Bahagian 2 Kepelbagaian Fenotip Dan Pengkhususan Metabolik Sel Endothelial Renal

Hubungi: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mel: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. Rabelink⁵dan Peter Carmeliet^1,4

Klik di sini untuk Bahagian 1

Perkara utama

• Endothelium berbeza antara organ yang berbeza, mungkin untuk menyokong fungsi organ yang berbeza.

• Pelbagai fenotip sel endothelial khusus wujud bersama dalam glomeruli renal, korteks dan medula; ini berfungsi untuk menyokong penapisan glomerular, penyerapan semula dan rembesan ion dan metabolit, dan kepekatan air kencing.

• Persekitaran mikro tempatan yang berbeza dalambuah pinggangmembentuk heterogeniti molekul dan metabolik endothelium buah pinggang; Sebaliknya, faktor endokrin yang berasal dari sel endothelial mengekalkan niche yang berbezabuah pinggangpersekitaran mikro.

• Metabolisme sel endothelial buah pinggang boleh diubah dalam konteksbuah pinggangkecederaandan penyakit, sebahagiannya akibat daripada perubahan dalam persekitaran mikro.

• Pemahaman yang lebih mendalam tentang kepelbagaian fenotip dan pengkhususan metabolik sel endothelial buah pinggang boleh membantu mengenal pasti sasaran baharu untuk rawatanbuah pinggangpenyakitdanbuah pinggangpenjanaan semula.

Cistanche tubulosa mencegah penyakit buah pinggang, klik di sini untuk mendapatkan sampel

Tindak balas REC terhadap perubahan dalam tegasan ricih EC sentiasa terdedah kepada daya regangan yang disebabkan oleh denyutan aliran darah dan daya geseran selari dengan dinding salur, tegasan ricih bendalir.¹⁹⁵. Sel-sel ini dilengkapi untuk merasakan daya ini dan untuk memindahkannya kepada isyarat biokimia yang boleh menjejaskan homeostasis kapal dengan mengawal nada vaskular dan pembentukan semula EC, yang melaraskan aliran darah untuk memenuhi keperluan tisu195. Menariknya, EC dari bahagian berlainan katil vaskular terdedah kepada jenis aliran tertentu dan bertindak balas dengan sewajarnya195 (Rajah 5a). Dalam arteri dan arteriol, aliran darah adalah sangat berdenyut, manakala dalam kapilari ia mempunyai magnitud yang sama tetapi kurang berdenyut, dan dalam venula dan vena aliran darah adalah kira-kira tiga kali ganda hingga sepuluh kali ganda lebih rendah dan denyutan adalah minimum195. Di dalambuah pinggang, the vasculature of the cortex receives >94 peratus aliran darah buah pinggang¹⁹⁶menunjukkan bahawa vaskular medula terdedah kepada persekitaran tegasan ricih yang agak rendah. Sebaliknya, gREC terdedah kepada persekitaran tegasan ricih yang agak tinggi (dianggarkan daripada 1dyn/cm2 hingga setinggi 95dyn/cm2 ), akibat daripada aliran darah tinggi dan tekanan yang digabungkan dengan peningkatan kelikatan darah hasil daripada penapisan proses197 (Rajah 5b). Pendedahan gREC kepada tegasan ricih adalah kritikal kerana ia menghalang pengagregatan platelet, sebahagiannya dengan mendorong terungkap konformasi faktor glikoprotein darah von Willebrand (vWF) yang meningkatkan kerentanannya kepada pembelahan oleh metalloprotease ADAMTS13^198,199. Kepentingan fenomena ini kepada kesihatan gREC ditunjukkan oleh fenotip pro-trombotik yang diperhatikan dalam sindrom uraemik hemolitik Shiga yang berkaitan dengan toksin. Toksin Shiga menggalakkan rembesan vWF oleh gREC dan pembentukan multimer vWF ultra besar yang tahan pembelahan oleh ADAMTS13 dan mendorong mikroangiopati trombotik dalam glomeruli danbuah pinggangmicrovasculature200, akhirnya membawa kepada AKI. Dalam purpura trombositopenik trombotik, aktiviti ADAMTS13 yang rendah menghasilkan hasil yang sama¹⁹⁹.

Kepentingan tegasan ricih juga digambarkan oleh perkembangan lesi aterosklerotik dalam arteri renal, yang boleh mengakibatkan stenosis arteri renal — punca terbesar hipertensi sekunder201,202. Lesi ini berkembang di kawasan atheroprone dalam arteri dan arteriol yang terdedah kepada tegasan ricih laminar yang lebih rendah daripada kawasan lain, seperti kawasan bifurkasi arteri, di mana aliran darah biasanya terganggu201 (Rajah 5c).

Kesan tegasan ricih laminar pada EC.Tegasan ricih lamina mendorong regulasi faktor transkripsi faktor seperti Krüppel 2 (KLF2) dan KLF4 dalam EC, sebahagiannya melalui pembebasan ATP dan pengaktifan seterusnya reseptor purinergik P2X4203, dan sebahagiannya melalui pengaktifan isyarat MEK5-ERK5-MEF2. laluan^204,205(Gamb. 5d). Di dalambuah pinggang, Klf2, dan Klf4 bersama-sama dengan gen sasaran KLF4, Thbd (yang mengekodkan trombomodulin), telah dilaporkan sebagai penanda gREC yang diperoleh daripada arteriol eferen pada tikus dewasa.^10,11(Gamb. 3b). Lokasi penanda responsif aliran ini konsisten dengan fakta bahawa REC yang terletak di tapak keluar segera glomeruli terdedah kepada tegasan ricih lamina yang tinggi, yang berpotensi berkaitan dengan kelikatan darah tinggi di rantau ini. Penyelarasan dan pengaktifan KLF2 menengahi senyap EC, dicirikan oleh peningkatan dalam ekspresi VE-cadherin dan -catenin untuk membantu penyelenggaraan halangan vaskular yang ketat206, penjajaran EC ke arah aliran207, perencatan keradangan dan penyelenggaraan daripada fenotip anti-aterogenik, regulasi antioksidan dan penurunan nada vaskular sekunder kepada pengeluaran endothelial NO dan prostacyclins208–210 (Rajah 5d). Pengaktifan KLF2 dalam gREC melindungi mereka daripada kecederaan dan perkembangan penyakit dalam model haiwan CKD^211,212. Oleh itu, KLF2 dikawal selia dalam endothelium glomerular sebagai tindak balas kepada tegasan ricih secara in vitro, di mana ia menggalakkan fenotip antikoagulan dan anti-radang dan mencetuskan penurunan yang bergantung kepada endothelial dalam rintangan halangan podosit, yang diperlukan untuk fungsi penapisan yang betul204. Penyelarasan gREC KLF2 sekunder kepada hiperfiltrasi glomerular memberikan perlindungan terhadap disfungsi EC dan melemahkan perkembangan CKD dalam model nefrektomi unilateral212. Sebaliknya, kehilangan KLF2 endothelial memburukkan lagi hipertrofi glomerular dan proteinuria dalam model yang disebabkan oleh streptozotocin.kencing manisbuah pinggangpenyakit²¹¹. Endothelial KLF4 juga renoprotektif dalam AKI213. Kehilangan KLF4 khusus EC memburukkan lagi kecederaan buah pinggang dalam model AKI iskemia dengan menggalakkan pemerolehan EC fenotip pro-radang²¹³. Walau bagaimanapun, perlu diperhatikan bahawa KLF2 dan KLF4 mempunyai peranan khusus konteks dalam endothelium214. Sebagai contoh, mereka boleh menggalakkan pengaktifan EC dan pembentukan lesi yang membawa kepada kecacatan cerebral cavernous dalam pembangunan.^214,215.

Pendedahan kepada tegasan ricih laminar mengurangkan pengambilan glukosa²¹⁶dan merangsang biogenesis mitokondria dalam EC^217–219. Pengaktifan KLF2 merendahkan ekspresi PFKFB3 bersama-sama dengan gen glikolitik lain seperti HK2 (yang mengodkan heksokinase 2) dan PFK1 (yang mengodkan fosfofruktokinase 1 (PFK1)), mengakibatkan penurunan glikolisis216, dan pengaliran perantaraan glikolitik awal yang tersedia. kepada laluan biosintesis asid hexosamine dan glucuronic untuk sintesis UDP-GlcUA dan UDP-GlcNAc, yang merupakan substrat pengehad hyaluronan synthase (HAS2)^{133,220–222}. KLF2 juga mendorong ekspresi dan translokasi membran HAS2 dan hasil sintesis komponen glycocalyx hyaluronan^133,222. Oleh itu, EC yang terdedah kepada aliran laminar memaparkan glikokaliks yang lebih tebal daripada EC yang terdedah kepada aliran terganggu133 (Rajah 5d, e). Pemadaman Has2 khusus EC mempunyai kesan mendalam padabuah pinggang, termasuk kemerosotan struktur glikokaliks gREC kapilari, gangguan fenestrasi endothelial glomerular40, albuminuria yang menunjukkan disfungsi penghalang penapisan, isyarat angiopoietin 1 yang bergantung kepada glikokaliks yang terganggu, dan struktur podosit yang tidak normal akibat daripada rentas EC-podocyte glotal yang tidak normal. jarang kapilari dan glomerulosklerosis⁴⁰.

Respirasi mitokondria dan penjanaan ATP juga meningkat dalam EC di bawah aliran satu arah berbanding dengan yang terdedah kepada aliran terganggu223,224. Sekatan penjanaan ATP mitokondria menghalang pembebasan ATP yang disebabkan oleh tegasan ricih manakala, sebaliknya, perencatan glikolisis tidak mempunyai kesan, menunjukkan bahawa respirasi mitokondria EC diperlukan untuk pengaktifan reseptor purinergik, yang seterusnya mendorong ekspresi KLF2 sebagai tindak balas kepada tegasan ricih.^203,218,224. Tambahan pula, biogenesis mitokondria dikawal selia sebagai tindak balas kepada tegasan ricih, disebabkan oleh pengaktifan litar isyarat SIRT1-PGC1a-TFAM217,219, manakala ekspresi gen antioksidan, seperti haem oxygenase 1 dan glutaredoxin 1, ditingkatkan untuk melindungi EC daripada ROS225,226 (Gamb. 5d). Menghalang rantai pengangkutan elektron dalam EC yang terdedah kepada aliran laminar mengakibatkan keradangan EC, menunjukkan bahawa respirasi mitokondria menghalang pengaktifan EC²²³. Di dalambuah pinggang, pengaktifan 5-reseptor HT1F untuk merangsang biogenesis mitokondria dalam REC boleh mengurangkan jarang vaskular dan menggalakkan pemulihan daripada kecederaan seperti yang ditunjukkan dalam model AKI227.

KLF4 juga mendorong peningkatan regulasi kolesterol-25- hidroksilase (CH25H) dan reseptor X hati apabila terdedah kepada tegasan ricih pulsatil ateroprotektif²²⁸. CH25H memangkinkan penghasilan 25-hidroksikolesterol, yang menghalang pengaktifan protein pengikat unsur pengawalseliaan sterol 2 (SREBP2), pengantara penting dalam tindak balas EC terhadap aliran darah yang terganggu (lihat di bawah)229,230. Oleh itu, modulasi ekspresi dan pengaktifan KLF2 dan KLF4 oleh tegasan ricih laminar dan tindak balas metabolik akibatnya mungkin mempunyai peranan penting dalam pengekalan senyap REC dan penapisan glomerular (Rajah 5d).

Kesan aliran darah yang terganggu pada EC.EC yang terdedah kepada aliran darah yang terganggu seperti dalam bifurkasi arteri atau lengkungan diaktifkan dan mempamerkan fenotip pro-radang dan aterogenik231 (Rajah 5e). Oleh itu, pengaktifan REC arteriolar arteri dan aferen yang terletak di kawasan atheroprone tersebut mungkin menggalakkan perkembangan stenosis arteri renal aterosklerotik.

Ekspresi KLF4 ditindas oleh aliran darah yang terganggu, dengan peningkatan metilasi kawasan promoter KLF4 yang menghalang pengikatan MEF2 dan transkripsi KLF4 seterusnya²³². Tambahan pula, mikroRNA (miR)-92a, yang diinduksi di kawasan atheroprone sebagai tindak balas kepada tegasan ricih yang rendah, menindas ekspresi endothelial KLF2, KLF4 dan SIRT1, dan menurunkan kawal selia asid fosfatidik jenis fosfatase 2B (PPAP2B)216,233,234. Di bawah keadaan tegasan ricih laminar biasa, PPAP2B menyahfosforilasi asid lisophosphatidic (LPA) yang beredar, menghalang pengikatannya pada reseptor LPAR1, yang sebaliknya mendorong isyarat pro-radang233 (Rajah 5e). Kehilangan endothelial PPAP2B membawa kepada keradangan tempatan dan sistemik yang lebih teruk yang dikaitkan dengan peningkatan kebolehtelapan endothelial235. Isyarat LPA terlibat dalambuah pinggangpenyakit melalui induksi ROS, sitokin radang dan fibrosis236

Pendedahan endothelial kepada tegasan ricih rendah dan aliran terganggu mendorong ekspresi enzim glikolitik dan piruvat dehidrogenase kinase 1 (PDK1), dengan itu melepaskan glikolisis daripada metabolisme mitokondria dan mengurangkan respirasi mitokondria dalam EC.^223,237(Gamb. 5e). Secara mekanikal, aliran terganggu mendorong pengeluaran ROS yang diperolehi NAD(P)H oksidase 4 (NOX4) dan mengaktifkan NF-κB, yang membawa kepada penyelarasan dan penstabilan HIF1 dengan menghalang degradasinya^223,237. Pengaktifan laluan NF-κB telah dikaitkan dengan aktiviti heparinase dan degradasi glikokaliks akibatnya^238.Selaras dengan penemuan ini, pengaktifan NF-κB ditindas oleh tegasan ricih kronik dalam endothelium glomerular239. Pengaktifan HIF1 sebagai tindak balas kepada aliran terganggu meningkatkan percambahan EC arteri dan ekspresi penanda keradangan, manakala perencatan glikolisis menghalang tindak balas ini223,237. Selain itu, pengaktifan fosforilasi oksidatif mitokondria menghalang fenotip pro-radang yang disebabkan oleh aliran terganggu dalam EC arteri.²²³.

Gangguan dalam tegasan ricih rendah juga mendorong pengaktifan faktor transkripsi pro-radang YAP dan TAZ, manakala tegasan ricih lamina menghalangnya dalam cara yang bergantung kepada integrin.^240,241. Pengaktifan YAP dan TAZ memodulasi metabolisme EC dengan merangsang glikolisis dan aktiviti mitokondria dalam cara yang bergantung kepada MYC²⁴², dan dengan mengawal selia glutaminolisis²⁴³. Sebaliknya, enzim glikolitik PFK1 merangsang aktiviti YAP dan TAZ dalam gelung maklum balas positif244. YAP dan TAZ ialah pengatur mekanis bagi laluan isyarat TGF –SMAD dalambuah pinggang. Mereka telah ditunjukkan untuk menggalakkan fibrosis buah pinggang dalam model eksperimen halangan ureter unilateral, walaupun peranan REC dalam tindak balas fibrotik ini akibat peralihan endothelial-to-mesenchymal telah disiasat dengan baik.^245,246

Menariknya, EC yang terdedah kepada aliran darah yang terganggu juga menunjukkan pengaktifan SREBP2, yang mengawal selia gen yang terlibat dalam sintesis kolesterol termasuk enzim pengehad kadar laluan mevalonat HMG-CoA reduktase (Rajah 5e) dan mengurangkan efluks kolesterol^230,247, meningkatkan tahap kolesterol intrasel dalam EC^230,247. Menariknya, perencatan reduktase HMG-CoA oleh statin mendorong peningkatan endothelial dalam ekspresi KLF2, dan mengurangkan isyarat pro-radang oleh NF-κB, HIF1, dan YAP-TAZ, dengan itu mendorong tindak balas seperti EC kepada aliran laminar.^241,248,249. Tambahan pula, pengaktifan SREBP2 menggalakkan transkripsi miR-92a, mengimbangi ekspresi NOX2, yang mendorong pengeluaran ROS dan meningkatkan ekspresi inflamasi NLRP3, akhirnya menggalakkan keradangan endothelial dan aterosklerosis216,230. Oleh itu, SREBP2 mungkin salah satu pemacu utama dalam tindak balas endothelial arteriolar arteri renal dan aferen kepada aliran yang terganggu.

Tindak balas REC terhadap perubahan dalam osmolariti

Thebuah pinggangboleh menghasilkan air kencing dengan osmolariti yang berbeza-beza bergantung kepada status penghidratan. Pengganda arus balas bagi gelung Henle menjana kecerunan osmolariti medula yang mendasari mekanisme kepekatan air kencing dan menentukan osmolariti air kencing akhir. Secara ringkas, TALH — segmen tubul yang kebanyakannya tidak telap air — secara aktif mengangkut NaCl daripada turasan ke interstitium medula, mewujudkan perbezaan osmolaliti 20 mOsm/kg H2O merentasi aliran menaik dan menurun.²⁵⁰ (Gamb. 6a). Sebagai tindak balas osmotik, air diserap semula melalui anggota nipis menurun Henle (TDLH), dengan itu meningkatkan osmolariti turasan250. Apabila turasan ini berkembang dari TDLH ke TALH, penyerapan semula aktif NaCl oleh TALH mewujudkan semula 20 mOsm/kg perbezaan osmolaliti H2O antara TALH dan interstitium, seterusnya meningkatkan osmolariti interstitium medulla250. Pendaraban perbezaan osmolaliti kecil ini antara aliran berlawanan membawa kepada kecerunan osmolaliti korticomedular yang besar (pengganda arus balas)²⁵⁰. Pada tahap vasa recta, efluks air yang difasilitasi oleh aquaporin berlaku selari dengan penyerapan semula urea dan NaCl dalam DVR, didorong oleh perbezaan antara darah dan osmolariti medula, mengakibatkan peningkatan osmolariti darah ke arah papila.²⁵⁰(Gamb. 6a). Sebaliknya, AVR yang sangat fenestrasi menyerap semula air medula dan membebaskan NaCl ke dalam interstitium, kerana darah yang datang dari papila adalah osmolariti yang lebih tinggi daripada interstitium medula.²⁵⁰(Gamb. 6a). Pertukaran arus berlawanan antara DVR dan AVR ini mengekalkan kecerunan osmolariti medula yang dicipta oleh sistem pengganda arus balas (Rajah 6a). Osmolariti tinggi medula juga dikekalkan oleh saluran pengumpul, yang secara aktif mengeksport urea dalam interstitium medulla dalam sambil menumpukan air kencing mengikut kecerunan osmolariti medula melalui pengangkutan air yang dipermudahkan oleh aquaporin. Akibatnya, sel medula termasuk mREC terdedah kepada tahap hiperosmolariti yang melampau, terutamanya dalam keadaan dehidrasi di mana osmolaliti boleh meningkat setinggi 1,400mOsm/kg pada manusia.²⁵⁰(Gamb. 6a). Seperti yang diterangkan di bawah, bukti yang ada menunjukkan bahawa mREC telah menyesuaikan diri dengan keadaan yang melampau ini dengan mengaktifkan mekanisme perlindungan dan membangunkan profil metabolik tertentu10. Nota, EC (R) lain boleh terdedah kepada keadaan hiperosmolar akibat hiperglikemia dalam konteks diabetes mellitus²⁵¹.

Tindak balas EC terhadap keadaan hiperosmolariti telah kurang disiasat, dengan kebanyakan penyelidikan dalam bidang ini memfokuskan pada sel epitelium buah pinggang, di mana hiperosmolariti mencetuskan penangkapan kitaran sel, penghasilan ROS, dan kerosakan DNA²⁵². Khususnya, tindak balas epitelium terhadap hiperosmolariti dicirikan oleh penyusunan semula aktin sitoskeletal melalui proses yang bergantung kepada integrin dan keluarga Rho GTPases253, pengaktifan saluran Na plus NHE4 (rujuk 254), NKCC1, dan NKCC2 (rujuk 255). ), dan kemasukan ion Na plus yang terhasil untuk penyelenggaraan isipadu sel. Tindak balas ini mencetuskan ekspresi protein kejutan haba untuk mengekalkan lipatan protein yang betul dan pengaktifan faktor transkripsi hiperosmolariti-sensitif TonEBP (juga dikenali sebagai NFAT5); di bawah keadaan hiperosmolariti yang berpanjangan, seperti dalam papila, tindak balas ini akhirnya mengakibatkan pengumpulan osmolit organik lengai²⁵².

Bukti daripada kajian transkrip pada tikus yang terdedah kepada kekurangan air menunjukkan bahawa proses yang sama berlaku dalam endothelium medula renal10 (Rajah 6b). MREC ini menunjukkan peningkatan ekspresi gen yang berkaitan dengan laluan fosforilasi glikolitik dan oksidatif10 (Rajah 6b). Selain itu, analisis transkriptom telah mencadangkan bahawa sel-sel ini melibatkan proses enzimatik dan pengangkutan untuk membantu pengumpulan osmolit organik lengai - seperti derivatif gula, poliol (khususnya, sorbitol, yang berasal daripada laluan poliol dan Myo-inositol, yang boleh diambil atau disintesis daripada perantaraan glikolitik), asid amino (khususnya, taurin) dan mungkin metilamina seperti betaine dan gliserofosfokolin — untuk mengimbangi osmolariti antara petak intrasel dan ekstrasel10 (Rajah 6b). Apabila kekurangan air yang berpanjangan, mREC juga mengimbangi Na plus /K plus ATPase, mungkin untuk mengehadkan Na plus pengumpulan intraselular (Rajah 6b). Dalam tetapan ini, fosforilasi oksidatif, yang menghasilkan 32 molekul ATP bagi setiap molekul glukosa, akan mewakili strategi yang lebih cekap daripada glikolisis anaerobik, yang melepaskan hanya dua molekul ATP bagi setiap molekul glukosa, untuk mengekalkan aktiviti Na plus /K plus ATPase yang lebih tinggi. Tambahan pula, beberapa perantaraan glikolisis yang terkumpul dalam EC yang terdedah kepada keadaan hiperosmolar berkemungkinan menyimpang daripada nasib glikolitiknya untuk memasuki laluan sintesis osmolit, khususnya poliol, sorbitol, dan myo-inositol.¹⁰. Bersama-sama, penyesuaian metabolik mREC ini kepada perubahan dalam osmolariti akan membolehkan kelangsungan hidup mereka dalam persekitaran hiperosmolar yang melampau dan membolehkan mereka mengekalkanbuah pinggangfungsi^10,256.

Penyesuaian EC dalam homeostasis tisu

EC diarahkan oleh isyarat faktor pertumbuhan angiogenik daripada sel sokongan seperti pericytes, sel epitelium dan podosit. Sebaliknya, endothelium mengarahkan sel jiran langsungnya melalui isyarat autokrin.

Pendedahan REC kepada faktor angiogenik

Walaupun EC dianggap senyap pada masa dewasa di bawah keadaan fisiologi, salah satu penemuan paling menarik yang diperoleh daripada kajian RNA-seq sel tunggal yang tersedia pada REC ialah kehadiran beberapa EC angiogenik tipikal dalambuah pinggangkorteks dan medula dalam tikus dewasa yang sihat6,10. REC ini dicirikan oleh program genetik yang menyerupai EC migrasi angiogenik (juga dikenali sebagai sel hujung) (Rajah 7a). Sel-sel ini mungkin terdedah kepada faktor pertumbuhan angiogenik dan boleh menyumbang kepada penjanaan semula vaskular dalam vaskular dewasa, walaupun peranannya masih tidak diketahui. Sel-sel dalam buah pinggang boleh menghasilkan faktor pertumbuhan angiogenik, sama ada secara konstitutif (contohnya, dalam kes VEGFA yang berasal dari podocyte) atau sebagai tindak balas kepada perubahan dalam keadaan persekitaran mikro seperti hipoksia, tegasan oksidatif, tegasan ricih atau keradangan. Faktor pertumbuhan angiogenik memacu vaskularisasi glomeruli dan tubul semasabuah pinggangpembangunan dalam proses yang bergantung terutamanya kepada kerjasama angiogenesis bercambah dan intussusceptive257 (Rajah 7a, b). Sebagai contoh, angiopoietin dan reseptor endothelial serumpunnya Tie2 menyokong limfangiogenesis dan penting untuk pembangunan AVR dalam embrio tikus, dan diperlukan untuk keupayaan kepekatan air kencing30. Isyarat VEGF juga diperlukan untuk pembangunan seni bina glomerular yang betul. Sebagai contoh, peneutralan VEGF yang dimediasi oleh antibodi pada tikus yang baru lahir menjejaskan pembentukan kapal dalam korteks renal dan glomeruli dangkal, dan akhirnya menjejaskan perkembangan nefron258, manakala penghapusan VEGFR2 selepas bersalin merosakkan endothelium glomerular48. Selain itu, kehilangan VEGFA yang berasal dari podosit menghalang vascularization glomerular dan membawa kepada kematian perinatal, manakala kehilangan heterozigotik Vegfa mengakibatkan endothelin glomerular dan proteinuria49. Oleh itu VEGF yang berasal dari podocyte adalah petunjuk penting untuk mewujudkan endothelium glomerular dan mengekalkannya dalam hud dewasa257. Begitu juga, VEGFA yang berasal dari sel epitelium tiub diperlukan untuk pembangunan dan penyelenggaraan kapilari peritubular.⁵⁰.

Seperti pengaktifan endothelial dalam pengaktifan imun, tindak balas fisiologi REC kepada isyarat angiogenik mungkin menjadi tidak terkawal dalam keadaan penyakit.²⁵⁹. Sebagai contoh, angiogenesis terkawal diperhatikan dalam ditolakbuah pinggangallograf²⁶⁰. Selain itu, kehilangan faktor angiogenik, terutamanya VEGF, telah dikaitkan dengan kehilangan kapilari selepas AKI261; sebaliknya, regulasi VEGF bertambah baikbuah pinggangfungsi, dan pentadbiran VEGF mengurangkan jarang kapilari dalam konteks kecederaan iskemia-reperfusi^262,263. Bukti eksperimen dan klinikal menunjukkan bahawa dalam CKD, keseimbangan antara faktor pro-angiogenik dan anti-angiogenik terganggu^259,264. Walaupun CKD dicirikan oleh rarefaction kapilari peritubular, yang menggalakkanbuah pingganghipoksia, menghalang pembezaan semula tubul yang menjana semula, dan mungkin dikaitkan dengan peralihan endothelial-ke-mesenchymal, yang menyumbang kepada fibrosis buah pinggang, isyarat proangiogenik dalam gREC kapilari memihak kepada gangguan halangan penapisan259. Sebagai contoh, bukti daripada model haiwan menunjukkan bahawa pada fasa awal penyakit buah pinggang diabetik, endothelium glomerular dan EC yang terdapat di sekitar glomerulus menjalani angiogenesis abnormal yang dimediasi VEGF; sekatan angiogenesis dalam model ini meningkatkan fungsi buah pinggang²⁶⁵.

Walaupun sedikit yang diketahui tentang pertumbuhan saluran intussusceptive, angiogenesis bercambah telah dicirikan secara intensif1. Proses percambahan diatur melalui pengaktifan reseptor permukaan EC dan laluan isyarat hiliran oleh faktor pertumbuhan angiogenik, dan kemunculan dua fenotip EC angiogenik utama — EC yang membiak (juga dikenali sebagai sel tangkai) dan EC migrasi (juga dikenali sebagai sel hujung; diterangkan secara terperinci di tempat lain^1,266,267). Pada tahap metabolik, setiap jenis EC angiogenik mempunyai keperluan khusus (permintaan bertenaga dan biojisim), mengikut fenotip proliferatif atau migrasinya, dan menyesuaikan metabolismenya dengan sewajarnya144 (Kotak 1). Sama ada REC angiogenik, yang dikenal pasti oleh kajian RNA-seq sel tunggal dalam tikus dewasa yang sihat mempamerkan aktiviti fenotip dan metabolik yang serupa dengan sel hujung masih perlu ditentukan. Selain itu, potensi keupayaan strategi metabolik seperti suplemen metabolik untuk menggalakkan angiogenesis atau limfangiogenesis untukbuah pinggangpembaikan dan penjanaan semula juga memerlukan siasatan lanjut.

Isyarat angiocrine dalam buah pinggang

EC juga secara langsung mengarahkan sel jiran mereka melalui pembebasan faktor pertumbuhan dan sitokin, dan ekspresi molekul lekatan268. Di dalambuah pinggang, vasculature mewujudkan niche yang mengekalkan pembangunan dan penyelenggaraanbuah pinggangstruktur dan fungsi4,11. Bukti langsung untuk konsep ini disediakan oleh kajian organoid buah pinggang yang berasal dari sel stem pluripotent teraruh, di mana kematangan struktur glomerular dan tiub boleh didorong dengan menggalakkan vaskularisasi dan aliran darah melalui pemindahan organoid di bawah kapsul buah pinggang tikus269. Di samping itu, gangguan endothelium glomerular dalam buah pinggang tikus embrio menghalang kematangan podosit, khususnya, pemerolehan proses kaki dan diafragma celah.⁴⁹. Menariknya, kedua-dua vasculature buah pinggang yang sedang berkembang dan dewasa menunjukkan perbezaan spatial dalam ekspresi faktor endokrin. Semasa perkembangan glomerulus, matriks metalloproteinase 2 yang berasal dari EC nampaknya mengawal interaksi EC dengan podosit untuk pemasangan glomerular.²⁷⁰, manakala ekspresi PDGFB merangsang pengambilan sel mesangial^271,272. Endothelium glomerular yang sedang berkembang juga menyatakan gen faktor pertumbuhan seperti Fgf1 dan Vegfa, ligan Notch Dll4, isyarat bimbingan neuron Sema5a, dan antagonis Wnt Dkk2 (refs4,11); Dkk2 juga diperkaya dalam gREC arteriol aferen yang dikaitkan dengan JGA pada masa dewasa10. Arteri dan arteriol buah pinggang yang sedang berkembang juga menyatakan faktor pertumbuhan, termasuk Pdgfb, Tgfb2, dan Ltbp4 (rujuk 11); ungkapan Tgfb2 dan Ltbp4 kekal diperkaya dalam subset REC yang sama pada masa dewasa10. Secara mengejutkan, sistem isyarat faktor pertumbuhan seperti insulin menunjukkan zonasi yang jelas dalam orang dewasabuah pinggangvasculature: Igf1 terutamanya dinyatakan dalambuah pinggangmedulla oleh RECs AVR dalam papila, Igfbp7 dianggap sebagai penanda luas mRECs, Igfbp4 ditemui dalam gRECs arteriolar aferen, Igfbp3 kebanyakannya dinyatakan oleh cRECs kapilari peritubular dan Igfbp5 diperkaya dalam kedua-dua peritubular kortikal110 dan glomerular. Pelbagai faktor endokrin lain juga menunjukkan ekspresi heterogen di antara fenotip EC yang berbeza dalam buah pinggang tikus dewasa10. Peranan mereka dalam penyelenggaraanbuah pinggangtisu dan fungsi masih perlu disiasat.

Isyarat angiocrine juga penting untuk proses pembaikan selepas kecederaan buah pinggang. Sebagai contoh, REC boleh menyumbang kepada pemulihan buah pinggang selepas AKI dengan mengawal tindak balas keradangan atau memberikan isyarat pro-tubulogenik²⁷³. Dalam kultur, sel tubul proksimal buah pinggang merangsang REC untuk menyatakan beberapa faktor angiokrin, termasuk VEGF, TGF , antagonis 2-faktor pertumbuhan makroglobulin dan hepatositnya, yang seterusnya menggalakkan kemandirian, percambahan dan pembezaan tubul proksimal. sel274. Berkemungkinan jarang kapilari mendorong proses 'pembaikan disregulasi kecederaan kronik', yang mengakibatkan penjanaan semula epitelium terjejas, kehilangan nefron, dan isyarat pro-radang dan fibrotik, mungkin disebabkan oleh isyarat angiokrin yang tidak mencukupi273. Untuk menyokong hipotesis ini adalah bukti yang menunjukkan bahawa ekstrak sel progenitor endothelial mempunyai aktiviti renoprotektif dalam model haiwan AKI dengan menghalang kehilangan kapilari dan mengurangkan fibrosis, dengan faktor endokrin seperti faktor perencatan leukemia yang menghalang dan membalikkan peralihan fibroblas-ke-myofibroblast.²⁷⁵.

Penyiasatan lanjut tentang persekitaran mikro fisiologi dan patologi yang membentuk profil endokrin REC adalah wajar. Selain itu, mekanisme yang mana proses metabolik REC saling berkait dengan tandatangan endokrin yang berbeza ini masih perlu ditentukan. Menariknya, kajian 2020 menerangkan komunikasi metabolit endokrin dalam penjanaan semula otot selepas iskemia. Kajian itu menunjukkan bahawa laktat terbitan EC mendorong makrofaj untuk menerima pakai fenotip seperti M2-progeneratif, menimbulkan persoalan sama ada mekanisme serupa mungkin berlaku dalambuah pingganguntuk menggalakkan penjanaan semula selepas penghinaan iskemia²⁷⁶.

Kesimpulan

Sistem vaskular mamalia telah lama dianggap sebagai saluran pasif untuk penghantaran oksigen dan nutrien ke organ yang berbeza, serta untuk penyingkiran sisa, dengan endothelium berfungsi sebagai penghalang darah-tisu. Paradigma ini tidak lagi sah kerana penyelidikan intensif dalam bidang vaskular telah mendedahkan peranan aktif untuk endothelium bukan sahaja dalam pengawalan vasoton dan keradangan, tetapi juga dalam kematangan organ melalui pengeluaran mediator endokrin, imuniti, dan fungsi organ. Kepentingan EC untuk proses ini dibuktikan oleh fakta bahawa setiap organ mendapat manfaat daripada endothelium yang unik, disesuaikan dengan keperluan khususnya, dan dibentuk oleh persekitaran mikro selular dan bukan selular.

Endothelium dalambuah pinggangadalah unik untuk organ itu dan mempamerkan kepelbagaian yang luas untuk mengekalkan pelbagai aktiviti buah pinggang dalam homeostasis cecair dan tekanan darah. Yang penting, disfungsi REC bukan sahaja dikaitkan dengan penyakit buah pinggang tetapi boleh memacu perkembangan penyakit, mengenal pasti endothelium buah pinggang sebagai sasaran terapeutik yang relevan. Dalam dekad yang lalu, analisis yang meluas telah mendedahkan bahawa metabolisme EC dikawal ketat pada tahap selular dan subselular dan bahawa fenotip EC yang berbeza memaparkan profil metabolik yang unik. Keplastikan metabolisme EC menyediakan mekanisme untuk mengatur tingkah laku fenotip EC, membolehkan EC bertindak balas secara aktif terhadap perubahan dalam persekitaran mikro mereka, tetapi juga menyediakan peluang yang berpotensi untuk penyasaran terapeutik. Sebagai contoh, perencatan PFKFB3 endothelial dalam EC tumor menormalkan fluks glikolitik dan pematangan saluran yang lebih baik dikaitkan dengan penurunan pengaktifan endothelial dan pengetatan penghalang endothelial.²⁷⁷. Selain itu, suplemen EC dengan prekursor asetil-CoA, asetat, menggalakkan (limfa) angiogenesis, in vitro dan in vivo^278–280. Diet khusus juga mungkin menawarkan kaedah terapeutik baharu: kajian 2019 menunjukkan bahawa diet ketogenik menggalakkan limfangiogenesis dengan meningkatkan kumpulan asetil-KoA dalam LEC, dan mengurangkan limfoedema dalam model haiwan²⁸¹

Begitu juga, dalambuah pinggang, heterogeniti fenotip REC dianggap didorong oleh penyesuaian metabolik kepada keperluan selular dan isyarat daripada persekitaran mikro dalam kedua-dua kesihatan dan penyakit. Penyasaran metabolik bagi disfungsi endothelial, serta angiogenesis dan limfangiogenesis, adalah strategi yang berpotensi untuk meningkatkan fungsi buah pinggang dalam konteks penyakit buah pinggang. Organoid buah pinggang telah dicadangkan sebagai pendekatan regeneratif untuk menggantikanbuah pinggangfungsi tetapi kekurangan vasculature yang dibangunkan adalah had utama^282–284. Strategi (termasuk strategi metabolik) untuk merangsangbuah pinggangvaskularisasi organoid dan menggalakkan kematangan EC boleh menggalakkan kematangan organoid ini dan akhirnya memudahkan penggunaan terapeutiknya²⁶⁹. Walaupun keperluan untuk penyiasatan lanjut mengenai kekhususan endothelium buah pinggang, bukti yang ada menyokong peranan penting untuk sel-sel ini dalambuah pinggangproses fisiologi dan mencadangkan bahawa penyasaran (metabolik) REC boleh menjadi strategi yang sangat bermanfaat untuk menggalakkan pemulihan dan penjanaan semula buah pinggang.

1. Carmeliet, P. & Jain, RK Mekanisme molekul dan aplikasi klinikal angiogenesis. Alam 473, 298–307 (2011).

2. Wong, BW, Zecchin, A., Garcia-Caballero, M. & Carmeliet, P. Konsep yang muncul dalam saluran limfa khusus organ dan peraturan metabolik perkembangan limfa. Dev. Sel 45, 289–301 (2018).

3. Marcu, R. et al. Heterogenitas sel endothelial khusus organ manusia. iScience 4, 20–35 (2018).

4. Nolan, DJ et al. Tandatangan molekul heterogeniti sel endothelial mikrovaskular khusus tisu dalam penyelenggaraan dan penjanaan semula organ. Dev. Sel 26, 204–219 (2013).

5. Augustin, HG & Koh, GY Organotip vasculature: daripada heterogeniti deskriptif kepada patofisiologi berfungsi. Sains 357, eaal2379 (2017).

6. Kalucka, J. et al. Atlas transkriptom sel tunggal sel endothelial murine. Sel 180, 764–779.e20(2020).

7. Herzlinger, D. & Hurtado, R. Mencorak katil vaskular buah pinggang. Semin. Pembangun Sel. biol. 36, 50–56(2014).

8. Jourde-Chiche, N. et al. Struktur dan fungsi endothelium dalam kesihatan dan penyakit buah pinggang. Nat. Rev. Nephrol. 15, 87–108 (2019).

9. Molema, G. & Aird, WC Kepelbagaian vaskular dalam buah pinggang. Semin. Nephrol. 32, 145–155 (2012).

10. Dumas, SJ et al. Penjujukan RNA sel tunggal mendedahkan heterogeniti endothelium buah pinggang dan penyesuaian metabolik kepada kekurangan air. J. Am. Soc. Nephrol. 31, 118–138 (2020).

11. Barry, DM et al. Penentu molekul pengkhususan vaskular nefron dalam buah pinggang. Nat. Commun. 10, 5705 (2019).

12. Jang, C. et al. Pertukaran metabolit antara organ mamalia yang dikira dalam babi. Metab Sel. 30, 594–606.e3 (2019).

13. Wong, BW, Marsch, E., Treps, L., Baes, M. & Carmeliet, P. Metabolisme sel endothelial dalam kesihatan dan penyakit: kesan hipoksia. EMBO J. 36, 2187–2203(2017).

14. Makris, K. & Spanou, L. Kecederaan buah pinggang akut: definisi, patofisiologi dan fenotip klinikal. Clin. Biokim. Wahyu 37, 85–98 (2016).

15. Levey, AS et al. Definisi dan klasifikasi penyakit buah pinggang kronik: pernyataan kedudukan daripada Penyakit Buah Pinggang: Meningkatkan Hasil Global (KDIGO). Buah Pinggang Int. 67, 2089–2100 (2005).

16. Verma, SK & Molitoris, BA Kecederaan endothelial buah pinggang dan disfungsi mikrovaskular dalam kecederaan buah pinggang akut. Semin. Nephrol. 35, 96–107 (2015).

17. Goligorsky, MS Patogenesis disfungsi sel endothelial dalam penyakit buah pinggang kronik: retrospektif dan masa depan yang mungkin berlaku. Buah Pinggang Re. Clin. Berlatih. 34, 76–82 (2015).

18. Rosivall, L. & Peti-Peterdi, J. Heterogeniti arteriol aferen–korelasi antara morfologi dan fungsi. Nephrol. Dail. Transpl. 21, 2703–2707(2006).

19. Guerci, P., Ergin, B. & Ince, C. Peredaran makro dan mikro buah pinggang. Amalan Terbaik. Res. Clin. Anestesiol. 31, 315–329 (2017).

20. Wang, K. & Kestenbaum, B. Pembersihan rembesan tiub proksimal: rakan kongsi yang diabaikan fungsi buah pinggang. Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 13, 1291–1296 (2018).