1). Чи виявляють ангіогенні RECs, ідентифіковані одноклітинними дослідженнями RNA-seq у здорових дорослих мишей, фенотипічну та метаболічну активність, подібну до активності верхівкових клітин, ще належить визначити. Крім того, потенційна здатність метаболічних стратегій, таких як метаболічні добавки, сприяти ангіогенезу або лімфангіогенезу дляниркаремонт і регенерація також потребує подальшого дослідження.

Ангіокринний сигнал у нирках

ЕК також безпосередньо інструктують сусідні клітини через вивільнення факторів росту та цитокінів, а також експресію молекул адгезії268. Внирка, судинна система створює нішу, яка підтримує розвиток і підтримкуниркаструктура та функція4,11. Прямим доказом цієї концепції є дослідження індукованих плюрипотентних органоїдів нирок, отриманих із стовбурових клітин, у яких дозрівання клубочкових і тубулярних структур може бути індуковано шляхом сприяння васкуляризації та кровотоку через трансплантацію органоїду під ниркову капсулу мишей269. Крім того, порушення гломерулярного ендотелію в ембріональних нирках миші перешкоджає дозріванню подоцитів, зокрема придбанню ніжкових відростків і щілинної діафрагми.⁴⁹. Цікаво, що судинна система нирки, що розвивається, і дорослої нирки демонструє просторові відмінності в експресії ендокринних факторів. Під час розвитку клубочка матрична металопротеїназа 2, отримана з EC, здається, регулює взаємодію EC з подоцитами для складання клубочків²⁷⁰, тоді як експресія PDGFB стимулює залучення мезангіальних клітин^271,272. Ендотелій клубочків, що розвивається, також експресує гени факторів росту, такі як Fgf1 і Vegfa, ліганд Notch Dll4, нейрональний сигнал Sema5a та антагоніст Wnt Dkk2 (посилання 4, 11); Dkk2 також збагачений gREC аферентних артеріол, які асоціюються з JGA у дорослому віці10. Ниркові артерії та артеріоли, що розвиваються, також експресують фактори росту, включаючи Pdgfb, Tgfb2 і Ltbp4 (посилання 11); експресія Tgfb2 і Ltbp4 залишається збагаченою тими самими підмножинами REC у дорослому віці10. Вражаюче те, що сигнальна система інсуліноподібного фактора росту демонструє чітку зональність у дорослої людининиркаваскулатура: Igf1 в основному експресується вниркамедули за допомогою REC AVR у сосочку, Igfbp7 вважається широким маркером mREC, Igfbp4 виявляється в аферентних артеріолярних gREC, Igfbp3 переважно експресується перитубулярними капілярними cREC, а Igfbp5 збагачений як у кортикальних перитубулярних, так і в клубочкових капілярах10,11. Кілька інших ендокринних факторів також демонструють гетерогенну експресію серед різних фенотипів EC у нирках дорослих мишей10. Їх роль у підтримціниркатканини та функції ще належить дослідити.

Ангіокринна передача сигналів також є критичною для процесів відновлення після пошкодження нирок. Наприклад, REC можуть сприяти відновленню нирок після ГПН, регулюючи запальні реакції або надаючи протубулогенні сигнали²⁷³. У спільних культурах клітини проксимальних канальців нирок стимулюють REC для експресії низки ангіокринних факторів, включаючи VEGF, TGF, його антагоніст 2-макроглобулін і фактор росту гепатоцитів, які, у свою чергу, сприяють виживанню, проліферації та диференціації проксимальних канальців клітини274. Цілком імовірно, що розрідження капілярів індукує процеси «хронічної травми – нерегульованого відновлення», які призводять до порушення епітеліальної регенерації, втрати нефрону та прозапальних і фіброзних сигналів, можливо, через недостатність ангіокринних сигналів273. На підтримку цієї гіпотези є докази, які демонструють, що екстракти ендотеліальних клітин-попередників мають ренопротекторну дію на моделях ГПН на тваринах, запобігаючи втраті капілярів і зменшуючи фіброз, при цьому ендокринні фактори, такі як інгібуючий фактор лейкемії, запобігають і реверсують перехід фібробластів у міофібробласти.²⁷⁵.

Необхідне подальше дослідження фізіологічного та патологічного мікросередовища, яке формує ендокринні профілі РЕК. Крім того, механізми, за допомогою яких метаболічні процеси REC взаємодіють з цими різними ендокринними ознаками, ще належить визначити. Цікаво, що дослідження 2020 року описало зв’язок ендокринних метаболітів під час регенерації м’язів після ішемії. Це дослідження продемонструвало, що отриманий з EC лактат спонукає макрофаги приймати прорегенеративний M2--подібний фенотип, піднімаючи питання про те, чи може подібний механізм мати місце вниркадля сприяння регенерації після ішемічних інсультів²⁷⁶.

Висновки

Судинна система ссавців довгий час вважалася пасивним каналом для доставки кисню та поживних речовин до різних органів, а також для видалення відходів, причому ендотелій виконує роль кровотканинного бар’єру. Ця парадигма більше не діє, оскільки інтенсивні дослідження в області судин виявили активну роль ендотелію не тільки в регуляції вазотонії та запалення, але також у дозріванні органів через виробництво ендокринних медіаторів, імунітет і функцію органів. Про важливість ЕК для цих процесів свідчить той факт, що кожен орган отримує переваги від унікального ендотелію, адаптованого до його конкретних потреб і сформованого клітинним і неклітинним мікрооточенням.

Ендотелій вниркає унікальним для цього органу та демонструє велику гетерогенність, щоб підтримувати різноманітну діяльність нирки щодо гомеостазу рідини та артеріального тиску. Важливо, що дисфункція REC не тільки пов’язана із захворюванням нирок, але може спричиняти прогресування захворювання, визначаючи ендотелій нирок як відповідну терапевтичну мішень. За останнє десятиліття обширні аналізи показали, що метаболізм EC жорстко регулюється на клітинному та субклітинному рівнях і що різні фенотипи EC демонструють унікальні метаболічні профілі. Пластичність метаболізму EC забезпечує механізм оркестрування фенотипової поведінки EC, дозволяючи EC активно реагувати на зміни в їхньому мікросередовищі, але також забезпечуючи потенційну можливість для терапевтичного націлювання. Наприклад, інгібування ендотеліального PFKFB3 у пухлинних ЕК нормалізує гліколітичний потік і покращує дозрівання судин, що пов’язано зі зниженням ендотеліальної активації та зміцненням ендотеліального бар’єру.²⁷⁷. Крім того, додавання ЕК попередника ацетил-КоА, ацетату, сприяє (лімфо)ангіогенезу in vitro та in vivo^278–280. Спеціальні дієти також можуть запропонувати нові терапевтичні шляхи: дослідження 2019 року показало, що кетогенна дієта сприяє лімфангіогенезу, збільшуючи пул ацетил-КоА в LEC і зменшуючи лімфедему на тваринній моделі.²⁸¹

Так само внирка, вважається, що фенотипова гетерогенність RECs обумовлена ​​метаболічними адаптаціями до клітинних потреб і сигналів від мікрооточення як у стані здоров’я, так і при хворобі. Метаболічне націлювання на ендотеліальну дисфункцію, а також ангіогенез і лімфангіогенез є потенційними стратегіями для покращення функції нирок у контексті захворювання нирок. Органоїди нирок були запропоновані як регенеративний підхід до заміниниркафункції, але їх відсутність розвиненої судинної мережі є основним обмеженням^282–284. Стратегії (включаючи метаболічні стратегії) для стимулюванняниркаваскуляризація органоїдів і сприяння дозріванню ЕК може сприяти дозріванню цих органоїдів і в кінцевому підсумку полегшити їх терапевтичне використання²⁶⁹. Незважаючи на необхідність подальшого дослідження особливостей ниркового ендотелію, наявні дані підтверджують ключову роль цих клітин униркафізіологічних процесів і припускає, що (метаболічний) націлювання на REC може бути дуже корисною стратегією для сприяння відновленню та регенерації нирок.

1. Carmeliet, P. & Jain, RK Молекулярні механізми та клінічне застосування ангіогенезу. Nature 473, 298–307 (2011).

2. Wong, BW, Zecchin, A., Garcia-Caballero, M. & Carmeliet, P. Нові концепції щодо органоспецифічних лімфатичних судин і метаболічної регуляції розвитку лімфи. Dev. Осередок 45, 289–301 (2018).

3. Марку Р. та ін. Органоспецифічна гетерогенність ендотеліальних клітин людини. iScience 4, 20–35 (2018).

4. Нолан, DJ та ін. Молекулярні ознаки тканиноспецифічної гетерогенності мікросудинних ендотеліальних клітин у підтримці та регенерації органів. Dev. Осередок 26, 204–219 (2013).

5. Августин, Г. Г. та Ко, Г. Й. Органотипова васкулатура: від описової гетерогенності до функціональної патофізіології. Наука 357, eaal2379 (2017).

6. Kalucka, J. та ін. Одноклітинний транскриптомний атлас ендотеліальних клітин миші. Клітинка 180, 764–779.e20 (2020).

7. Herzlinger, D. & Hurtado, R. Формування ниркового судинного русла. Сьомін. Cell Dev. Biol. 36, 50–56 (2014).

8. Jourde-Chiche, N. та ін. Структура та функція ендотелію при здоров’ї та захворюваннях нирок. Нац. Преподобний Нефрол. 15, 87–108 (2019).

9. Molema, G. & Aird, WC Гетерогенність судин у нирках. Сьомін. Нефрол. 32, 145–155 (2012).

10. Dumas, SJ та ін. Секвенування одноклітинної РНК виявляє гетерогенність ниркового ендотелію та метаболічну адаптацію до дефіциту води. J. Am. Соц. Нефрол. 31, 118–138 (2020).

11. Barry, DM та ін. Молекулярні детермінанти спеціалізації судин нефрона в нирці. Нац. Комун. 10, 5705 (2019).

12. Jang, C. та ін. Обмін метаболітів між органами ссавців кількісно визначений у свиней. клітинний метаб. 30, 594–606.e3 (2019).

13. Wong, BW, Marsch, E., Treps, L., Baes, M. & Carmeliet, P. Метаболізм ендотеліальних клітин у здоров’ї та хворобах: вплив гіпоксії. EMBO J. 36, 2187–2203 (2017).

14. Makris, K. & Spanou, L. Гостре ураження нирок: визначення, патофізіологія та клінічні фенотипи. Clin. Біохім. 37, 85–98 (2016).

15. Levey, AS та ін. Визначення та класифікація хронічної хвороби нирок: заява про позицію з «Захворювання нирок: покращення глобальних результатів» (KDIGO). Kidney Int. 67, 2089–2100 (2005).

16. Verma, SK & Molitoris, BA Пошкодження ендотелію нирок і мікросудинна дисфункція при гострому ураженні нирок. Сьомін. Нефрол. 35, 96–107 (2015).

17. Голігорський, М. С. Патогенез дисфункції ендотеліальних клітин при хронічній хворобі нирок: ретроспектива та перспективи. Kidney Res. Clin. Практ. 34, 76–82 (2015).

18. Rosivall, L. & Peti-Peterdi, J. Гетерогенність аферентної артеріоли – кореляції між морфологією та функцією. Нефрол. Циферблат. транспл. 21, 2703–2707 (2006).

19. Guerci, P., Ergin, B. & Ince, C. Макро- та мікроциркуляція нирок. Найкраща практика. рез. Clin. Анестезіол. 31, 315–329 (2017).

20. Wang, K. & Kestenbaum, B. Проксимальний канальцевий секреторний кліренс: нехтований партнер функції нирок. Clin. J. Am. Соц. Нефрол. 13, 1291–1296 (2018).