1. osa neeru endoteelirakkude fenotüübiline mitmekesisus ja metaboolne spetsialiseerumine

Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-post: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. Rabelink⁵ja Peter Carmeliet^1,4

Cistanche tubulosa hoiab ära neeruhaiguse, proovi saamiseks klõpsake siin

Abstraktne |

Imetajate keeruline hulkrakuline elu tugineb kogu organismi ellujäämiseks erinevate organite funktsionaalsele koostööle. Theneerudmängivad selles protsessis olulist rolli vedeliku mahu ja koostise homöostaasi säilitamise kaudu, mis võimaldab teistel organitel oma ülesandeid täita. Neeru endoteelil on fenotüübilised ja molekulaarsed tunnused, mis eristavad seda teiste organite endoteelist. Veelgi enam, täiskasvanud neerude veresoonkond koosneb erinevatest populatsioonidest, mis paiknevad peamiselt rahutu, kuid mitte metaboolselt inaktiivsete endoteelirakkude (EC) sees.neerudglomerulid, ajukoor ja medulla. Kõik need populatsioonid toetavad teatud funktsioone, näiteks vereplasma filtreerimisel, vee ja lahustunud ainete reabsorptsioonil ja sekretsioonil ning uriini kontsentratsioonil. Nende erinevate EÜ populatsioonide transkriptsiooniprofiil viitab sellele, et nad on kohanenud kohalike mikrokeskkonna tingimustega (hüpoksia, nihkepinge, hüperosmolaarsus), võimaldades neil toetada neerufunktsioone. EC-de kokkupuude mikrokeskkonnast tulenevate angiogeensete teguritega mõjutab nende ainevahetust ja säilitabneerudareng ja homöostaas, samas kui EÜ-st tuletatud endokriinsed tegurid säilitavad erinevad mikrokeskkonna nišid. Neeruhaiguse kontekstis näitavad neerude EC-d nende metabolismi ja fenotüübi muutusi vastuseks patoloogilistele muutustele kohalikus mikrokeskkonnas, soodustades veelgi neerufunktsiooni häireid. Neeru EC-de mitmekesisuse ja spetsialiseerumise mõistmine võib pakkuda uusi võimalusi neeruhaiguste janeerudregenereerimine.

Imetajate veresoonkond koosneb kahest ühendatud ja tugevalt hargnenud võrgustikust, mis läbivad kogu keha – igaühel neist on teatud roll. Veresoonkonna süsteem tarnib hapnikku ja toitaineid parenhüümi kudedesse ning hõlbustab jäätmete eemaldamist, immuunseiret ja immuunrakkudega kauplemist, koagulatsiooni ning endokriinsete signaalide tootmist kudede säilitamiseks ja regenereerimiseks1. Seevastu lümfisüsteem juhib ekstravaseerunud interstitsiaalse vedeliku läbilaskvatest verekapillaaridest tagasi veenidesse ning hõlbustab immuunrakkude kaubitsemist ja lipiidide transporti². Kõik veresooned on vooderdatud vere endoteelirakkudega (BEC-d, edaspidi nimetatakse EC-deks), samas kui lümfisüsteemi endoteelirakud (LEC-d) moodustavad lümfisoonte sisemise kihi - iga populatsioon toetab oma veresoonkonna spetsiifilisi ülesandeid. Endoteeli heterogeensus ulatub aga palju kaugemale kui suured erinevused vere ja lümfisüsteemi endoteeli vahel. Eelkõige on erinevate elundite EC-del ainulaadsed molekulaarsed profiilid, mis toetavad elundi spetsiifilisi funktsioone^3–6. Theneerudkasukõrgelt spetsialiseerunud veresoonkonnast, mis on tihedalt seotud neeru epiteelisüsteemiga⁷. Täpsemalt eksisteerivad neeru endoteelirakkude (REC) fenotüüpiliselt erinevad populatsioonid kolmes anatoomilises ja funktsionaalses sektsioonis.neerud, glomerulid, ajukoor ja medulla – kus need toetavad spetsiifilisi neerufunktsioone8,9. Oluline on see, et tehnoloogilised edusammud on võimaldanud uurida REC-i heterogeensust üherakulisel tasemel, pakkudes uusi teadmisi nende spetsiifilisest rollist neeru tervises ja haigustes.^6,10,11.

Theneerudon oluline organismi homöostaasi säilitamiseks, reguleerides kehavedelike mahtu ja koostist⁷. Neerud saavad 20–25 protsenti südame väljundist ja neil on stereotüüpne veresoonte arhitektuur. See arhitektuur ei võimalda mitte ainult hapniku ja toitainete tarnimistneerud, vaid võimaldab osaleda ka vereplasma filtreerimises, ioonide ja metaboliitide reabsorptsioonis filtraadist, ioonide ja metaboliitide sekretsioonis primaarses uriinis ning uriini kontsentratsioonis.^7,8. Need hästi korraldatud protsessid võimaldavad peenhäälestada rakuvälise vedeliku mahtu, vererõhku, osmolaalsust ja ioonide kontsentratsiooni^7,8. Neerud reguleerivad ka tsirkuleerivate metaboliitide taset, mitte ainult metaboolseid jäätmeid väljutades, vaid ka näiteks glükoosi (glükoneogeneesi kaudu) ja aminohappeid vabastades.¹². Imetajate elundid vahetavad vereringe kaudu pidevalt metaboliite, kasutades selektiivselt oma metaboolset tegevust¹².

Sellest tulenevalt näitavad EC-de metaboolsed funktsioonid erinevates organites tõenäoliselt elundispetsiifilisi erinevusi, mida toetavad erinevate organite EC-de metaboolse transkriptoomi analüüsi tulemused.⁶. Lisaks võimaldab EC-de metaboolne plastilisus neil kohaneda ja reageerida keskkonnamuutustele, pidades silmas nende metaboolseid vajadusi ja funktsioone 3, 13. Uued tõendid viitavad sellele, et spetsialiseeritud REC-idneerudkohandama oma metaboolset transkriptsiooni neerufunktsiooni toetamiseks¹⁰.

REC-i düsfunktsiooniga kaasneb äge või progresseeruv kaduneerudfunktsiooni^14,15. Seda düsfunktsiooni seostatakse arteriaalse vasokonstriktsiooni suurenemise ja neerude verevoolu vähenemisega, põletikueelsete ja tromboosieelsete fenotüüpide omandamisega, mis soodustavad immuunrakkude adhesiooni ja infiltratsiooni ning mikrotrombide moodustumist, seinaperitsüütide dissotsieerumist endoteelikihist. kiht, endoteeli barjääri lagunemine, mille tulemuseks on interstitsiaalne turse, peritubulaarsete kapillaaride vähenemine (sellega soodustab neeru hüpoksiat) ja endoteeli-mesenhümaalne üleminek, mis soodustab neerufibroosi 16, 17, mis viitab sellele, et endoteeli võib sihtida neerude kaitseks. vigastusi ja/või neerufunktsiooni taastamiseks.

See ülevaade võtab kokku meie praeguse arusaamaneerudveresoonkond, keskendudes hiljutistele edusammudele meie arusaamises REC-de fenotüübilisest, molekulaarsest ja metaboolsest heterogeensusest seoses nende mikrokeskkonnaga. Arutame ka REC-i metabolismi sihtimise võimalikku rakendamist terapeutilise strateegiananeerudhaigusedvõi neerude taastamiseks.

Võtmepunktid

• Endoteel erineb erinevate organite vahel, tõenäoliselt selleks, et toetada erinevaid elundi funktsioone.

• Neeru glomerulites, ajukoores ja medullas eksisteerib koos mitu spetsiifilist endoteelirakkude fenotüüpi; need toetavad glomerulaarfiltratsiooni, ioonide ja metaboliitide reabsorptsiooni ja sekretsiooni ning uriini kontsentratsiooni.

• Erinevad kohalikud mikrokeskkonnadneerudkujundada neeru endoteeli molekulaarset ja metaboolset heterogeensust; vastupidi, endoteelirakkudest pärinevad endokriinsed tegurid säilitavad erinevate niššeneerudmikrokeskkonnad.

• Neeru endoteelirakkude metabolismi saab muuta kontekstisneerudvigastused ja haigused, osaliselt mikrokeskkonna muutuste tagajärjel.

• Neeru endoteelirakkude fenotüübilise mitmekesisuse ja metaboolse spetsialiseerumise parem mõistmine võib aidata tuvastada uusi sihtmärkeravineerudhaigusedjaneerudregenereerimine.

Neeru endoteeli heterogeensus

Neerude veresoonte anatoomia

Theneerudvarustatakse verega neeruarteri kaudu, mis pärast sisenemistneerudHargneb neeru õõnsuse kaudu segmentaalseteks, interlobaarseteks, kaarekujulisteks ja interlobulaarseteks arteriteks (joonis 1a) ja lõpuks aferentseteks arterioolideks, mis on kõrge resistentsusega veresooned, mis vastutavad glomerulaarse verevoolu ja glomerulaarfiltratsiooni kiiruse (GFR) kontrolli eest. 18. Aferentsetest arterioolidest siseneb veri glomerulaarkobarasse – tugevalt ummistunud glomerulaarkapillaaride võrgustikku, kus täiskasvanud inimestel toimub vereplasma ultrafiltratsioon kiirusega ~120–140 ml/min, võimaldades madala molekulmassiga lahustunud ainetel glomerulaardest väljuda. kapillaarid Bowmani ruumi¹⁹. Pärast osa plasmast filtreerimist väljub veri glomerulaarkimpust läbi eferentsete arterioolide, et vaskulariseerida distaalsed ja proksimaalsed keerdunud tuubulid, moodustades kortikaalse peritubulaarse kapillaarvõrgu. Peritubulaarsetes kapillaarides olev veri on rikastatud suure molekulmassiga lahustunud ainetega ja sellel on madal vedelikusisaldus glomerulaarse ultrafiltratsiooni käigus tekkinud vedelikukaotuse tõttu. Seega on peritubulaarsed kapillaarid pühendatud vee, ioonide ja oluliste toitainete reabsorptsioonile proksimaalsest.^7,20ja distaalsed tuubulid²¹. Mitmed ioonid nagu H plus (viide 22) ja K plus (viide 23) ning molekulid nagu kreatiniin²⁴ja ravimite metaboliidid²⁵— mida glomerulaarkapillaarid ei filtreerinud täielikult, kuid vajavad siiski organismist eemaldamist — liiguvad peritubulaarsetest kapillaaridest proksimaalsete20 või distaalsete tuubulite epiteelirakkudesse, et sekreteerida ja erituda uriiniga21. Juxtamedullaarsete nefronite eferentsed arterioolid tekitavad laskuva vasa recta (DVR), mis ühendab kapillaarpõimikute kaudu tõusva vasa recta (AVR). AVR ja DVR töötavad Henle ahelaga vastuvoolu ja osalevad medullaarses vastuvooluvahetuses, mis, nagu hiljem kirjeldatud, on vajalik uriini kontsentratsiooni osmolaarsuse gradiendi säilitamiseks26. Lõpuks ühinevad kortikaalne ja medullaarne kapillaarsüsteem koos AVR-iga kortikomedullaarses ristmikul venoosseks süsteemiks. Täpsemalt, neerude venoosne veresoonkond juhib vere peritubulaarsetest kapillaaridest ja AVR-ist interlobulaarsetesse ja kaarekujulistesse veenidesse ning seejärel interlobaarsetesse veenidesse, moodustades lõpuks neeruveeni, mis väljubneerudhilum ja lõpuks hargneb alumisse õõnesveeni⁷.

Theneerudseda varustavad ka lümfisooned, mis järgivad selle üldist topograafiatneerudveresoonkond²⁷(joonis 1a). Need esinevad peamiselt neerukoores, kus nende peamine ülesanne on eemaldada vedelikku ja makromolekule (nt albumiini) torukeste ja kapillaaride vahelisest interstitsiaalsest ruumist.²⁸. Neil on ka roll immuunrakkude infiltratsioonil ja sellele järgneval põletikul²⁹. Glomerulites ümbritsevad nad Bowmani kapslit, tungimata glomerulaarsesse kimpu²⁸. Seevastu traditsioonilised lümfisooned esinevad neeru medullas harva; selles piirkonnas eemaldab interstitsiaalne vedelik ja makromolekulid AVR, mis esindab lümfisüsteemi sarnaste tunnustega hübriidveresoont.^28,30.

Neeru endoteelirakkude fenotüübid

Erinevatest elunditest pärinevad EC-d on fenotüüpiliselt heterogeensed^3–6,31. REC-de ja eriti glomerulaarsete EC-de ainulaadseid omadusi on juba ammu hinnatud. Hiirte EC-de globaalne transkriptsiooniline profiilide koostamine on kinnitanud elundispetsiifiliste transkriptoomiliste signatuuride olemasolu^3,4,6. Need uuringud on näidanud, et REC-d on kõige erinevamad teiste organite, sealhulgas aju, südame, kopsude, lihaste ja munandite EC-dega.⁴(joonis 1b) interferooni signaaliülekandega seotud geenide ekspressiooni kaudu, samuti geenide kaudu, mis kodeerivad endokriinseid tegureid FGF1 ja IL-33 (viited^4,6). EC-de elundispetsiifiline heterogeensus on tõenäoliselt nende molekulaarse kohanemise aluseks konkreetsete funktsionaalsete rollide täitmiseks^3–6,31.

REC-de heterogeensus ulatub aga organotüüpsest tasemest kaugemale, kusjuures nende erinevused on märkimisväärsed.neerudveresoonkond, nagu näitasid algselt elektronmikroskoopia ja mikrokiibi uuringud ning seejärel üherakulised analüüsid^6,32,33. Theneerudajukoor, glomeruli ja medulla sisaldavad ainulaadseid EÜ populatsioone (vastavalt cREC-d, gREC-d ja mREC-d). See EÜ populatsioonide mitmekesisus võib tuleneda kokkupuutest nende piirkondade erinevate mikrokeskkondadega. Näiteks glomerulaarne endoteel puutub kokku kõrge vaskulaarse rõhuga ja interakteerub tihedalt podotsüütidega, et reguleerida ultrafiltratsiooni, samas kui mREC-d puutuvad kokku kõrge osmolaarsuse ja hüpoksiaga, mis on seotud osmolaarsuse gradiendi ja uriini kontsentratsiooni säilitamisega.^6,9,10,32(joonis 1c). Lisaks sektsioonidevahelisele heterogeensusele näitavad REC-d ka sektsioonisisest heterogeensust, mille määravad tõenäoliselt mitmed geneetilised ja keskkonnategurid, sealhulgas veresoonte voodi tüüp (arteriaalne, kapillaar, venoosne), nende koostoimed teiste rakutüüpidega (näiteks , silelihasrakud, peritsüüdid, granulaarsed rakud, podotsüüdid ja tuubulite epiteelirakud) ja nende kokkupuude erinevate mikrokeskkondadega samas kambris, näiteks kokkupuude erinevat tüüpi vooluga või erineva osmolaarsuse tasemega34 (joonis 1c). Üherakuliste transkriptoomikatehnoloogiate areng on võimaldanud hiire REC-ide heterogeensust kaardistada väga kõrge eraldusvõimega^6,10,11, paljastades kuni 24 transkriptsiooniliselt erinevat REC populatsiooni^6,10,11. Pange tähele, et allpool kokku võetud üherakuliste RNA-seq uuringute tulemused tuleb valgu tasemel kinnitada nii prognoositud valkude ruumilise lokaliseerimise igakülgseks kontrollimiseks kui ka translatsioonijärgsete muutuste ja / või teadmiste integreerimiseks. signaalimehhanismid, mis võivad mõjutada valgu aktiivsust. Tähelepanuväärne on ka asjaolu, et geeni suhteline rikastamine konkreetses REC populatsioonis, mis on määratud üherakulise sekveneerimisega, ei tähenda tingimata, et selle geeni ekspressioon on piiratud selle konkreetse rakupopulatsiooniga.

Glomerulaarsete neerude endoteelirakkude heterogeensus.Theneerudglomerulus on väga spetsialiseerunud struktuur, mis vastutab vereplasma filtreerimise eest, et tekitada primaarne uriinifiltraat, tagades samal ajal oluliste plasmavalkude säilimise veres. See koosneb glomerulaarsetest kapillaaridest, mis asuvad aferentsete ja eferentsete arterioolide vahel, mis on resistentsussooned, mis kontrollivad nii kapillaaride verevoolu kui ka rõhku. Nefroni arterioolid on osaliselt kontaktis jukstaglomerulaarse aparaadiga (JGA) - spetsialiseerunud struktuuriga, mis koosneb distaalse keerdunud tuubuli makula densast, granulaarsetest reniini tootvatest rakkudest, mis on seotud aferentse arteriooliga ja ekstraglomerulaarsete mesangiaalrakkudega (joonis 1). 2a). JGA reguleerib ühe nefroni GFR-i ja vererõhku tubuloglomerulaarse tagasiside, müogeense vastuse ja reniini vabanemise kaudu^19,35–37.

Glomerulaarne kapillaaride endoteel koosneb ainulaadsetest EC-dest, millel on mittediafragmatud fenestratsioonid, mis võimaldavad filtreerida suures koguses vedelikku38 (joonis 2b).

Fenestratsioonid on 50–100 nm suurused ja hõivavad umbes 20 protsenti raku pinnast, ilmudes elektronmikroskoopilisel pildil rakuüleste aukudena.³⁸. Nende fenestratsioonide läbimõõt on teoreetiliselt piisavalt suur, et võimaldada vedeliku ja suurte valkude läbimist tuubulitesse. Kuid kapillaar-gREC-id toodavad ka paksu glükokalüksi kihi, mis sisaldab negatiivselt laetud glükoproteiine ja polüsahhariide, mis takistavad valkude läbipääsu.^39,40. Lisaks adsorbeeritakse plasmakomponendid glükokalüksis ja moodustavad laiema katte, mida nimetatakse endoteeli pinnakihiks41, mis oma filamentse struktuuriga suurendab veelgi glomerulaarse endoteeli barjääri läbilaskvust.⁴². Tõepoolest, glükokalüksi kahjustuse korral täheldatakse albuminuuriat ja proteinuuriat^39,43,44. Koos podotsüütidega sünteesivad ja jagavad kapillaar-gREC-id ka ühist ekstratsellulaarset maatriksit, mida tuntakse glomerulaarse alusmembraanina (GBM), mis koosneb peamiselt IV tüüpi kollageenist, laminiinist ja sulfaaditud proteoglükaanidest42. Mutatsioonid, mis mõjutavad mis tahes GBM-i komponendi sünteesi, põhjustavad proteinuuria45,46. Seega moodustavad kapillaaride gREC-d, podotsüüdid ja GBM tõhusa glomerulaarfiltratsiooni barjääri. Pange tähele, et glomerulaarsel kapillaaride endoteelil puudub diafragma ja seepärast ei ekspresse see II tüüpi transmembraanset glükoproteiini plasmalemma vesiikuliga seotud valku 1 (PV1), mida kodeerib Plvap10 ja mis on tüüpiline endoteeli sildavate diafragmadega seotud fenestreeritud EC-de marker. fenestrae ja caveolae⁴⁷

Kapillaaride gREC-fenestratsioonide arendamiseks ja säilitamiseks on vaja podotsüütidest pärinevat veresoonte endoteeli kasvufaktorit (VEGF), mis toimib parakriinselt läbi endoteeli VEGF-i retseptori 2 (VEGFR2, tuntud ka kui KDR).⁴⁸. VEGF-i üleekspressioon põhjustab glomerulaarse kollapsi, kapillaaride gREC-de kiiret kadu ja massilist proteinuuriat⁴⁹. Seega on vaja podotsüütide VEGF-i ranget reguleerimist glomerulaarveresoonkonna loomiseks embrüonaalse arengu ajal ja fenestratsioonide säilitamiseks küpsetes glomerulaarsetes kapillaarides.^38,42. Sarnaselt võimaldab tubulaarsest epiteelirakkudest tuletatud VEGF säilitada peritubulaarset kapillaaride võrku⁵⁰

Erinevalt teistest kapillaar-EC-dest puutuvad gREC-id kokku kõrge vererõhu ja kõrge verevooluga, mis juhib glomerulaarfiltratsiooni protsessi ja avaldab gREC-dele olulist nihkepinget.⁵¹. Sellest tulenevalt väljendavad gREC-id nihkepingega reguleeritud transkripti Pi16 kõrget taset (viited^6,10,11,52) (joonis 2c; täiendav tabel 1). Kapillaarsed gREC-id väljendavad ka mitmeid teisi markereid^10,11,32,53, sealhulgas Ehd3, mis kodeerib EHD valguperekonna liiget^{10,11,38,54,55}mis reguleerib endotsüütide ringlussevõttu ja arvatakse, et see reguleerib VEGFR2 ringlussevõttu kapillaar-gREC-des (joonis 2c) koos EHD4-ga (viide 54). Seega võib EHD3 aidata kaasa glomerulaarsete kapillaaride fenestratsioonide säilitamisele. Kapillaar-gREC-id näitavad ka geenide rikastatud ekspressiooni, mis on seotud TGF-BMP signaaliülekanderajaga (Eng, Smad6, Smad7, Xiao ja Hipk2 (viited 10, 56–58)), mis on seotud glomerulaarsete kapillaaride moodustumisega. TGF üleekspressioon kutsub esile proteinuuria ja glomeruloskleroosi⁵⁹, ja seega võib inhibeerivate SMAD-ide olemasolu, nagu need, mida kodeerivad Smad6 ja Smad7 gREC-des, takistada liigset TGF-i signaaliülekannet ja glomerulaarset düsfunktsiooni. Seevastu podotsüütidest tuletatud BMP on normaalse glomerulaarse kapillaaride moodustumise jaoks ülioluline60. Kapillaarsed gREC-id ekspresseerivad spetsiifiliselt ka Nostriini³², mille valguprodukt seob endoteeli lämmastikoksiidi süntaasi (eNOS), et käivitada selle translokatsioon plasmamembraanilt vesiikulitaolistesse subtsellulaarsetesse struktuuridesse ja nõrgendab lämmastikoksiidi (NO) tootmist, mis on GFR32 oluline regulaator. Lisaks viitab lipoproteiini lipaasi (Lpl) piiratud ekspressioon kapillaaride gREC-dele, et glomerulaarne endoteel võib olla hädavajalik rasvhapete vabastamiseks ultrafiltraati, mida saaks seejärel kasutada tuubulite epiteelirakkude energiaallikana või vere lipiidide sisaldus või võib aidata kaasa glomerulaarsete lipiidide kogunemisele, nagu on täheldatud patoloogilistes kontekstides^6,10,61,62. Huvitav on see, et lipiidide metabolismis osalevate geenide neeruekspressioon korreleerub GFR-i ja põletikuga patsientidel, kellel ondiabeetikneerudhaigus, kusjuures defektne rasvhapete oksüdatsioon (FAO) torukujulistes rakkudes aitab kaasaneerudfibroos^61,62.

Transkriptsioonifaktorid, nagu SOX17 ja COUP-TFII (kodeeritud Nr2f2) vastavalt arteriaalsetes ja venoossetes REC-des, juhivad transkriptoomilisi signatuure ja spetsiifiliste veresoonte kihtide identiteeti63, 64. GREC-ide identsus sõltub vähemalt kahe transkriptsioonifaktori aktiivsusest: GATA5 ja TBX3 (viited 10, 11, 32) (joonis 2c), mis vahendavad gREC-laadse geeniekspressiooniprofiili omandamist, kui neid koos üleekspresseeritakse inimese nabaveenis. EC-d (HUVEC), sageli kasutatav EÜ mudel11. GATA5 regulon on gREC-des ülesreguleeritud, kuid mitte teistes REC-i populatsioonides^10,11ja Gata5 selektiivne deletsioon EC-des põhjustab glomerulaarseid kahjustusi65. Veelgi enam, Tbx3 EC-spetsiifiline deletsioon põhjustab morfogeenseid defekte, nagu mikroaneurüsmid glomerulite alamhulkades, vähenenud kapillaaride gREC-fenestratsioonide arv ja deformeerunud podotsüütide jala protsessid, mis viitab selle transkriptsioonifaktori rollile glomerulaarsete kapillaaride struktuurse korralduse säilitamisel.¹¹. Lisaks osalevad nii GATA5 kui ka TBX3 vererõhu reguleerimises. GATA5 mõjutab tüüpilist veresoonte funktsiooni, proteiinkinaasi A ja NO signaaliülekande radu⁶⁵, samas kui arvatakse, et TBX3 moduleerib vererõhku reniini sekretsiooni reguleerimise kauduneerud¹¹.

Glomerulaarfiltratsiooniks vajaliku pidevalt kõrge glomerulaarkapillaarrõhu säilitamiseks on vajalik aferentsete ja eferentsete arterioolide veresoonte toonuse reguleerimine¹⁸. See reguleerimisprotsess võimaldab säilitada konstantset GFR-i vaatamata süsteemse rõhu ja südame väljundvõimsuse muutustele66. Aferentsetel arterioolidel on üks kuni kolm kihti veresoonte silelihasrakke (VSMC), mis JGA läheduses on osaliselt asendatud reniini tootvate granulaarsete rakkudega67 (joonis 2d). EÜ heterogeensus esineb ka aferentses arterioolis, JGA-le lähima endoteeli diafragmatud fenestratsioonid68,69 – sarnaselt glomerulaarse kapillaaride endoteeli omaga – tõenäoliselt hõlbustavad reniini kiiret transporti verre18 (joonis 2d). Gja5 ekspressioon (kodeerib connexin 40) on rikastatud selles gREC-de alamhulgas^10,70ja sellel on oluline roll JGA-s endoteeli ja granulaarsete rakkude vahelises suhtluses, et reguleerida reniini vabanemist^35,70,71. Need EC-d on rikastatud ka teiste geenidega, mis on seotud rakkudevahelise interaktsiooniga, nagu need, mis on seotud Wnt ja Notchi signaaliradadega, efriini ja tsütokiinidega ning kemokiinidega (joonis 2c), mis võivad vahendada mesangiaalrakkude ja/ või granulaarsed rakud ja gREC-d JGA-s ning võivad aidata kaasa autoregulatsioonile ja vererõhu modulatsioonile¹⁰.

Seevastu gREC-id aferentsete arterioolide ülesvoolu (kõige kaugemas) osas ekspresseerivad geene, mis on seotud bensiini reguleerimisega, nagu Edn1 (mis kodeerib endoteliini 1), Alox12 (arahhidonaat-12-lipoksügenaas) ja S1pr1 (sfingosiin{{6). }}fosfaadi retseptor 1)^10,72,73(joonis 2c). S1P-S1PR1 signaalirada reguleerib tõhusalt aferentset arteriooli bensiini, aktiveerides eNOS-süsteemi^74–76. Kooskõlas selle rolliga on S1P retseptor rikastatud aferentsetes arterioolides olevate gREC-idega ja seda ei tuvastata eferentsetes arterioolides¹⁰.

Erinevalt aferentsete arterioolide gREC-idest näitavad eferentsete arterioolide gREC-d madalamat konneksiini ekspressiooni77, eriti konneksiini 37 ja konneksiini 40 (kodeerivad vastavalt Gja4 ja Gja5)10. Sarnaselt aferentsete arterioolide EC-dele näitavad eferentsete arterioolide EC-de transkriptoomilised analüüsid aga kahe gREC-populatsiooni olemasolu: üks on arvatavasti seotud JGA-ga (ekspresseerivad geene, mis on seotud immuunrakkude adhesiooni ja ekstravasatsiooniga ning EC-i läbilaskvusega) ja teine. mis vastab eferentse arteriooli distaalsele osale (rikastatud hüperosmolaarsusreaktsioonides osalevate geenidega)10 (joonis 2c).

Need teadmised viitavad sellele, et gREC-de fenotüübiline ja funktsionaalne mitmekesisus on aluseks nende endoteeli võimele säilitada GFR-i glomerulaarse verevoolu aktiivse moduleerimise ja glomerulaarfiltratsiooni efektiivsuse tagamise kaudu. Tubuloglomerulaarse tagasiside ja müogeensete signaalide integreerimise kaudu on eriti JGA-ga seotud gREC-id tõenäoliselt GFR-i kriitilised regulaatorid.

Kortikaalsete neerude endoteelirakkude heterogeensus.Lisaks glomerulaarsele kapillaaride endoteelile ning preglomerulaarsetele ja postglomerulaarsetele aferentsetele ja efferentsetele arterioolidele,neerudajukoor sisaldab lümfisooneid ja suuri artereid ja veene koos nendega seotud vasa vasora, postkapillaaride veenide ja peritubulaarsete kapillaaridega. Kooskõlas oma rolliga lahustunud ainete, ioonide ja vee reabsorptsioonis ja sekretsioonis on kortikaalsed peritubulaarsed kapillaarid õhukese seinaga kapillaarid, mis sisaldavad EC-sid, mis on funktsionaalselt ühendatud torukujulise epiteeliga9 (joonis 3a). Võrreldes gREC-de ja mREC-dega, ekspresseerivad cREC-d – eriti peritubulaarsed kapillaar-EC-d – kõrgel tasemel Igfbp3 (kodeerib insuliinitaolist kasvufaktorit siduvat valku 3) ja Npr3 (kodeerib natriureetilise peptiidi retseptorit 3)10,11 (joonis 3b). .

Kortikaalsed peritubulaarsed kapillaarid tekivad eferentsetest arterioolidest ja ümbritsevad proksimaalseid ja distaalseid keerdtorukesi (joonis 3a), pakkudes hapnikku ja toitaineid ning aidates kaasa lahustunud ainete omastamisele ja vee reabsorptsioonile torukujulisest luumenist.⁹. Erinevalt glomerulaarsetest kapillaaridest ekspresseerivad peritubulaarsed kapillaar-EC-d Plvapi, mille valguprodukt (PV1) ulatub peritubulaarse kapillaari EC fenestraadini. Nende diafragmaga fenestrate läbimõõt on 62–68 nm ja need hõlbustavad tõenäoliseltvee, ioonide ja väikeste lahustunud ainete vahetus proksimaalsete ja distaalsete tuubulitega9,10

Glomeruli filtreerib ligikaudu 180 g glükoosi päevas78 ja füsioloogilistes tingimustes imendub peaaegu kogu see proksimaalsetesse tuubulitesse. Filtreeritud glükoos reabsorbeeritakse esmalt epiteelirakkude sees olevate proksimaalsete tuubulite luumenist naatrium-glükoosi kotransporterite (SGLT) kaudu. Kui intratsellulaarne glükoosi kontsentratsioon ületab interstitsiumi kontsentratsiooni, difundeerub see spetsiifiliste hõlbustatud glükoositransporterite (GLUT) kaudu interstitsiaalsesse ruumi, kust see imendub uuesti vereringesse79. Kooskõlas oma rolliga selles protsessis ekspresseerivad peritubulaarsed kapillaar-EC-d kõrgemat Slc2a1 (kodeerib GLUT1) taset kui teiste neerude veresoonte kihtide EC-d11 (joonis 3b), mis viitab sellele, et GLUT1 võib peritubulaarsetes kapillaar-EC-des hõlbustada glükoosi reabsorptsiooni.

Kortikaalsed peritubulaarsed kapillaarid hõlmavad kahte EÜ populatsiooni – üks, mis ekspresseerib kõrgel tasemel Apoe (kodeerib apolipoproteiin E) ja teine, mis ekspresseerib Apoe10 vähe või üldse mitte (joonis 3b). Apoe-kõrge populatsioon näitab teiste lipiidide metabolismiga seotud geenide, nagu Plpp3 ja Thrsp10, 80, 81, rikastatud ekspressiooni. Seevastu Apoe-madala populatsioon ekspresseerib geene, mis kodeerivad VEGF retseptoreid (Kdr, Flt1 ja Nrp1, mis kodeerivad vastavalt VEGFR2, VEGFR1 ja neuropilin 1), insuliinitaolisi kasvufaktorit siduvaid valke ja retseptoreid (Igfbp5, Igfbp3 ja Insr). ja Npr3, mis kodeerib natriureetilise peptiidi retseptorit, mis reguleerib vere mahtu ja naatriumi eritumist10,82–85. Praegu pole teada, kas need kaks EÜ populatsiooni eksisteerivad eraldi kapillaarides, mis interakteeruvad proksimaalsete keerdunud tuubulitega või distaalsete tuubulitega, või kas need eksisteerivad samades kapillaarides.

Üllataval kombel on hiire neerukoores kirjeldatud ka kahte täiendavat kapillaar-EC populatsiooni – angiogeenset EC populatsiooni ja populatsiooni, mida iseloomustab interferooniga stimuleeritud geenide ekspressioon ning geenid, mis on seotud antigeeni töötlemise ja esitlemisega10 (joonis 3b). . Angiogeensetel sarnastel EC-del võib olla roll kahjustatud REC-de regenereerimisel, samas kui interferooniga aktiveeritud EC-d võivad osaleda immuunseires, kuigi nende võimaluste uurimiseks on vaja täiendavaid uuringuid10.

Suurtes arterites olevaid cREC-e iseloomustab arteriaalse transkriptsioonifaktori geeni Sox17 ja tiheda ühenduse geeni Cldn5 (claudin 5) ekspressioon, samas kui suurte veenide cREC-e iseloomustab transkriptsioonifaktori Nr2f2 (COUP-TFII) ekspressioon ja fenestratsioonimarker Plvap^{6,10,11,47,63,64,86}(joonis 3b).

Arteriaalsed cREC-id ekspresseerivad semaforiini kodeerivat geeni Sema3g, millel on vastavalt autokriinne ja parakriinne toime EC-dele ja VSMC-dele, konneksiini kodeerivaid geene Gja4 ja Gja5, mis on müoendoteliaalsete ühenduste komponendid, ja Notchi perekonna liiget Jag1 (refs6,10, 10). 11,87–90) (joon. 3b). Suured arterid puutuvad kokku kõrge vererõhuga ja nende veresoonte toonust moduleeritakse vastusena vererõhu muutustele. Nende võimet reageerida mehaanilistele signaalidele võimaldab elastse kihi olemasolu tuunikakandjas, mis on rikas elastsete kiudude poolest.^9,91ja elastsete kiudude kokkupanekuga seotud geenide, nagu Eln (elastiin), Ltbp4 (latentset transformeerivat kasvufaktorit - -siduv valk 4), Fbln5 (fibuliin 5) ja Bmp4 (viited 6, 10, 11, 92) ekspressiooni kaudu –95). Samuti ekspresseerivad nad kõrgel tasemel Mgp (maatriks Gla valk) 6, 10, mis pärsib veresoonte lupjumist tõenäoliselt BMP2 ja BMP4 signaaliülekande pärssimise kaudu96. Kooskõlas nende rolliga neerude verevoolu reguleerimisel ekspresseerivad suurte arterite cREC-d ka geene, mis vastutavad bensiini reguleerimise eest, nagu Ace, Edn1 ja S1pr1 (viited 6, 10, 97–99) (joonis 3b).

Vasa vasora100 hõlbustab hapniku ja toitainete kohaletoimetamist ning suurte arterite ja veenide veresoonte seina seest vabanevate jääkainete eemaldamist. Hiirte üherakuliste REC-de avaldatud uuringutes Vasa vasora REC-e ei tuvastatud, arvatavasti seetõttu, et veresooned valendiku läbimõõduga<0.5mm (the="" diameter="" of="" normal="" vessels="" in="" mice)="" do="" not="" normally="" have="" vasa="">^6,10,11,100. Selliste uuringute läbiviimine suurematel loomadel või inimestel, kellel on suuremad neeruveresooned, võib suurendada vasa vasora REC-de hõivamise tõenäosust. Vasa vasorast pärinevate REC-de jaoks pole praegu kirjeldatud markereid.

Lisaks veresoonkonnale sisaldab neerukoor ka kahte neeru lümfisoonte komplekti. Mõlemad pärinevad pimedate otstega kapillaaridest neerusagaras, millest üks järgneb arteritele hilum-i poole, et ühendada hilar- ja kapslisüsteem, ja teine ​​​​läbib kapsli, et liituda kapsli lümfiteedega28 101 (joonis 1a). Neeru lümfisüsteemi kapillaare saab eristada veresoonte kapillaaridest, kuna need asuvad peamiselt interstitsiumis, on pimedate otstega ja neil puuduvad peritsüüdid^28,29. Neerude lümfikapillaarid koosnevad ühekihilistest tammelehekujulistest osaliselt kattuvatest LEC-idest 28, 29, mida saab BEC-dest eristada mitme markeri ekspressiooni järgi.⁶, millest tuntuimad on Pdpn (podoplaniin)102, hüaluronaani retseptorit kodeeriv geen Lyve1 (viide 103), Flt4 (kodeerib VEGFR3)104 ja transkriptsioonifaktori geen Prox1 (viide 105) (joonis 3b) . Kuigi neid markereid ekspresseeritakse ka teistes rakutüüpides, saab neid kasutada kahe peamise EÜ tüübi eristamiseks29. Inimesesneerud, on podoplaniini kirjeldatud kui LEC-de kõige usaldusväärsemat markerit^28,29. Sellest hoolimata pole kumbki neist kahest teadaneerudLEC populatsioonid on tuvastatud avaldatud üherakulistes RNA-seq uuringutes^6,10,11, mis võib olla tingitud nende kadumisest tehniliste töötlemisetappide käigus (näiteks ensümaatilise seedimise või EÜ puhastamise ajal) ja/või seetõttu, et need moodustavad liiga väikese EÜ fraktsiooni võrreldes neerude BEC-de populatsiooniga. Seetõttu on neeru lümfisüsteemi endoteeli heterogeensuse iseloomustamiseks vaja täiendavaid uuringuid.

Medullaarsete neerude endoteelirakkude heterogeensus.Neeru medulla peamine roll on uriini kontsentratsioon⁹. Vasa recta anatoomiline paigutus ja neeru medulla madal verevool (10 protsenti kogu neeru verevoolust9) takistavad lahustunud ainete, nagu uurea ja NaCl, väljauhtumist, luues osmolaarsuse gradiendi välimisest medullast neerupapillini. , mis on oluline uriini kontsentratsiooni jaoks26,106. See gradient varieerub olenevalt hüdratatsioonist106.

Neeru medullaarset endoteeli iseloomustab Igfbp7 (viited 10, 11) ekspressioon, mis on uriini marker.neerudvigastus, mis ennustab neerude taastumist pärast ägedat neerukahjustust (AKI)107 ja Cd36 (viited 10, 32), mis kodeerib püüduri retseptorit, mis vastutab pika ahelaga rasvhapete omastamise eest vereringest108 (joonis 3c). Seega võivad lipiidid CD{7}}sõltuval viisil liikuda medullaarse endoteeli kaudu medullaarsetesse interstitsiaalsetesse rakkudesse, fibroblastilaadsesse rakupopulatsiooni, mida iseloomustavad lipiiditilgad, mille arvukus on korrelatsioonis diureesi olekuga109. Cd36 deletsioon hiirtel oli seotud suurenenud neerudest sõltuva spontaanse hüpertensiooni riskiga^10,110, kuid nõrgendas selle arengutneerudfibroos vastusena kõrge rasvasisaldusega dieedile111 (joonis 3c), mis viitab nii lipiidide transpordi kaitsvale kui ka patoloogilisele rollile nendes protsessides.

Sarnaselt kortikaalsele ja glomerulaarsele endoteelile on ka neeru medullaarsel endoteelil ulatuslik kambrisisene heterogeensus^10,11. DVR on arteritaolised veresooned, mis sisaldavad pidevat endoteeli, mida ümbritsevad silelihaseid meenutavad peritsüüdid või VSMC-d, mis reageerivad vasoaktiivsetele stiimulitele, et kontrollida neeru medullaarset verevoolu. Kooskõlas arterioolisarnase fenotüübiga ekspresseerivad DVR EC-d Sox17 (viited 10, 55), Cldn5 (viited 10, 55, 86, 112), Fbln5, Gja4 ja Cxcl12 (CXCL12, tuntud ka kui SDF1 – kemokiini valk mis toimib ligandina CXCR4 ja CXCR7 jaoks, mida ekspresseerivad VSMC-d ja peritsüüdid)^10,63,113. DVR EC-d väljendavad ka Slc14a1 ja Aqp1, mis kodeerivad uurea transporterit B (UTB)^10,11,112ja veekanali akvaporiin 1 (viited^10,11,55), mis mõlemad on vajalikud uriini kontsentratsiooniks114 115 (joonis 3c, d). Need EC-d ekspresseerivad ka Scini, mis kodeerib tuhka - valku, mis seob akvaporiin 2 multivalgukompleksis, kogudes kanali epiteelirakke, arvatavasti akvaporiin 2 kaubitsemise hõlbustamiseks116. Aqp1 ja Scini koosekspressioon DVR EC-des viitab sarnasele interaktsioonile medullaarses endoteelis¹⁰.

Osmolaarsuse gradient loob vaenuliku keskkonna neeru medulla rakkudele, eriti nendele, mis asuvad neerupapillis, kus osmolaarsus on kõrgeim (mis vastab füsioloogilise hüperosmolaarsuse seisundile, kus osmolaarsus on kõrgem kui süsteemses plasmas)117. Hiire DVR EC-d saab jagada kaheks peamiseks fenotüübiks vastavalt nende asukohale neerupapillis või välimises või sisemises medullas10 ning eristada hüperosmolaarsusest põhjustatud ja vasotooni reguleerivate geenide ekspressiooni järgi10 (joonis 3c). Neerupapillide DVR EC-d ekspresseerivad hüperosmolaarsusele reageerivaid geene, sealhulgas hüperosmolaarsusega indutseeritava transkriptsioonifaktori NFAT5 sihtgeene, nagu S100a4 ja S100a6 (viited 10, 118), samas kui DVR EC-d sisemisest ja välimisest medullast näitavad rikastatud H kodeeritud ekspressiooni. peamine ensüüm, mis osaleb vasoaktiivsete prostaglandiinide katabolismis, Edn1, mis kodeerib vasokonstriktorit endoteliini 1, ja Adipor2, mis kodeerib adiponektiini retseptorit, mis kutsub esile vasodilataatoriefektid119,120 (joonis 3c). See ekspressioonimuster on kooskõlas silelihaselaadsete peritsüütide silmatorkavama esinemisega DVR-i välimises medullaarses osas ja sellest tulenevalt selle piirkonna suurema reageerimisvõimega vasoaktiivsetele teguritele, võrreldes madalamate DVR-i osadega9121.

Erinevalt DVR-ist on AVR-i venoossed veresooned (joonis 3d). Need veresooned imavad vett tagasi neeru medullaarsest interstitsiumist, mis koguneb uriini kontsentreerimisel kogumiskanalite, Henle silmuse ja DVR-i kaudu, kogudes selle tagasi üldisesse vereringesse viisil, mis sarnaneb lümfisoonte funktsiooniga30. Kooskõlas selle rolliga ekspresseerivad AVR EC-d venoosset transkriptsioonifaktorit Nr2f2 (viited 10, 11, 64) ja Plvapi - tõenäoliselt selleks, et säilitada nende roll vee tagasiimendumises.^10,11,47,122(joonis 3c). AVR EC-d ekspresseerivad ka Teki, kodeerides angiopoetiini Tie2 retseptorit, mis on vajalik AVR-i moodustumiseks arengu ajal. Teki deletsioon hiirtel kutsub esile vedeliku ja tsüstide kiire kogunemise medullaarsesse interstitsiumi ning medullaarsete veresoonte kimpude kadumise ning vähendab uriini kontsentreerimisvõimet³⁰.

Sarnaselt DVR-iga saab AVR-i jagada kaheks transkriptoomiliselt erinevaks EÜ populatsiooniks, mis asuvad papillas ning välimises ja sisemises medullas. Papillas olevaid iseloomustab hüperosmolaarsusele reageerivate geenide (Cryab, Fxyd2 ja Cd9 (viited 10, 123, 124)), glükolüütiliste geenide (Ldha, Aldoa ja Gapdh10, 125 126) ja Car2 ekspressioon, mis kodeerib karbohüdraasi ensüümi. , mille puudumine halvendab uriini kontsentratsiooni ja kutsub esile polüuuria hiirtel127 (joonis 3c). Papillaarsed AVR EC-d ekspresseerivad spetsiifiliselt Na plus /K pluss ATPaasi subühikut kodeerivat geeni Fxyd2, samas kui alternatiivne subühikut kodeeriv geen Fxyd6 on AVR EC-des ülesreguleeritud välimises ja sisemises medullas.¹⁰ (joonis 3c).

AVR-i ja DVR-i papillaarsetel osadel on erinevad geeniekspressiooniprofiilid, kuid need jagavad mitme hüperosmolaarsusele reageeriva geeni ekspressiooni, sealhulgas Akr1b3, mis kodeerib aldoosreduktaasi – polüooliraja kiirust piiravat ensüümi, mis vastutab glükoosi muundumise eest sorbitool, inertne orgaaniline osmolüüt, mis on oluline rakumahu säilitamiseks hüperosmolaarsuse tingimustes117. Nad ekspresseerivad ka S100a6, aga ka teisi geene - nagu Fxyd5 (mis kodeerib teist Na pluss /K pluss ATPaasi subühikut), Nrgn (mis kodeerib kalmoduliini siduvat valku neurograniini) ja Crip1 (mis kodeerib tsüsteiinirikast valku 1) 10 118 – mis võib olla potentsiaalselt seotud hüperosmootse keskkonnaga (joonis 3c).

Neeru medullaarset kapillaarpõimikut, mis ühendab DVR-i ja AVR-i (joonis 3a), iseloomustab Plvap-positiivne fenestreeritud endoteel ja VEGF-retseptoreid kodeerivate geenide, nagu Kdr, Flt1 ja Nrp1, rikastatud endoteeli ekspressioon. geenidena, mis osalevad rasvhapete transpordis ja metabolismis (Cd36 ja Plpp3)10 (joonis 3c). mREC-d hõlmavad ka postkapillaarveenuleid pärinevaid EC-sid, samuti angiogeenseid ja interferooniga aktiveeritud EC-populatsioone, mis on sarnased neerukoore kapillaaridega10.

REC heterogeensus ja neeruhaigus

Füsioloogilistes tingimustes on endoteel vaikne - olek, mida säilitatakse suures osas valkude S-nitrosüülimise ja transkriptsioonifaktorite kaudu eNOS-st saadud NO128,129 abil. eNOSe enda aktiivsust reguleerib nihkepinge¹³⁰ja rakusisesed metaboliidid, nagu eNOS-i substraat, l-arginiin ja selle kofaktor tetrahüdrobiopteriin¹³¹. Teatud tingimustel - näiteks vastusena infektsioonile - saab selle vaikse oleku välja lülitada, kutsudes esile EC-de aktiveerimise ja immuunrakkude värbamise. Redokssignalisatsioon ja eriti eNOS-i ensüümi lahtiühendamine, mille tulemuseks on superoksiidi tootmine NO asemel, on selle aktiveerimisprotsessi jaoks kriitilise tähtsusega. eNOS-i lahtiühendamine paneb käima kaskaadi, mis viib endoteeli pinnakihi ümberkujunemiseni ja kutsub esile retseptorite ekspressiooni, mis võivad suhelda trombotsüütide ja immuunrakkudega.¹³². Kuigi endoteeli aktiveerimine moodustab osa peremeesorganismi kaitsesüsteemist, võib see molekulaarne mehhanism olla sobimatult aktiveeritud selliste haigusseisundite korral nagu autoimmuunhaigus või kardiovaskulaarsete riskifaktorite või infektsiooni taustal. Pange tähele, et REC-de reageerimine kahjustavatele signaalidele on heterogeensus¹³³. Näiteks atüüpilise hemolüütilise ureemilise sündroomi korral on komplemendi inhibeeriva faktori H mutatsioonid seotud faktori H vähenenud seondumisega glomerulaarse endoteeli heparaansulfaadiga134, põhjustades seega glomerulaarset trombootilist mikroangiopaatiat. Teine näide on krooniline humoraalne allotransplantaadi äratõukereaktsioon, kus peritubulaarsed kapillaarid näivad olevat vigastuse esmane sihtmärk.¹³⁵; sellega kaasnev peritubulaarse kapillaaride võrgu kadu ennustab tekkimistneerudebaõnnestumine 136. COVID-19 pandeemia kontekstis tuleb märkida, et AKI-d täheldatakse sageli raske haigusega patsientidel (mõjutab kuni 50 protsenti intensiivraviosakondade patsientidest)¹³⁷, kellel laialt levinud EÜ düsfunktsioon võib soodustada haiguste eskaleerumist veresoonte lekke, koagulopaatia ja ägenenud põletiku tagajärjel^138,139.

Lisaks endoteeli aktiveerimisvastuse heterogeensusele võib REC-de reaktsioon vereringest tulenevatele keskkonnanäpunäidetele olla kohaspetsiifiline. Näiteks näitavad I tüüpi suhkurtõvega patsientide gREC-id reguleerimata angiogeenset vastust, mille tulemuseks on glomerulaarne kasv ja sekundaarne podotsütopaatia.^140,141. Isheemilise kahjustuse korral – eriti peritubulaarsetes kapillaarides – põhjustab endoteeli aktivatsioon ja EC-de mahavool nn tagasivooluta nähtus, mille puhul perfusioon ei taastu isegi läbilaskvuse taastamisel, mille tulemuseks on tubulaarsete epiteelirakkude vigastus ja AKI.¹⁴². REC-i aktiveerimisest põhjustatud kliinilist patoloogiat käsitletakse üksikasjalikult mujal.

Kõrge eraldusvõimega tehnikate, nagu üherakuline RNA-seq, esilekerkimine on andnud uusi teadmisi endoteeli fenotüübilise heterogeensuse molekulaarsest regulatsioonist ja sellega seotud protsessidest.neerudvigastus. Mitmed meie rühma ja teiste viimaste aastate uuringud on edendanud kontseptsiooni, et endoteeli heterogeensus on omavahel seotud rakusisese metabolismiga.^{3,6,10,143–145}. Nagu allpool kirjeldatud, aitavad erinevad mikrokeskkonnad, millega REC-id kokku puutuvad, luua nii nende fenotüübilise mitmekesisuse kui ka metaboolse spetsialiseerumise.

REC-de metaboolne spetsialiseerumine

EC-del on aktiivne metabolism isegi siis, kui nad on vaikselt selliste protsesside säilitamiseks nagu energia tootmine, biomassi süntees ja redoks-homöostaas, mis on vajalikud vaskulaarse barjääri terviklikkuse, vasoregulatiivse funktsiooni, lahustunud ainete transpordi ning tromboosi ja veresoonte põletiku pärssimiseks. Näiteks seisavad EC-d FAO kõrgel tasemel, mis aitab säilitada veresoonte barjääri terviklikkust osaliselt NADPH regenereerimise kaudu, mis pakub kaitset reaktiivsete hapnikuliikide (ROS) eest146. Kooskõlas selle rolliga suurendab FAO inhibeerimine EC-des oksüdatiivset stressi, endoteeli barjääri läbilaskvust, leukotsüütide infiltratsiooni146 ja endoteeli-mesenhümaalset üleminekut.¹⁴⁷, mis viitab sellele, et FAO on vajalik endoteeli funktsiooni ja fenotüübi säilitamiseks. REC-d näitavad erinevaid metaboolseid profiile ja transkriptoome hiirte teistest elunditest eraldatud EC-dele^3,6. Eelkõige iseloomustab neid aminohapete ja pürimidiini biosünteesis ning glükoosi metabolismis osalevate geenide ülesreguleerimine⁶. Lisaks on mõned metaboolsed geenid selektiivselt rikastatud arteriaalsete, kapillaaride või venoossete EC-dega, mis näitab elundisisest metaboolset heterogeensust⁶. Nagu allpool arutatud, võivad erinevad mikrokeskkonna tingimused, millega erinevad REC-populatsioonid kokku puutuvad, samuti mõjutada nende metaboolseid profiile ja toetada REC-i fenotüübilist heterogeensust ja nende reaktsiooni haiguse stiimulitele.

REC reageerib hapniku pinge muutustele

Kuigineerudon kehas kõige rohkem perfuseeritud elundid, vähem kui 10 protsenti ringlevast hapnikust kulub vere läbimisel.neerud¹⁴⁸. Theneerudmedulla puutub kokku madala hapnikupingega, mille pO2 on 10–20 mmHg (hüpoksia) võrreldes 50 mmHg-ga neerukoores117 (joonis 4a). Kortikopapillaarset telge järgnev hapnikugradient on mitme teguri tagajärg, sealhulgas arteriovenoosne hapniku šunt, mis tuleneb AVR ja DVR paralleelsest paigutusest medullas, piiratud verevool medullasse ja selle sees, et minimeerida lahustunud ainete väljauhtumist. , ja oksüdatiivse fosforüülimise kasutamine, et toota kõrget energiataset, mis on vajalik Na plus / K pluss ATPaasi jaoks, et absorbeerida Na pluss ja võimaldada teiste rakumembraani lahustunud aine transporterite nõuetekohast toimimist117. Seega on hüpoksia omane medulla uriini kontsentratsiooni mehhanismile^10,117.

See on vajalik ka sobivaksneerudareng149. Siiski võib hüpoksia olla kahjulik ja seda peetakse AKI150 peamiseks põhjuseks ja kroonilise neeruhaiguse (CKD)151 riskifaktoriks (joonis 4a). Neeru hüpoksia võib tuleneda isheemilistest sündmustest, näiteks neerusiirdamise ajal või ebanormaalsest neeruperfusioonist, mis on tingitud peritubulaarsete kapillaaride hõrenemisest, glomerulaarkahjustusest, ateroskleroosist, arteriaalse veresoonte toonuse häiretest, aneemiast ja fibroosist tingitud hapniku difusiooni häirest152 ( joonis 4a). Vaskulaarsüsteemis põhjustab lühiajaline kokkupuude hüpoksiaga veresoonte toonuse ja verevoolu pöörduvat modulatsiooni, samas kui pikaajaline kokkupuude põhjustab veresoonte ja ümbritsevate kudede pöördumatu ümberkujunemise koos VSMC proliferatsiooni ja fibroosiga.¹⁵³. Raku reaktsioon hüpoksiale sõltub Fe2 plussist sõltuvate oksügenaaside ja 2-oksoglutaraadist (2-OG) sõltuvate oksügenaaside152 inaktiveerimisest ning sellele järgnevast hüpoksiast indutseeritava transkriptsioonifaktori (HIF) sõltuva ja HIF-sõltumatud rajad. Hüpoksiaga kokkupuude käivitab ECs154-s nii HIF1 kui ka HIF2 aktiveerimise (joonis 4b). Aastalneerud, REC-d ekspresseerivad hüpoksia korral laialdaselt HIF2-d, samas kui HIF1 valgu ekspressioon piirdub mREC-dega papillas155–157, kus see tõenäoliselt stimuleerib glükolüüsi (joonis 4b). HIF2 aktiveerimine REC-des üldiselt vahendab kaitset ja taastumist isheemilise neerukahjustuse eest, soodustades erütropoeesi ning pärssides neerupõletikku, kapillaaride harvemist ja fibroosi156 (joonis 4b). REC-de kokkupuude hüpoksiaga kontekstisneerudSeetõttu võib haigus gREC-des ja cREC-des esile kutsuda erinevaid vastuseid kui mREC-des. Näiteks hüpoksia soodustab HIF{0}}sõltuvat kultiveeritud EC-de 158 159 vohamist ja migratsiooni; mittekonfluentsetes tingimustes läbivad kultiveeritud gREC-d hüpoksiaga kokkupuutel mitokondritest sõltuva apoptoosi155, 160, 161, mis viitab gREC-de ebaõigele kohanemisele hüpoksiaga. Ehkki gREC-id näivad olevat hüpoksia suhtes in vivo üsna resistentsed, võib hüpoksia tõenäoliselt podotsüütidest pärineva VEGF161 parakriinse toime tõttu indutseerida HIF-is gREC-des tihedate ühendusvalkude okludiini ja ZO-1 järkjärgulist kadumist. 11}}sõltuval viisil, suurendades lõpuks endoteeli barjääri läbilaskvust162. mREC-de vastusest hüpoksiale on vähe teada. Eelkõige AVR-is ja DVR-is olevad mREC-id puutuvad füsioloogilistes tingimustes kokku madala hapnikupingega papillas ja Epas1 regulon (kodeerib HIF2) on veepuuduse korral mREC-des ülesreguleeritud, tõenäoliselt vastusena hüpoksia suurenemisele, mis on põhjustatud uriini kontsentreerimise protsess¹⁰.

EC-de metaboolne kohanemine hapniku pinge muutustega.Normoksilistes tingimustes sõltuvad EC-d ATP tootmiseks peamiselt glükolüüsist, mitte mitokondriaalsest oksüdatiivsest fosforüülimisest163. Vastusena hüpoksiale süvenevad need metaboolsed reaktsioonid koos glükolüüsi edasise tõhustamise ja mitokondriaalse hingamise pärssimisega (joonis 4b), mis selgitab, miks EC-d on hüpoksia suhtes vastupidavad seni, kuni glükoos on saadaval164. Kokkupuutel ägeda hüpoksiaga, nagu isheemiline sündmus, näitavad EC-d mitokondriaalse ja/või NAD(P)H oksüdaasist pärineva ROS-i kiiret suurenemist, mis stabiliseerib HIF1 ja võimaldab suuremat glükolüütilist voogu164 – vastuseid, mis on kooskõlas HIF-iga{{6 }}indutseeritud glükoosi metabolismi ülesreguleerimine ja mitokondriaalse aktiivsuse vähenemine^164,165 (joonis 4b). Veelgi enam, kroonilise hüpoksiaga kokkupuutunud EC-de metaboolsete radade analüüsid, mis võivad esineda medullas või kroonilise neeruhaiguse kontekstis, näitasid glükolüütiliste geenide HIF-sõltuvat ülesreguleerimist.¹⁶⁶. Huvitav on see, et mõned glükolüütilised geenid, nagu Eno1 ja Aldoa, mis kodeerivad ensüüme enolaas 1 ja aldolaas A, mis on vajalikud glükoosist ATP ja püruvaadi tootmiseks, olid mREC-des suuremal määral ülesreguleeritud kui cREC-des ja gREC-des10. Täpsemalt näitasid AVR-i papillaarsest osast pärit mREC-d - see on neeru veresoonte voodi osa, mis on hüpoksiaga kõige enam kokku puutunud - glükolüütiliste geenide Aldoa, Ldha ja Gapdh kõrgeim ekspressioon kõigi hiirte mREC-de hulgas10. Seega võivad papillaarsed mREC-d nende hüpoksilise mikrokeskkonna tõttu näidata kõrgemat anaeroobset glükolüütilist voogu kui teised REC-id. Sarnaselt on medullaarsetel epiteelirakkudel suurem anaeroobse glükolüütilise ATP tootmise võime kui proksimaalsetel torukujulistel rakkudel¹¹⁷. mREC-id reguleerivad veepuuduse korral ka mitmeid glükolüütilisi geene, samaaegselt ülalmainitud suurenenud HIF2 aktiivsusega¹⁰.

EC-des on HIF2 osaliselt ülesreguleeritud pärast mitokondriaalse NAD pluss-sõltuva deatsetülaasi sirtuiin 3 (SIRT3) aktiveerimist (viide 167) (joonis 4b). SIRT3 kadumine kahjustab hüpoksilist signaaliülekannet EC-des ja põhjustab defektset angiogeneesi ja mikrovaskulaarset düsfunktsiooni, mis on sekundaarne metaboolse ülemineku tõttu hapnikust sõltumatult glükolüüsilt mitokondriaalsele hingamisele. See metaboolne lülitus on seotud 6-fosfofrukto-2-kinaasi (PFKFB3) ekspressiooni vähenemisega, ensüümi, mis toimib glükolüüsi ja ROS-i moodustumise positiivse regulaatorina.¹⁶⁷(joonis 4b). Hüpoksia korral reguleerib SIRT3 mitokondriaalseid antioksüdantseid ensüüme üles viisil, mis sõltub FOXO3-st (viide.¹⁶⁸) — transkriptsioonifaktor, mida samuti reguleerib HIF1¹⁶⁹ (joonis 4b). Huvitav on see, et SIRT3-FOXO3 antioksüdantide rada toimib gREC-des, takistades endoteeli-mesenhümaalset üleminekut janeerudfibroos angiotensiin-II-indutseeritud hüpertensiooni loommudelis¹⁷⁰(joonis 4b). Farmakoloogilised lähenemisviisid, mis suurendavad SIRT3, piiravad ka tsisplatiinist põhjustatud AKI-d, kaitstes tubulaarsete vigastuste eest ja parandadesneerudfunktsiooni¹⁷¹. Seevastu Sirt{0}}knockout hiirtel ilmneb raskem AKI, kuigi REC-de panust nendesse mõjudesse ei ole kindlaks tehtud¹⁷¹. Kas see SIRT3-FOXO3 antioksüdantide rada on seotud ka mREC-de füsioloogilise vastusega medulla hüpoksiale, tuleb veel kindlaks teha.

Rasvhapete metabolismi mõjutab ka hapniku kättesaadavus, kuna hüpoksia põhjustab rasvhapete biosünteesi raja võtmekiirust kontrolliva ensüümi rasvhapete süntaasi (FAS) ekspressiooni ja aktiivsuse suurenemist, mille tulemuseks on malonüüli vähenemine. -CoA kogum ja palmitaadi taseme tõus ECs172-s (joonis 4b). Inimese kopsuarteri EC-des põhjustab FAS-i inhibeerimine HIF1 stabiliseerumise halvenemist ja sellele järgnevaid HIF{5}}vahendatud muutusi glükoosi transpordis ja metabolismis ning eNOS-i funktsiooni taastamist, mis viitab sellele, et rasvhapete sünteesi pärssimine võib olla kasulik. EC funktsiooni jaoks hüpoksia korral¹⁷²(joonis 4b). AastalneerudVentilaatorid, mis kodeerivad FAS-i, reguleeriti kroonilise neerupuudulikkuse eksperimentaalses mudelis üles ja aitasid kaasa hüpertriglütserideemiale¹⁷³. Samuti täheldati ventilaatorite ja teiste hüpoksiale reageerivate geenide ülesreguleerimistneerudsirprakulise aneemia hiiremudeli ajukoor, millel ilmnes progresseeruv glomerulaar- ja torukujuline kahjustus¹⁷⁴. Muutunud lipiidide metabolism on proteinuurilise kroonilise neeruhaiguse iseloomulik tunnus ning nii kliinilised kui ka eksperimentaalsed tõendid toetavad arvamust, et muutunud lipiidide metabolism võib aidata kaasa neeruhaiguse patogeneesile ja progresseerumisele.¹⁷⁵. Sellegipoolest on REC-de roll düsreguleeritud rasvhapete metabolismis kontekstisneerudhaigustuleb veel täpsustada.

Hüpoksia kutsub esile ka arginaas II ülesreguleerimise viisil, mis sõltub HIF2 aktiveerimisest¹⁷⁶või HIF1¹⁷⁷ja vähendab selle substraadi, arginiini, sünteesi ja transporti EC-des^178,179(joonis 4b). Arginaas II on metalloensüüm, mida eriti ekspresseeritakseneerudja katalüüsib l-arginiini hüdrolüüsi uureaks ja l-ornitiiniks. Arginaas II aktiivsuse suurenemine vähendab arginiini biosaadavust, mis summutab eNOS-i aktiivsust, vähendades endoteeli NO tootmist ja käivitades eNOS-i lahtiühendamise, mis viib lõpuks ROS-i ja nitrosatiivse stressi tekkeni.¹⁷⁶. Need sammud on kriitilise tähtsusega endoteeli düsfunktsiooni, diabeetilise neeruhaiguse janeerudpõletik dieedist põhjustatud rasvumise kontekstis^180,181. Füsioloogilistes tingimustes ekspresseerub arginaas II peamiselt välimises medullas, mis viitab sellele, et see metaboolne kohanemine ei toimu tõenäoliselt hüpoksiaga kõige enam kokku puutuvates mREC-des.¹⁸¹.

Lõpuks põhjustab papillaarsete mREC-de kokkupuude ägeda hüpoksiaga puriinide ja ATP vabanemise koos UTP ja UDP-ga rakuvälises ruumis^182–184. ATP aktiveerib endoteeli P2Y retseptoreid, mille tulemuseks on NO tootmine, vasodilatatsioon ja kudede suurenenud perfusioon¹⁸⁵. ATP moodustab ka adenosiini pärast ATP metabolismi ektoensüümide poolt^185,186. Oluline on see, et hüpoksia käivitab EC-des HIF{0}}sõltuva adenosiini A2a retseptori (kodeeritud ADORA2A) ülesreguleerimise.^187,188, mille aktiveerimine suurendab HIF1 valgu sünteesi, soodustades veelgi glükolüütilise geeni ekspressiooni ja glükolüütilist voolu¹⁸⁷(joonis 4b). Enamikul juhtudel vahendab EC-de ja VSMC-de poolt ekspresseeritud A2a ja A2b retseptorite aktiveerimine hüpoksia ajal vabaneva adenosiini vasodilateerivat toimet185. Aastalneerud, on veresoonte erinevates osades erinevad adenosiini retseptorid¹⁸⁹ning ekstratsellulaarne ATP ja adenosiin mängivad võtmerolli neerude hemodünaamika ja mikrotsirkulatsiooni reguleerimisel.^185,190. Medullas toodetakse adenosiini pärast oksüdatiivset stressi Henle ahela (TALH) medullaarses paksus tõusvas harus¹⁹¹ja toimib vasodilataatorina, kutsudes esile medullaarse verevoolu suurenemise mehhanismi kaudu, mis võib hõlmata DVR mREC-sid¹⁹². Vastupidiselt mõjule enamikus teistes veresoontes põhjustab adenosiini poolt vahendatud A2a retseptorite aktivatsioon, mis väljenduvad eriti aferentsetes arterioolides, neeruveresoonkonna vasokonstriktsiooni, mõjutades seega potentsiaalselt neerude verevoolu ja glomerulaarfiltratsiooni.^185,193. Tuleb märkida, et purinergiliste retseptorite roll kroonilise neeruhaiguse progresseerumisel on tuvastatud¹⁹⁴.