2. 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

1. osa vaatamiseks klõpsake siin

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 kontekstisneerudvigastusja haigused, osaliselt mikrokeskkonna muutuste tagajärjel.

• Neeru endoteelirakkude fenotüübilise mitmekesisuse ja metaboolse spetsialiseerumise parem mõistmine võib aidata tuvastada uusi sihtmärke neerude endoteelirakkude raviks.neerudhaigusedjaneerudregenereerimine.

Cistanche tubulosa hoiab ära neeruhaiguse, proovi saamiseks klõpsake siin

REC-reaktsioonid nihkepinge muutustele EC-d puutuvad pidevalt kokku venitusjõuga, mis on põhjustatud verevoolu pulsatsioonist ja veresoone seinaga paralleelsest hõõrdejõust, vedeliku nihkepingest.¹⁹⁵. Need rakud on varustatud nende jõudude tajumiseks ja nende ülekandmiseks biokeemilisteks signaalideks, mis võivad mõjutada veresoonte homöostaasi, reguleerides veresoonte toonust ja EC remodelleerumist, mis reguleerib verevoolu koenõuetele vastavaks . Huvitav on see, et vaskulaarse kihi erinevatest osadest pärinevad EC-d puutuvad kokku spetsiifiliste voolutüüpidega ja reageerivad vastavalt195 (joonis 5a). Arterites ja arterioolides on verevool tugevalt pulseeriv, samas kui kapillaarides on see sarnase ulatusega, kuid vähem pulseeriv ning veenides ja veenides on verevool umbes kolm kuni kümme korda madalam ja pulsatsioon minimaalne195. Aastalneerud, the vasculature of the cortex receives >94 protsenti neerude verevoolust¹⁹⁶mis viitab sellele, et medullaarne veresoonkond puutub kokku suhteliselt madala nihkepinge keskkonnaga. Seevastu gREC-id puutuvad kokku suhteliselt kõrge nihkepinge keskkonnaga (hinnanguliselt 1dyn/cm2 kuni 95dyn/cm2), mis on tingitud suurest verevoolust ja rõhust koos filtreerimise tulemusena suurenenud vere viskoossusega. protsess197 (joonis 5b). GREC kokkupuude nihkepingega on kriitiline, kuna see takistab trombotsüütide agregatsiooni, osaliselt indutseerides vere glükoproteiini von Willebrandi faktori (vWF) konformatsioonilist lahtivoltimist, mis suurendab selle vastuvõtlikkust lõhustumisele ADAMTS13 metalloproteaasi poolt.^198,199. Selle nähtuse tähtsust gREC-i tervisele näitab Shiga toksiiniga seotud hemolüütilise ureemilise sündroomi korral täheldatud tromboosi soodustav fenotüüp. Shiga toksiin soodustab vWF-i sekretsiooni gREC-de poolt ja ülisuurte vWF-multimeeride moodustumist, mis on vastupidavad ADAMTS13-ga lõhustamisele ja kutsuvad esile trombootilist mikroangiopaatiat glomerulites janeerudmicrovasculature200, mis viib lõpuks AKI-ni. Trombotilise trombotsütopeenilise purpura korral põhjustab madal ADAMTS13 aktiivsus sarnase tulemuse¹⁹⁹.

Nihkepinge tähtsust illustreerib ka aterosklerootiliste kahjustuste teke neeruarterites, mis võib põhjustada neeruarteri stenoosi – sekundaarse hüpertensiooni suurimat põhjust201,202. Need kahjustused arenevad arterite ja arterioolide ateropooni piirkondades, mis puutuvad kokku väiksema laminaarse nihkepingega kui teistes piirkondades, näiteks arterite bifurkatsiooni piirkondades, kus verevool on tavaliselt häiritud201 (joonis 5c).

Laminaarse nihkepinge mõju EC-dele.Laminaarne nihkepinge kutsub esile transkriptsioonifaktorite Krüppeli-sarnase faktori 2 (KLF2) ja KLF4 ülesreguleerimise EC-des, osaliselt ATP vabanemise ja sellele järgneva P2X4 purinergiliste retseptorite aktiveerimise kaudu203 ning osaliselt MEK5-ERK5-MEF2 signaaliülekande aktiveerimise kaudu. rada^204,205(joonis 5d). Aastalneerud, Klf2 ja Klf4 koos KLF4 sihtgeeniga Thbd (mis kodeerib trombomoduliini) on teatatud, et need on täiskasvanud hiirte eferentsetest arterioolidest pärinevate gREC-de markeriteks.^10,11(joonis 3b). Nende voolule reageerivate markerite asukoht on kooskõlas tõsiasjaga, et glomerulite vahetus väljumiskohas asuvad REC-id puutuvad kokku suure laminaarse nihkepingega, mis võib olla seotud selle piirkonna kõrge vere viskoossusega. KLF2 ülesreguleerimine ja aktiveerimine vahendavad EÜ rahuolekut, mida iseloomustab VE-kadheriini ja -kateniini ekspressiooni suurenemine, et aidata säilitada tihedat veresoonte barjääri206, EC-de joondamine voolu suunas207, põletiku pärssimine ja hooldus. anti-aterogeenne fenotüüp, antioksüdantide ülesreguleerimine ja veresoonte toonuse langus, mis on sekundaarne NO ja prostatsükliinide 208–210 endoteeli tootmisest (joonis 5d). KLF2 aktiveerimine gREC-des kaitses neid vigastuste ja haiguse progresseerumise eest kroonilise neeruhaiguse loommudelites^211,212. Sellest lähtuvalt reguleeritakse KLF2 glomerulaarses endoteelis vastusena nihkepingele in vitro, kus see soodustab antikoagulandi ja põletikuvastast fenotüüpi ning käivitab endoteeli-sõltuva podotsüütide barjääri resistentsuse vähenemise, mis on vajalik nõuetekohaseks filtreerimisfunktsiooniks204. GREC KLF2 ülesreguleerimine sekundaarselt glomerulaarsest hüperfiltratsioonist andis kaitse EÜ düsfunktsiooni eest ja nõrgendas CKD progresseerumist ühepoolse nefrektoomia mudelis212. Seevastu endoteeli KLF2 kadumine süvendas streptozototsiini poolt indutseeritud mudelis glomerulaarset hüpertroofiat ja proteinuuriat.diabeetikneerudhaigus²¹¹. Endoteeli KLF4 on ka AKI213-s renoprotektiivne. KLF4 EÜ-spetsiifiline kadu süvendas isheemilise AKI mudelis neerukahjustust, soodustades põletikueelse fenotüübi EÜ omandamist²¹³. Siiski väärib märkimist, et KLF2-l ja KLF4-l on endoteelis kontekstispetsiifiline roll214. Näiteks võivad need soodustada EC-de aktiveerimist ja kahjustuste teket, mis põhjustavad ajukoopa väärarenguid arengus.^214,215.

Kokkupuude laminaarse nihkepingega vähendab glükoosi omastamist²¹⁶ja stimuleerib mitokondriaalset biogeneesi EC-des^217–219. KLF2 aktiveerimine vähendab PFKFB3 ekspressiooni koos teiste glükolüütiliste geenide, nagu HK2 (mis kodeerib heksokinaasi 2) ja PFK1 (mis kodeerib fosfofruktokinaasi 1 (PFK1)) ekspressiooni, mille tulemuseks on glükolüüsi vähenemine216 ja varajane glükolüütiliste ainete lülitumine. heksosamiini ja glükuroonhappe biosünteesi rajale vastavalt UDP-GlcUA ja UDP-GlcNAc sünteesiks, mis on hüaluronaani süntaasi (HAS2) piiravad substraadid^{133,220–222}. KLF2 indutseerib ka HAS2 ekspressiooni ja membraani translokatsiooni ning sellest tulenevat glükokalüksi komponendi hüaluronaani sünteesi^133,222. Seega on laminaarse vooluga kokkupuutunud EC-del palju paksem glükokalüks kui häiritud vooluga kokku puutunud EC-del133 (joonis 5d, e). Has2 EÜ-spetsiifiline kustutamine avaldab sügavat mõjuneerud, sealhulgas kapillaaride gREC-de glükokalüksi struktuuri kahjustus, glomerulaarsete endoteeli fenestratsioonide katkemine40, filtratsioonibarjääri düsfunktsioonile viitav albuminuuria, häiritud glükokalüksist sõltuv angiopoietiin 1 signaaliülekanne ja ebanormaalsed podotsüütide struktuurid, mis on tingitud EKG-i ristumisest-absorbist. kapillaaride harvendamine ja glomeruloskleroos⁴⁰.

Mitokondriaalne hingamine ja ATP teke suureneb ka ühesuunalise voolu korral EC-des, võrreldes nendega, mis puutuvad kokku häiritud vooluga223, 224. Mitokondriaalse ATP tekke blokaad inhibeerib nihkepingest põhjustatud ATP vabanemist, samas kui glükolüüsi pärssimine ei oma mõju, mis viitab sellele, et purinergilise retseptori aktiveerimiseks on vajalik EC mitokondriaalne hingamine, mis omakorda indutseerib vastusena nihkepingele KLF2 ekspressiooni.^203,218,224. Lisaks reguleeritakse mitokondriaalset biogeneesi vastusena nihkepingele SIRT1 – PGC1a – TFAM signalisatsioonikaskaadi217 219 aktiveerimise tõttu, samas kui antioksüdantsete geenide, nagu heemoksügenaas 1 ja glutaredoksiin 1, ekspressioon suureneb, et kaitsta EC-sid EC-de eest. ROS225 226 (joonis 5d). Laminaarse vooluga kokkupuutunud EC-de elektronide transpordiahela pärssimine põhjustas EÜ põletiku, mis viitab sellele, et mitokondriaalne hingamine takistab EC aktiveerimist²²³. Aastalneerud, 5-HT1F retseptori aktiveerimine, et stimuleerida mitokondriaalset biogeneesi REC-des, võib vähendada veresoonte hõrenemist ja soodustada vigastustest taastumist, nagu on näidatud AKI227 mudelis.

KLF4 indutseerib ka kolesterooli -25- hüdroksülaasi (CH25H) ja maksa X retseptori ülesreguleerimist ateroprotektiivse pulseeriva nihkepinge korral²²⁸. CH25H katalüüsib 25-hüdroksükolesterooli tootmist, mis takistab sterooli reguleerivaid elemente siduva valgu 2 (SREBP2) aktiveerimist, mis on oluline vahendaja EÜ vastuses häiritud verevoolule (vt allpool)229 230. Seega võib KLF2 ja KLF4 ekspressiooni moduleerimine ja aktiveerimine laminaarse nihkepingega ja nendest tulenevatel metaboolsetel reaktsioonidel olla kriitilise tähtsusega REC-i rahuoleku ja glomerulaarfiltratsiooni säilitamisel (joonis 5d).

Häiritud verevoolu mõju EC-dele.Häiritud verevooluga, näiteks arterite bifurkatsioonide või kõverustega kokkupuutuvad EC-d aktiveeruvad ja neil on põletikueelne ja aterogeenne fenotüüp231 (joonis 5e). Seega võib sellistes ateroprooni piirkondades paiknevate arteriaalsete ja aferentsete arteriolaarsete REC-de aktiveerimine soodustada aterosklerootilise neeruarteri stenoosi teket.

KLF4 ekspressiooni pärsib häiritud verevool, KLF4 promootori piirkonna suurenenud metüülimine takistab MEF2 seondumist ja sellele järgnevat KLF4 transkriptsiooni²³². Lisaks pärsib mikroRNA (miR)-92a, mis indutseeritakse ateropooni piirkondades vastusena madalale nihkepingele, KLF2, KLF4 ja SIRT1 endoteeli ekspressiooni ning reguleerib alla 2B tüüpi fosfatiidhappe fosfataasi (PPAP2B)216,233,234. Normaalse laminaarse nihkepinge tingimustes defosforüülib PPAP2B ringlevat lüsofosfatiidhapet (LPA), takistades selle seondumist LPAR1 retseptoriga, mis muidu kutsub esile põletikueelse signaaliülekande233 (joonis 5e). PPAP2B endoteeli kadu põhjustab endoteeli läbilaskvuse suurenemisega seotud lokaalse ja süsteemse põletiku süvenemist235. LPA signaalimine on kaasatudneerudhaigus ROS-i, põletikuliste tsütokiinide ja fibroosi indutseerimise kaudu236

Endoteeli kokkupuude madala nihkepinge ja häiritud vooluga kutsub esile glükolüütiliste ensüümide ja püruvaatdehüdrogenaasi kinaasi 1 (PDK1) ekspressiooni, eraldades seeläbi glükolüüsi mitokondriaalsest metabolismist ja vähendades mitokondriaalset hingamist EC-des.^223,237(joonis 5e). Mehaaniliselt indutseerib häiritud vool NAD(P)H oksüdaas 4 (NOX4) tuletatud ROS-i tootmist ja aktiveerib NF-κB, mis viib HIF1 ülesreguleerimisele ja stabiliseerumisele, vältides selle lagunemist.^223,237. NF-κB raja aktiveerimine on seotud heparinaasi aktiivsuse ja sellest tuleneva glükokalüksi lagunemisega^238.Kooskõlas nende leidudega pärsib NF-κB aktivatsiooni krooniline nihkepinge glomerulaarses endoteelis239. HIF1 aktiveerimine vastusena häiritud voolule suurendab arteriaalse EC proliferatsiooni ja põletikuliste markerite ekspressiooni, samas kui glükolüüsi pärssimine takistab neid vastuseid223, 237. Veelgi enam, mitokondriaalse oksüdatiivse fosforüülimise aktiveerimine takistab põletikueelset fenotüüpi, mis on põhjustatud arteriaalse EC-de häiritud voolust²²³.

Madala nihkepinge häired kutsuvad esile ka põletikueelsete transkriptsioonifaktorite YAP ja TAZ aktivatsiooni, samas kui laminaarne nihkepinge inhibeerib neid integriinist sõltuval viisil^240,241. YAP ja TAZ aktiveerimine moduleerib EC metabolismi, stimuleerides glükolüüsi ja mitokondriaalset aktiivsust MYC-sõltuval viisil²⁴²ja glutaminolüüsi ülesreguleerimisega²⁴³. Seevastu glükolüütiline ensüüm PFK1 stimuleerib YAP ja TAZ aktiivsust positiivse tagasiside ahelas244. YAP ja TAZ on TGF-SMAD signaaliraja mehaanilised regulaatoridneerud. On näidatud, et need soodustavad neerufibroosi ühepoolse ureetra obstruktsiooni eksperimentaalses mudelis, kuigi REC-de rolli selles fibrootilises vastuses endoteeli-mesenhümaalse ülemineku tulemusena on vähe uuritud.^245,246

Huvitaval kombel näitavad häiritud verevooluga kokkupuutuvad EC-d ka SREBP2 aktiveerumist, mis reguleerib üles kolesterooli sünteesis osalevaid geene, sealhulgas mevalonaadi raja HMG-CoA reduktaasi kiirust piiravat ensüümi (joonis 5e) ja vähendab kolesterooli väljavoolu.^230,247, suurendades rakusisest kolesterooli taset EC-des^230,247. Huvitav on see, et HMG-CoA reduktaasi inhibeerimine statiinide poolt indutseerib endoteeli KLF2 ekspressiooni suurenemist ja vähendab põletikueelset signaaliülekannet NF-κB, HIF1 ja YAP-TAZ poolt, kutsudes seeläbi esile EC-laadse vastuse laminaarsele voolule.^241,248,249. Lisaks soodustab SREBP2 aktiveerimine miR-92a transkriptsiooni, reguleerib üles NOX2 ekspressiooni, mis indutseerib ROS-i tootmist, ja suurendab NLRP3 põletikulise toime ekspressiooni, soodustades lõpuks endoteeli põletikku ja ateroskleroosi216 230. Seega võib SREBP2 olla üks peamisi tegureid neerude arteriaalses ja aferentses arteriolaarses endoteeli vastuses häiritud voolule.

REC reageerib osmolaarsuse muutustele

Theneerudvõib toota väga erineva osmolaarsusega uriini, olenevalt hüdratatsioonist. Henle ahela vastuvoolu kordaja genereerib medullaarse osmolaarsuse gradiendi, mis on uriini kontsentratsiooni mehhanismi aluseks ja määrab lõpliku uriini osmolaarsuse. Lühidalt, TALH – tuubulite segment, mis on enamasti vett mitteläbilaskev – suunab aktiivselt NaCl filtraadist medullaarsesse interstitsiumi, luues 20 mOsm/kg H2O osmolaalsuse erinevuse tõusvas ja laskuvas voolus.²⁵⁰ (joonis 6a). Osmootse reaktsioonina imendub vesi uuesti läbi Henle (TDLH) õhukese laskuva jäseme, suurendades seeläbi filtraadi osmolaarsust250. Kui see filtraat liigub TDLH-st TALH-i, taastab NaCl aktiivne reabsorptsioon TALH-i poolt 20 mOsm/kg H2O osmolaalsuse erinevuse TALH ja interstitsiumi vahel, suurendades veelgi medullaarse interstitsiumi osmolaarsust250. Nende väikeste osmolaalsuse erinevuste korrutamine vastuvooluvoolude vahel toob kaasa suure kortikomedullaarse osmolaalsuse gradiendi (vastuvoolu kordaja)²⁵⁰. Vasa recta tasandil toimub akvaporiinide poolt soodustatud vee väljavool paralleelselt uurea ja NaCl reabsorptsiooniga DVR-is, mis on tingitud vere ja medullaarse osmolaarsuse erinevusest, mille tulemuseks on vere osmolaarsuse suurenemine papilla suunas.²⁵⁰(joonis 6a). Seevastu väga fenestreeritud AVR neelab medullaarset vett ja vabastab NaCl interstitsiumi, kuna papillast tulev veri on suurema osmolaarsusega kui medullaarne interstitium.²⁵⁰(joonis 6a). See vastuvooluvahetus DVR-i ja AVR-i vahel säilitab medullaarse osmolaarsuse gradiendi, mille loob vastuvoolu kordaja süsteem (joonis 6a). Medulla kõrget osmolaarsust säilitavad ka kogumiskanalid, mis ekspordivad aktiivselt karbamiidi sisemises medullaarses interstitsiumis, kontsentreerides samal ajal uriini akvaporiiniga hõlbustatud veetranspordi kaudu medullaarse osmolaarsuse gradiendi järgi. Selle tulemusena puutuvad medullaarsed rakud, sealhulgas mREC-d, äärmuslikule hüperosmolaarsusele, eriti dehüdratsiooni tingimustes, kus osmolaalsus võib inimestel tõusta kuni 1400 mOsm/kg.²⁵⁰(joonis 6a). Nagu allpool kirjeldatud, näitavad olemasolevad tõendid, et mREC-d on nende äärmuslike tingimustega kohanenud, aktiveerides kaitsemehhanisme ja arendades välja spetsiifilise metaboolse profiili10. Pange tähele, et teised (R)EC-d võivad suhkurtõve kontekstis hüperglükeemia tagajärjel kokku puutuda hüperosmolaarsete seisunditega.²⁵¹.

EC-de reaktsiooni hüperosmolaarsustingimustele on vähe uuritud, enamik selle valdkonna uuringuid keskendub neerude epiteelirakkudele, kus hüperosmolaarsus kutsub esile rakutsükli seiskumise, ROS-i tootmise ja DNA kahjustuse.²⁵². Täpsemalt iseloomustab epiteeli vastust hüperosmolaarsusele tsütoskeleti aktiini ümberkorraldamine protsessi kaudu, mis sõltub integriinidest ja GTPaaside perekonnast Rho253, Na plus kanalite NHE4 (viide 254), NKCC1 ja NKCC2 (viide 255) aktiveerimine. ) ja sellest tulenev Na plus ioonide sissevool rakumahu säilitamiseks. Need reaktsioonid käivitavad kuumašoki valkude ekspressiooni, et säilitada valkude õige voltimine ja hüperosmolaarsustundliku transkriptsioonifaktori TonEBP (tuntud ka kui NFAT5) aktiveerimine; pikaajalise hüperosmolaarsuse tingimustes, näiteks papillas, põhjustavad need reaktsioonid lõpuks inertsete orgaaniliste osmolüütide kogunemist²⁵².

Tõendid transkriptsiooniuuringust hiirtel, kes puutusid kokku veepuudusega, viitavad sellele, et sarnane protsess toimub neeru medullaarses endoteelis10 (joonis 6b). Need mREC-d näitavad glükolüütiliste ja oksüdatiivsete fosforüülimise radadega seotud geenide suurenenud ekspressiooni10 (joonis 6b). Lisaks on transkriptoomianalüüsid näidanud, et need rakud osalevad ensümaatilistes ja transpordiprotsessides, et aidata kaasa inertsete orgaaniliste osmolüütide, näiteks suhkruderivaatide, polüoolide (eelkõige sorbitooli, mis on saadud polüooliteest ja müoinositoolist, mis võib võtta või sünteesida glükolüütilistest vaheühenditest, aminohapetest (eriti tauriinist) ja võimalik, et metüülamiinidest nagu betaiin ja glütserofosfokoliin – et tasakaalustada rakusisese ja rakuvälise sektsiooni osmolaarsust10 (joonis 6b). Pikaajalise veepuuduse korral reguleerivad mREC-d üles ka Na pluss / K pluss ATPaasi, arvatavasti piirates Na pluss rakusisest akumulatsiooni (joonis 6b). Selles olukorras oleks oksüdatiivne fosforüülimine, mis annab 32 ATP molekuli glükoosimolekuli kohta, tõhusam strateegia kui anaeroobne glükolüüs, mis vabastab ainult kaks ATP molekuli glükoosimolekuli kohta, et säilitada suurem Na plus / K pluss ATPaasi aktiivsus. Lisaks kalduvad mõned glükolüüsi vaheühendid, mis akumuleeruvad hüperosmolaarsetele tingimustele avatud EC-des, tõenäoliselt oma glükolüütilisest saatusest, et siseneda osmolüütide sünteesi radadele, eriti polüoolid, sorbitool ja müoinositool.¹⁰. Need mREC-de metaboolsed kohandused osmolaarsuse muutustega koos võimaldaksid nende ellujäämist äärmuslikes hüperosmolaarsetes keskkondades ja võimaldaksid neil püsida.neerudfunktsiooni^10,256.

EÜ kohanemine kudede homöostaasis

EC-sid juhendavad angiogeense kasvufaktori signaalid tugirakkudelt, nagu peritsüüdid, epiteelirakud ja podotsüüdid. Seevastu endoteel juhendab oma otseseid naaberrakke autokriinse signaalimise kaudu.

REC kokkupuude angiogeensete teguritega

Kuigi EC-sid peetakse täiskasvanueas füsioloogilistes tingimustes vaikseks, on REC-de kohta saadaolevate üherakuliste RNA-seq uuringute üks intrigeerivamaid leide mõnede tüüpiliste angiogeensete EC-de olemasolu veres.neerudajukoor ja medulla tervetel täiskasvanud hiirtel6,10. Neid REC-sid iseloomustab geneetiline programm, mis sarnaneb angiogeensete migreeruvate EC-de (tuntud ka kui tipurakud) omaga (joonis 7a). Need rakud puutuvad tõenäoliselt kokku angiogeensete kasvufaktoritega ja võivad aidata kaasa veresoonte regenereerimisele täiskasvanud veresoonkonnas, kuigi nende roll on veel teadmata. Neerus olevad rakud võivad toota angiogeenseid kasvufaktoreid kas konstitutiivsel viisil (näiteks podotsüütidest pärineva VEGFA puhul) või vastusena muutustele mikrokeskkonna tingimustes, nagu hüpoksia, oksüdatiivne stress, nihkestress või põletik. Angiogeensed kasvufaktorid põhjustavad glomerulite ja tuubulite vaskularisatsiooni selle ajalneerudareng protsessis, mis sõltub peamiselt võrsumise ja intussusseptiivse angiogeneesi koostööst257 (joonis 7a, b). Näiteks angiopoetiinid ja nendega seotud endoteeli retseptor Tie2 toetavad lümfangiogeneesi ja on kriitilised AVR-i arenguks hiire embrüote puhul ning on vajalikud uriini kontsentratsioonivõime jaoks30. VEGF-i signaalimine on vajalik ka glomerulaarse arhitektuuri nõuetekohaseks arendamiseks. Näiteks VEGF-i antikehade vahendatud neutraliseerimine vastsündinud hiirtel kahjustab veresoonte moodustumist pindmises neerukoores ja glomerulites ning kahjustab lõpuks nefroni arengut258, samas kui VEGFR2 sünnijärgne deletsioon kahjustab glomerulaarset endoteeli48. Veelgi enam, podotsüütidest pärineva VEGFA kadumine välistab glomerulaarse vaskularisatsiooni ja põhjustab perinataalset surma, samas kui Vegfa heterosügootne kadu põhjustab glomerulaarseid endoteliine ja proteinuuria49. Podotsüüdist tuletatud VEGF on seetõttu kriitiline näpunäide glomerulaarse endoteeli loomiseks ja selle säilitamiseks täiskasvanud kapoti257. Samamoodi on tubulaarsete epiteelirakkudest pärinev VEGFA vajalik peritubulaarsete kapillaaride arendamiseks ja säilitamiseks⁵⁰.

Sarnaselt endoteeli aktiveerimisega immuunsüsteemi aktiveerimisel võib REC-de füsioloogiline reaktsioon angiogeensele signaaliülekandele haigusseisundite korral muutuda reguleerimata.²⁵⁹. Näiteks täheldatakse äratõukereaktsiooni korral düsreguleeritud angiogeneesineerudallotransplantaadid²⁶⁰. Veelgi enam, angiogeensete tegurite, peamiselt VEGF-i kadu on seotud kapillaaride kadumisega pärast AKI261; vastupidi, VEGF-i ülesreguleerimine paranebneerudfunktsiooni ja VEGF-i manustamine vähendab kapillaaride haruldust isheemia-reperfusioonikahjustuse kontekstis^262,263. Eksperimentaalsed ja kliinilised tõendid näitavad, et kroonilise neeruhaiguse korral on proangiogeensete ja antiangiogeensete tegurite tasakaal häiritud^259,264. Kuigi kroonilise neeruhaiguse tunnuseks on peritubulaarsete kapillaaride vähenemine, mis soodustabneerudhüpoksia, takistab regenereeruvate tuubulite diferentseerumist ja on tõenäoliselt seotud endoteeli-mesenhümaalse üleminekuga, mis aitab kaasa neerufibroosile, proangiogeenne signaalimine kapillaaride gREC-des soodustab filtreerimisbarjääri katkemist259. Näiteks näitavad loommudelitest saadud tõendid, et diabeetilise neeruhaiguse varases faasis läbivad glomerulaarde endoteel ja glomeruli läheduses leiduvad EC-d VEGF-vahendatud ebanormaalset angiogeneesi; angiogeneesi blokeerimine nendes mudelites parandab neerufunktsiooni²⁶⁵.

Kuigi intussusseptiivse veresoonte kasvu kohta on vähe teada, on võrsuvat angiogeneesi intensiivselt iseloomustatud1. Idanemisprotsessi juhib angiogeensete kasvufaktorite poolt EC pinnaretseptorite ja allavoolu signaaliradade aktiveerimine ning kahe peamise angiogeense EC fenotüübi – prolifereeruvad EC-d (tuntud ka kui varrerakud) ja migreeruvad EC-d (tuntud ka kui tipurakud) esilekerkimine; mujal üksikasjalikult kirjeldatud^1,266,267). Metaboolsel tasemel on igal angiogeensel EÜ tüübil spetsiifilised vajadused (energeetilised ja biomassivajadused) vastavalt nende proliferatiivsele või rändefenotüübile ning kohandatakse vastavalt oma ainevahetust144 (kast 1). Seda, kas tervete täiskasvanud hiirte üherakuliste RNA-seq uuringutega tuvastatud angiogeensetel REC-del on fenotüübiline ja metaboolne aktiivsus, mis on sarnane tipurakkude omaga, tuleb veel kindlaks teha. Lisaks on metaboolsete strateegiate, nagu metaboolne lisamine, potentsiaalne võime soodustada angiogeneesi või lümfangiogeneesi.neerudparandamine ja regenereerimine nõuab samuti täiendavat uurimist.

Angiokriinne signaalimine neerudes

EC-d juhendavad otseselt ka oma naaberrakke kasvufaktorite ja tsütokiinide vabastamise ning adhesioonimolekulide ekspressiooni kaudu268. Aastalneerud, veresoonkond loob niši, mis toetab selle arengut ja hooldustneerudstruktuur ja funktsioon4,11. Selle kontseptsiooni otseseks tõestuseks annavad uuringud indutseeritud pluripotentsete tüvirakkudest pärinevate neeruorganoidide kohta, milles glomerulaar- ja torukujuliste struktuuride küpsemist saab indutseerida, soodustades vaskularisatsiooni ja verevoolu organoidi siirdamise kaudu hiirte neerukapsli alla269. Lisaks takistab glomerulaarse endoteeli katkemine hiire embrüonaalsetes neerudes podotsüütide küpsemist, eriti jalaprotsesside ja piludega diafragmade omandamist⁴⁹. Huvitav on see, et nii arenev kui ka täiskasvanud neerude veresoonkond näitavad endokriinsete tegurite ekspressioonis ruumilisi erinevusi. Glomeruli arengu ajal näib, et EC-st tuletatud maatriksi metalloproteinaas 2 reguleerib EC-de interaktsiooni podotsüütidega glomerulaarseks kokkupanekuks²⁷⁰, samas kui PDGFB ekspressioon stimuleerib mesangiaalsete rakkude värbamist^271,272. Arenev glomerulaarne endoteel ekspresseerib ka kasvufaktori geene, nagu Fgf1 ja Vegfa, Notchi ligandi Dll4, neuronaalset juhtimismärki Sema5a ja Wnt antagonisti Dkk2 (viited 4, 11); Dkk2 on rikastatud ka aferentsete arterioolide gREC-idega, mis on täiskasvanueas seotud JGA-ga10. Arenevad neeruarterid ja arterioolid ekspresseerivad ka kasvufaktoreid, sealhulgas Pdgfb, Tgfb2 ja Ltbp4 (viide 11); Tgfb2 ja Ltbp4 ekspressioon on täiskasvanueas rikastatud samades REC alamrühmades10. Hämmastav on see, et insuliinitaoline kasvufaktori signaalisüsteem näitab täiskasvanu sees selget tsoneerimistneerudveresoonkond: Igf1 ekspresseeritakse peamiseltneerudmedulla poolt papillis oleva AVR-i REC-de poolt, Igfbp7 peetakse laialdaseks mREC-de markeriks, Igfbp4 leidub aferentsetes arteriolaarsetes gREC-des, Igfbp3 ekspresseeritakse enamasti peritubulaarsetes kapillaaride cREC-des ja Igfbp5 on rikastatud nii kortikaalsetes peritubulaarsetes kapillaarides1 kui ka glomerulaarides. Ka mitmed teised endokriinsed tegurid näitavad täiskasvanud hiire neerudes heterogeenset ekspressiooni erinevate EÜ fenotüüpide vahel10. Nende roll hooldusesneerudkudesid ja funktsioone tuleb veel uurida.

Angiokriinne signaalimine on kriitiline ka neerukahjustuse järgsete parandusprotsesside jaoks. Näiteks võivad REC-d aidata kaasa neerude taastumisele pärast AKI-d, reguleerides põletikulisi reaktsioone või pakkudes pro-tubulogeenseid signaale²⁷³. Kokultuurides stimuleerivad neerude proksimaalsed tuubulite rakud REC-sid ekspresseerima mitmeid angiokriinseid tegureid, sealhulgas VEGF-i, TGF-i, selle antagonisti 2-makroglobuliini ja hepatotsüütide kasvufaktorit, mis omakorda soodustavad proksimaalse tuubuli ellujäämist, proliferatsiooni ja diferentseerumist. rakud274. On tõenäoline, et kapillaaride harvendamine kutsub esile "kroonilise vigastuse düsreguleeritud paranemise" protsessid, mille tulemuseks on epiteeli regeneratsiooni halvenemine, nefroni kadu ning põletikueelsed ja fibrootilised signaalid, mis võib olla tingitud angiokriinsete signaalide ebapiisavusest273. Selle hüpoteesi toetuseks on tõendeid, mis näitavad, et endoteeli eellasrakkude ekstraktidel on AKI loommudelites renoprotektiivne toime, vältides kapillaaride kadu ja vähendades fibroosi, kusjuures endokriinsed tegurid, nagu leukeemiat inhibeeriv tegur, takistavad ja pööravad ümber fibroblastide ja müofibroblastide üleminekut.²⁷⁵.

REC-de endokriinseid profiile kujundavate füsioloogiliste ja patoloogiliste mikrokeskkondade edasine uurimine on õigustatud. Veelgi enam, mehhanismid, mille abil REC-i metaboolsed protsessid on omavahel seotud nende erinevate endokriinsete signatuuridega, tuleb veel kindlaks määrata. Huvitaval kombel kirjeldas 2020. aasta uuring endokriinsete metaboliitide suhtlust lihaste regenereerimisel pärast isheemiat. See uuring näitas, et EÜ-st saadud laktaat kutsub makrofaage omaks võtma regeneratiivset M2-taolist fenotüüpi, mis tõstatab küsimuse, kas sarnane mehhanism võib esineda kaneerudregeneratsiooni soodustamiseks pärast isheemilisi vigastusi²⁷⁶.

Järeldused

Imetajate veresoonkonda on pikka aega peetud passiivseks kanaliks hapniku ja toitainete tarnimiseks erinevatesse organitesse, samuti jäätmete eemaldamiseks, kusjuures endoteel toimib vere-koebarjäärina. See paradigma ei kehti enam, kuna intensiivsed uuringud veresoonte valdkonnas on näidanud endoteeli aktiivset rolli mitte ainult vasotooni ja põletiku reguleerimisel, vaid ka organite küpsemisel endokriinsete vahendajate tootmise, immuunsuse ja elundi funktsioonide tootmisel. EC-de tähtsust nende protsesside jaoks tõendab asjaolu, et iga organ saab kasu ainulaadsest endoteelist, mis on kohandatud selle konkreetsetele vajadustele ja mille kujundab rakuline ja mitterakuline mikrokeskkond.

Endoteel sisemusesneerudon selle organi jaoks ainulaadne ja sellel on suur heterogeensus, et säilitada neeru mitmekordne aktiivsus vedeliku ja vererõhu homöostaasis. Oluline on see, et REC-i düsfunktsioon ei ole seotud ainult neeruhaigusega, vaid võib põhjustada haiguse progresseerumist, identifitseerides neeru endoteeli asjakohase terapeutilise sihtmärgina. Viimase kümnendi jooksul on ulatuslikud analüüsid näidanud, et EC-de metabolism on rakulisel ja subtsellulaarsel tasemel tihedalt reguleeritud ning erinevatel EC-fenotüüpidel on ainulaadsed metaboolsed profiilid. EÜ metabolismi plastilisus pakub mehhanismi EÜ fenotüübilise käitumise korraldamiseks, võimaldades EC-del aktiivselt reageerida muutustele nende mikrokeskkonnas, kuid pakkudes ka potentsiaalset võimalust terapeutiliseks sihtimiseks. Näiteks endoteeli PFKFB3 pärssimine kasvaja EC-des, normaliseerunud glükolüütiline voog ja veresoonte paranenud küpsemine, on seotud endoteeli vähenenud aktivatsiooni ja endoteeli barjääri tihenemisega.²⁷⁷. Lisaks soodustab EC-de täiendamine atsetüül-CoA prekursori atsetaadiga (lümfi)angiogeneesi in vitro ja in vivo^278–280. Spetsiifilised dieedid võivad pakkuda ka uusi ravivõimalusi: 2019. aasta uuring näitas, et ketogeenne dieet soodustab lümfangiogeneesi, suurendades atsetüül-CoA kogust LEC-des ja vähendades lümfödeemi loommudelil.²⁸¹

Samamoodi onneerud, arvatakse, et REC-de fenotüübiline heterogeensus on tingitud metaboolsetest kohanemistest raku vajadustega ja mikrokeskkonna signaalidega nii tervise kui ka haiguste korral. Endoteeli düsfunktsiooni metaboolne sihtimine, samuti angiogenees ja lümfangiogenees on potentsiaalsed strateegiad neerufunktsiooni parandamiseks neeruhaiguse kontekstis. Neeruorganoidid on asendamiseks pakutud regeneratiivse lähenemisviisinaneerudfunktsiooni, kuid nende arenenud veresoonkonna puudumine on peamiseks piiranguks^282–284. Strateegiad (sh metaboolsed strateegiad) stimuleerimiseksneerudorganoidide vaskularisatsioon ja EÜ küpsemise soodustamine võivad soodustada nende organoidide küpsemist ja lõppkokkuvõttes hõlbustada nende terapeutilist kasutamist²⁶⁹. Vaatamata vajadusele täiendavalt uurida neeru endoteeli eripära, toetavad olemasolevad tõendid nende rakkude võtmerollineerudfüsioloogilised protsessid ja viitab sellele, et REC-de (metaboolne) sihtimine võib olla väga kasulik strateegia neerude taastumise ja regenereerimise edendamiseks.

1. Carmeliet, P. & Jain, RK Angiogeneesi molekulaarsed mehhanismid ja kliinilised rakendused. Nature 473, 298–307 (2011).

2. Wong, BW, Zecchin, A., Garcia-Caballero, M. & Carmeliet, P. Emerging concepts in organ-specific lymphatic veresoontes ja lümfisüsteemi arengu metaboolne reguleerimine. Dev. Cell 45, 289–301 (2018).

3. Marcu, R. et al. Inimese elundispetsiifiline endoteelirakkude heterogeensus. iScience 4, 20–35 (2018).

4. Nolan, DJ jt. Kudespetsiifilise mikrovaskulaarse endoteelirakkude heterogeensuse molekulaarsed allkirjad elundite säilitamisel ja regenereerimisel. Dev. Cell 26, 204–219 (2013).

5. Augustin, HG & Koh, GY Organotüüpne veresoonkond: kirjeldavast heterogeensusest funktsionaalse patofüsioloogiani. Teadus 357, eaal2379 (2017).

6. Kalucka, J. et al. Hiire endoteelirakkude üherakuline transkriptoomi atlas. Cell 180, 764–779.e20 (2020).

7. Herzlinger, D. & Hurtado, R. Neeru veresoonte voodi muster. Semin. Cell Dev. Biol. 36, 50–56 (2014).

8. Jourde-Chiche, N. et al. Endoteeli struktuur ja funktsioon neerude tervise ja haiguste korral. Nat. Rev Nephrol. 15, 87–108 (2019).

9. Molema, G. & Aird, WC Vaskulaarne heterogeensus neerus. Semin. Nephrol. 32, 145–155 (2012).

10. Dumas, SJ et al. Üherakuline RNA sekveneerimine näitab neerude endoteeli heterogeensust ja metaboolset kohanemist veepuudusega. J. Am. Soc. Nephrol. 31, 118–138 (2020).

11. Barry, DM et al. Nefroni veresoonte spetsialiseerumise molekulaarsed determinandid neerudes. Nat. Commun. 10, 5705 (2019).

12. Jang, C. et al. Metaboliitide vahetus imetajate organite vahel kvantifitseeritud sigadel. Lahtri metab. 30, 594–606.e3 (2019).

13. Wong, BW, Marsch, E., Treps, L., Baes, M. & Carmeliet, P. Endoteelirakkude metabolism tervises ja haigustes: hüpoksia mõju. EMBO J. 36, 2187–2203 (2017).

14. Makris, K. & Spanou, L. Äge neerukahjustus: definitsioon, patofüsioloogia ja kliinilised fenotüübid. Clin. Biochem. Rev. 37, 85–98 (2016).

15. Levey, AS et al. Kroonilise neeruhaiguse määratlus ja klassifikatsioon: seisukohavõtt uuringust Kidney Disease: Improving Global Outcomes (KDIGO). Kidney Int. 67, 2089–2100 (2005).

16. Verma, SK & Molitoris, BA Neeru endoteeli kahjustus ja mikrovaskulaarne düsfunktsioon ägeda neerukahjustuse korral. Semin. Nephrol. 35, 96–107 (2015).

17. Goligorsky, MS Endoteelirakkude düsfunktsiooni patogenees kroonilise neeruhaiguse korral: tagasivaade ja tulevik. Kidney Res. Clin. Harjuta. 34, 76–82 (2015).

18. Rosivall, L. & Peti-Peterdi, J. Aferentse arteriooli heterogeensus – korrelatsioonid morfoloogia ja funktsiooni vahel. Nephrol. Helista. Transpl. 21, 2703–2707 (2006).

19. Guerci, P., Ergin, B. & Ince, C. Neeru makro- ja mikrotsirkulatsioon. Parim tava. Res. Clin. Anestesiool. 31, 315–329 (2017).

20. Wang, K. & Kestenbaum, B. Proksimaalne tubulaarne sekretoorne kliirens: neerufunktsiooni tähelepanuta jäetud partner. Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 13, 1291–1296 (2018).