1. rész A vese endoteliális sejtek fenotípusos sokfélesége és metabolikus specializációja

Kapcsolatfelvétel: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mail: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. Rabelink⁵és Peter Carmeliet^1,4

A Cistanche tubulosa megelőzi a vesebetegséget, kattintson ide a mintaért

Absztrakt |

Az emlősök összetett többsejtű élete a különböző szervek funkcionális együttműködésén alapul az egész szervezet túlélése érdekében. Azvesekritikus szerepet játszanak ebben a folyamatban a folyadék térfogatának és összetételének homeosztázisának fenntartása révén, amely lehetővé teszi más szervek számára, hogy ellátják feladataikat. A vese endotéliumának fenotípusos és molekuláris jellemzői vannak, amelyek megkülönböztetik más szervek endotéliumától. Ezen túlmenően a felnőtt vese érrendszere többnyire nyugvó, de nem metabolikusan inaktív endothelsejtek (EC-k) sokféle populációját tartalmazza, amelyek a vesében találhatók.veseglomerulusok, kéreg és velő. Ezen populációk mindegyike bizonyos funkciókat támogat, például a vérplazma szűrésében, a víz és az oldott anyagok reabszorpciójában és szekréciójában, valamint a vizelet koncentrációjában. A különböző EK-populációk transzkripciós profilozása arra utal, hogy alkalmazkodtak a helyi mikrokörnyezeti feltételekhez (hipoxia, nyírófeszültség, hiperozmolaritás), lehetővé téve számukra a vesefunkciók támogatását. Az EC-k mikrokörnyezetből származó angiogén faktoroknak való kitettsége befolyásolja az anyagcseréjüket, és fenntartjavesefejlődés és homeosztázis, míg az EK-eredetű endokrin faktorok különálló mikrokörnyezeti réseket őriznek meg. A vesebetegséggel összefüggésben a vese EC-k metabolizmusuk és fenotípusuk megváltozását mutatják a helyi mikrokörnyezet kóros változásaira válaszul, tovább elősegítve a veseműködési zavarokat. A vese-EC-k sokféleségének és specializációjának megértése új utakat kínálhat a vesebetegségek ésveseregeneráció.

Az emlősök érrendszere két összefüggő és erősen elágazó hálózatból áll, amelyek áthatják az egész testet – mindegyiknek sajátos szerepe van. A vérerek rendszere oxigént és tápanyagokat szállít a parenchimális szövetekbe, és megkönnyíti a salakanyagok eltávolítását, az immunrendszer felügyeletét és az immunsejtek kereskedelmét, a koagulációt, valamint a szövetek karbantartását és regenerációját szolgáló endokrin jelek előállítását1. Ezzel szemben a nyirokérrendszer az extravazált intersticiális folyadékot a permeábilis vérkapillárisokból visszavezeti a vénákba, és elősegíti az immunsejt-forgalmat és a lipidszállítást.². Az összes véredényt vér endothel sejtjei (BEC-ek, a továbbiakban EC-k) bélelik, míg a lymphatic endoteliális sejtek (LEC) alkotják a nyirokerek legbelső rétegét – és mindegyik populáció támogatja az érrendszerre jellemző feladatait. Az endothel heterogenitása azonban messze túlmutat a vér és a nyirok endotélium közötti nagy különbségeken. Különösen a különböző szervekből származó EC-k egyedi molekuláris profilokat mutatnak, amelyek támogatják a szerv specifikus funkcióit^3–6. Azveseelőnyöketegy rendkívül speciális érrendszerből származik, amely szorosan kapcsolódik a vese epiteliális rendszeréhez⁷. Pontosabban, a vese endothelsejtek (REC) fenotípusosan eltérő populációi együtt léteznek a vese három anatómiai és funkcionális részében.vese, a glomerulusok, a kéreg és a velőhártya – ahol specifikus vesefeladatokat támogatnak8,9. Fontos, hogy a technológiai fejlődés lehetővé tette a REC heterogenitásának egysejtszintű tanulmányozását, új betekintést nyújtva a vese egészségében és betegségeiben betöltött speciális szerepükbe.^6,10,11.

Azvesekritikus fontosságú a szervezet homeosztázisának fenntartásához, szabályozva a testfolyadékok térfogatát és összetételét⁷. A vesék a perctérfogat 20-25 százalékát kapják, és sztereotip vérerek szerkezetét mutatják. Ez az architektúra nem csak az oxigén és a tápanyagok szállítását teszi lehetővé avese, hanem lehetővé teszi a részvételt a vérplazma szűrésében, az ionok és metabolitok visszaszívásában a szűrletből, az ionok és metabolitok kiválasztásában az elsődleges vizeletben, valamint a vizelet koncentrációjában^7,8. Ezek az erősen összehangolt folyamatok lehetővé teszik az extracelluláris folyadék térfogatának, a vérnyomásnak, az ozmolalitásnak és az ionkoncentrációnak a finomhangolását.^7,8. A vesék szabályozzák a keringő metabolitok szintjét is, nemcsak az anyagcsere-hulladék kiválasztásával, hanem például a glükóz (glukoneogenezis révén) és aminosavak felszabadításával is.¹². Az emlős szervek folyamatosan cserélik ki a metabolitokat a keringés útján, szelektív felhasználással saját metabolikus tevékenységeik támogatására¹².

Ennek megfelelően az EC-k metabolikus funkciói a különböző szerveken belül valószínűleg szervspecifikus különbségeket mutatnak, amint azt a különböző szervekben végzett EC-k metabolikus transzkriptom elemzéséből származó eredmények is alátámasztják.⁶. Ezenkívül az EC-k metabolikus plaszticitása lehetővé teszi számukra, hogy alkalmazkodjanak a környezeti változásokhoz, és reagáljanak azokra az anyagcsere-szükségleteik és funkcióik tekintetében3,13. A felmerülő bizonyítékok arra utalnak, hogy a speciális REC-k aveseszabják anyagcsere-transzkriptumukat a veseműködés támogatására¹⁰.

A REC diszfunkció akut vagy progresszív elvesztését kísérivesefunkció^14,15. Ez a diszfunkció az artériás érszűkület fokozódásával és a vese véráramlásának csökkenésével, az immunsejtek adhézióját és beszűrődését elősegítő gyulladást elősegítő és pro-trombotikus fenotípusok elsajátításával, valamint mikrotrombusok képződésével, a fali periciták endothelből való disszociációjával jár. réteg, az endothel gát lebomlása, ami intersticiális ödémát eredményez, a peritubuláris kapillárisok ritkulását (ezáltal elősegíti a vese hipoxiát), valamint az endothel-mezenchimális átmenetet, ami hozzájárul a vesefibrózishoz16,17, ami arra utal, hogy az endotélium célpontja lehet a vese elleni védelem sérülés és/vagy a veseműködés helyreállítása.

Ez az áttekintés összefoglalja jelenlegi értelmezésünket aveseérrendszer, a REC-k fenotípusos, molekuláris és metabolikus heterogenitásának megértésében a közelmúltban elért eredményekre összpontosítva mikrokörnyezetükkel kapcsolatban. Megvitatjuk továbbá a célzott REC metabolizmus lehetséges alkalmazását terápiás stratégiakéntvesebetegségekvagy a vese regenerációjára.

Főbb pontok

• Az endotélium különböző szervekben különbözik, valószínűleg azért, hogy különböző szervi funkciókat támogasson.

• A vese glomerulusaiban, a kéregben és a velőben többféle speciális endothelsejt fenotípus létezik együtt; ezek támogatják a glomeruláris szűrést, az ionok és metabolitok reabszorpcióját és szekrécióját, valamint a vizelet koncentrációját.

• A különböző helyi mikrokörnyezetek avesealakítja a vese endotélium molekuláris és metabolikus heterogenitását; fordítva, az endoteliális sejtekből származó endokrin faktorok fenntartják a különböző réseketvesemikrokörnyezetek.

• A vese endothel sejtjeinek anyagcseréje megváltozhat az összefüggésbenvesesérülések és betegségek, részben a mikrokörnyezet változásai következtében.

• A vese endothel sejtek fenotípusos diverzitásának és metabolikus specializálódásának jobb megértése segítheti az új célpontok azonosításátValaminek a kezelésevesebetegségekésveseregeneráció.

A vese endothel heterogenitása

A vese vaszkuláris anatómiája

Azvesevérrel látják el a veseartérián keresztül, amely bejutása után avesea vese hilumán keresztül szegmentális, interlobar, íves és interlobuláris artériákba ágazik (1a. ábra), végül afferens arteriolákba, amelyek a glomeruláris véráramlás szabályozásáért és a glomeruláris filtrációs sebesség (GFR) szabályozásáért felelős nagy ellenállású erek. 18. Az afferens arteriolákból a vér bejut a glomeruláris kötegbe – egy erősen fenestrált glomeruláris kapillárisok hálózatába, ahol a vérplazma ultraszűrése körülbelül 120-140 ml/perc sebességgel megy végbe felnőtt emberben, lehetővé téve a kis molekulatömegű oldott anyagok kijutását a glomerulárisból. kapillárisok az Bowman terébe¹⁹. A plazma egy töredékének kiszűrése után a vér az efferens arteriolákon keresztül elhagyja a glomeruláris köteget, hogy vaszkularizálja a disztális és proximális csavart tubulusokat, létrehozva a kortikális peritubuláris kapilláris hálózatot. A peritubuláris kapillárisokban lévő vér nagy molekulatömegű oldott anyagokkal gazdagodik, és a glomeruláris ultrafiltráció során bekövetkező folyadékvesztés miatt alacsony folyadéktartalommal rendelkezik. Így a peritubuláris kapillárisok a víz, az ionok és az esszenciális tápanyagok proximálisból történő visszaszívására szolgálnak.^7,20és disztális tubulusok²¹. Számos ion, például H plus (ref. 22) és K plus (ref. 23), valamint olyan molekulák, mint a kreatinin²⁴és a gyógyszer metabolitjai²⁵— amelyeket a glomeruláris kapillárisok nem szűrtek ki teljesen, de mégis ki kell üríteni a szervezetből — a peritubuláris kapillárisokból a proximális20 vagy a disztális tubulusok hámsejtjeibe vándorolnak, hogy kiválasztódjanak és a vizelettel ürüljenek ki21. A juxtamedullaris nephronokból származó efferens arteriolákból a leszálló vasa recta (DVR) jön létre, amely a kapilláris plexusokon keresztül kapcsolódik a felszálló vasa rectához (AVR). Az AVR és a DVR ellenáramban fut a Henle hurokkal, és részt vesz a velős ellenáram cseréjében, ami a későbbiekben leírtak szerint szükséges a vizeletkoncentráció ozmolaritási gradiensének fenntartásához26. Végül a kortikális és a velős kapilláris rendszer az AVR-rel együtt vénás rendszerré egyesül a corticedulláris csomópontban. Pontosabban, a vese vénás érrendszere elvezeti a vért a peritubuláris kapillárisokból és az AVR-ből az interlobuláris és arcuatus vénákba, majd az interlobar vénákba, végül kialakítva a vese vénát, amely avesehilum és végül a vena cava alsó részébe ágazik⁷.

Azvesenyirokerek is ellátják, amelyek követik a teljes domborzatotvesevérerek²⁷(1a. ábra). Főleg a vesekéregben vannak jelen, ahol elsődleges szerepük a folyadék és a makromolekulák (például albumin) eltávolítása a tubulusok és kapillárisok közötti intersticiális térből.²⁸. Szerepük van az immunsejtek beszivárgásában és az azt követő gyulladásban is²⁹. A glomerulusokban körülveszik a Bowman-kapszulát anélkül, hogy behatolnának a glomeruláris kötegbe²⁸. Ezzel szemben a hagyományos nyirokerek ritkán vannak jelen a vese velőjében; ebben a régióban az intersticiális folyadékot és a makromolekulákat eltávolítja az AVR, amely a nyirokrendszerhez hasonló tulajdonságokkal rendelkező hibrid véredény típusát képviseli.^28,30.

A vese endotélsejtek fenotípusai

A különböző szervekből származó EC-k fenotípusosan heterogének^3–6,31. A REC-k, és különösen a glomeruláris EC-k egyedi tulajdonságait régóta nagyra értékelték. Az egerekből származó EC-k globális transzkripciós profilozása megerősítette a szervspecifikus transzkripciós aláírások létezését^3,4,6. Megjegyzendő, hogy ezek a vizsgálatok kimutatták, hogy a REC-k a leginkább különböznek az egyéb szervekből származó EC-ktől, beleértve az agyat, a szívet, a tüdőt, az izmokat és a heréket.⁴(1b. ábra) az interferon jelátvitelhez kapcsolódó gének expressziója révén, valamint az FGF1 és IL-33 endokrin faktorokat kódoló gének (hiv.^4,6). Valószínűleg az EC-k szervspecifikus heterogenitása áll a molekuláris adaptációjuk hátterében, hogy specifikus funkcionális szerepeket töltsenek be.^3–6,31.

A REC-ek heterogenitása azonban túlmutat az organotípusos szinten, és figyelemreméltó változatosságaveseérrendszer, amint azt kezdetben elektronmikroszkópos és microarray vizsgálatok, majd egysejt-elemzések mutatták^6,32,33. Azvesea kéreg, a glomerulusok és a velőhártyák egyedi EC-populációkat tartalmaznak (cREC-k, gREC-k és mREC-k). Az EK-populációk ezen sokfélesége abból adódhat, hogy e régiók különböző mikrokörnyezeteinek vannak kitéve. Például a glomeruláris endotélium nagy érnyomásnak van kitéve, és szoros kölcsönhatásba lép a podocitákkal az ultrafiltráció szabályozása érdekében, míg az mREC-k magas ozmolaritásnak és hipoxiának vannak kitéve, amelyek az ozmolaritási gradiens fenntartásával és a vizelet koncentrációjával kapcsolatosak.^6,9,10,32(1c. ábra). Az interkompartmentális heterogenitáson túl a REC-k intrakompartmentális heterogenitást is mutatnak, amelyet valószínűleg számos genetikai és környezeti tényező határoz meg, beleértve az érrendszer típusát (artériás, kapilláris, vénás), más sejttípusokkal (pl. simaizomsejtek, periciták, szemcsés sejtek, podociták és tubulus epiteliális sejtek) és ugyanazon kompartmenten belüli különböző mikrokörnyezeteknek, például különböző típusú áramlásoknak vagy különböző szintű ozmolaritásnak34 (1c. ábra). Az egysejtű transzkriptomikai technológiák fejlődése lehetővé tette az egér REC-k heterogenitásának nagyon nagy felbontású feltérképezését^6,10,11, amely akár 24 transzkripciósan eltérő REC populációt tár fel^6,10,11. Megjegyzendő, hogy az alábbiakban összefoglalt egysejtű RNS-seq vizsgálatok eredményeit fehérje szinten még meg kell erősíteni, mind a megjósolt fehérjék térbeli lokalizációjának átfogó ellenőrzése, mind a transzláció utáni változások és/vagy a változások ismerete integrálása érdekében. jelátviteli mechanizmusok, amelyek befolyásolhatják a fehérje aktivitását. Figyelemre méltó az a tény is, hogy egy gén egy adott REC-populáción belüli relatív gazdagodása, amelyet egysejt-szekvenálással határoznak meg, nem feltétlenül jelenti azt, hogy az adott gén expressziója az adott sejtpopulációra korlátozódik.

A glomeruláris vese endothel sejtek heterogenitása.AzveseA glomerulus egy rendkívül speciális szerkezet, amely a vérplazma szűréséért felelős, hogy elsődleges vizeletszűrletet hozzon létre, miközben biztosítja, hogy az alapvető plazmafehérjék a vérben maradjanak. Glomeruláris kapillárisokból áll, amelyek afferens és efferens arteriolák között helyezkednek el, amelyek rezisztenciaerek, amelyek szabályozzák a kapilláris véráramlást és a nyomást egyaránt. A nefron arteriolái részlegesen érintkeznek a juxtaglomeruláris apparátussal (JGA) – egy speciális szerkezettel, amely a disztális, csavarodott tubulus makula densáját, az afferens arteriolához kapcsolódó szemcsés renint termelő sejteket és az extraglomeruláris mesangiális sejteket tartalmazza. 2a). A JGA szabályozza az egynefron GFR-t és a vérnyomást a tubuloglomeruláris visszacsatoláson, a miogén válaszon és a renin felszabadulásával^19,35–37.

A glomeruláris kapilláris endotélium egyedi EC-kből áll, nem diafragmos fenestrációkkal, amelyek lehetővé teszik nagy mennyiségű folyadék szűrését38 (2b. ábra).

A fenestrációk 50-100 nm méretűek, és a sejtfelület körülbelül 20 százalékát foglalják el, az elektronmikroszkópos képalkotáson transzcelluláris lyukakként jelennek meg.³⁸. Ezeknek a fenestrációknak az átmérője elméletileg elég nagy ahhoz, hogy lehetővé tegye a folyadék és a nagy fehérjék bejutását a tubulusokba. A kapilláris gREC-ek azonban vastag glikokalix-réteget is termelnek, amely negatív töltésű glikoproteineket és poliszacharidokat tartalmaz, amelyek gátat szabnak a fehérje áthaladásának.^39,40. Ezen túlmenően a plazmakomponensek adszorbeálódnak a glikokalixban, és szélesebb bevonatot képeznek, az úgynevezett endothel felszíni réteget41, amely fonalas szerkezetével tovább fokozza a glomeruláris endoteliális gát permszelektivitását.⁴². Valójában albuminuria és proteinuria figyelhető meg a glikokalix károsodása esetén^39,43,44. A podocitákkal együtt a kapilláris gREC-ek egy közös extracelluláris mátrixot is szintetizálnak és megosztanak egymással, mint a glomeruláris alapmembránt (GBM), amely főleg IV-es típusú kollagént, laminint és szulfatált proteoglikánokat tartalmaz42. A GBM bármely komponensének szintézisét befolyásoló mutációk proteinuriához vezetnek45,46. Így a kapilláris gREC-k, podociták és a GBM hatékony glomeruláris filtrációs gátat képeznek. Megjegyzendő, hogy a glomeruláris kapilláris endotéliumból hiányzik a rekesz, ezért nem expresszálja a II-es típusú transzmembrán glikoprotein plazmalemma vezikula-asszociált protein 1-et (PV1), amelyet a Plvap10 kódol, és amely az endothel áthidaló membránjaihoz kapcsolódó fenestrált EC-k tipikus markere. fenestrae és caveolae⁴⁷

A kapilláris gREC fenestrációk kialakulásához és fenntartásához podocita eredetű vaszkuláris endoteliális növekedési faktor (VEGF) szükséges, amely parakrin módon hat az endothel VEGF receptor 2-en (VEGFR2, más néven KDR) keresztül.⁴⁸. A VEGF túlzott expressziója glomeruláris összeomlást, a kapilláris gREC-ek gyors elvesztését és masszív proteinuriát okoz.⁴⁹. Ezért a podocita VEGF szigorú szabályozása szükséges a glomeruláris érrendszer kialakításához az embrionális fejlődés során, és az érett glomeruláris kapillárisok fenestrációinak fenntartásához.^38,42. Hasonlóképpen, a tubuláris epiteliális sejtekből származó VEGF lehetővé teszi a peritubuláris kapilláris hálózat fenntartását⁵⁰

Más kapilláris EC-ktől eltérően a gREC-k magas vérnyomásnak és magas véráramlásnak vannak kitéve, ami a glomeruláris szűrési folyamatot mozgatja, és jelentős nyírófeszültségnek teszi ki a gREC-ket.⁵¹. Ennek megfelelően a gREC-k a nyírófeszültség által szabályozott Pi16 transzkriptum magas szintjét fejezik ki (hiv.^6,10,11,52) (2c. ábra; 1. kiegészítő táblázat). A kapilláris gREC-ek számos más markert is kifejeznek^10,11,32,53, beleértve az Ehd3-at, amely az EHD fehérjecsalád egy tagját kódolja^{10,11,38,54,55}amely szabályozza az endociták újrahasznosítását, és úgy gondolják, hogy szabályozza a VEGFR2 újrahasznosítását a kapilláris gREC-ekben (2c. ábra), az EHD4-gyel együtt (ref. 54). Így az EHD3 hozzájárulhat a glomeruláris kapilláris fenestráció fenntartásához. A kapilláris gREC-ek a TGF-BMP jelátviteli útvonalhoz kapcsolódó gének (Eng, Smad6, Smad7, Xiao és Hipk2 (10, 56–58) dúsított expresszióját is mutatják, amelyek részt vesznek a glomeruláris kapillárisok kialakulásában. A TGF túlzott expressziója proteinuriát és glomerulosclerosist indukál⁵⁹, és így a gátló SMAD-ok jelenléte, például a Smad6 és Smad7 által kódolt gREC-ekben, megakadályozhatja a túlzott TGF-jelátvitelt és a glomeruláris diszfunkciót. Ezzel szemben a podocita eredetű BMP kulcsfontosságú a normál glomeruláris kapillárisképződéshez60. A kapilláris gREC-ek szintén kifejezetten expresszálják a Nostrint³², amelynek fehérjeterméke megköti az endoteliális nitrogén-monoxid-szintázt (eNOS), hogy beindítsa annak transzlokációját a plazmamembránból a vezikulaszerű szubcelluláris struktúrákba, és csökkenti a nitrogén-monoxid (NO) termelődését, amely a GFR32 fontos szabályozója. Ezenkívül a lipoprotein lipáz (Lpl) korlátozott expressziója a kapilláris gREC-ekben arra utal, hogy a glomeruláris endotélium elengedhetetlen lehet a zsírsavak ultrafiltrátumba történő felszabadulásához, amelyet a későbbiekben energiaforrásként használhatnak fel a tubulusok hámsejtjei, vagy szabályozhatják a vér lipidtartalma, vagy hozzájárulhat a glomeruláris lipidek felhalmozódásához, amint azt kóros összefüggésekben megfigyelték^6,10,61,62. Érdekes módon a lipidmetabolizmusban részt vevő gének vese-expressziója korrelál a GFR-rel és a gyulladással szenvedő betegeknélcukorbetegvesebetegség, mivel a tubuláris sejtekben a hibás zsírsav-oxidáció (FAO) hozzájárul avesefibrózis^61,62.

A transzkripciós faktorok, mint például a SOX17 és a COUP-TFII (kódolja a Nr2f2) az artériás és a vénás REC-ekben, szabályozzák a transzkriptomikus aláírásokat és a specifikus vaszkuláris ágyak azonosítását63, 64. A gREC-ek azonossága legalább két transzkripciós faktor aktivitásán múlik: a GATA5 és a TBX3 (hivatkozások 10, 11, 32) (2c. ábra), amelyek közvetítik a gREC-szerű génexpressziós profil megszerzését, ha humán köldökvénában együtt expresszálódnak. EC-k (HUVEC), egy általánosan használt EK-modell11. A GATA5 regulon a gREC-ekben felfelé szabályozott, de más REC-populációkban nem^10,11és a Gata5 szelektív deléciója EC-ben glomeruláris elváltozásokat okoz65. Ezen túlmenően a Tbx3 EK-specifikus deléciója morfogén hibákat, például mikroaneurizmákat okoz a glomerulusok részhalmazaiban, csökkent a kapilláris gREC fenestrációk száma és deformálódott podocita lábfolyamat, ami arra utal, hogy ez a transzkripciós faktor szerepet játszik a glomeruláris kapillárisok szerkezeti szerveződésének fenntartásában.¹¹. Ezenkívül mind a GATA5, mind a TBX3 részt vesz a vérnyomás szabályozásában. A GATA5 befolyásolja a tipikus vaszkuláris funkciókat, a protein kináz A-t és az NO jelátviteli útvonalakat⁶⁵, míg a TBX3 vélhetően modulálja a vérnyomást a renin szekréció szabályozásán keresztülvese¹¹.

Az afferens és efferens arteriolák értónusának szabályozása szükséges a glomeruláris filtrációhoz szükséges állandóan magas glomeruláris kapilláris nyomás fenntartásához¹⁸. Ez a szabályozási folyamat lehetővé teszi az állandó GFR fenntartását a szisztémás nyomás és a perctérfogat változása ellenére66. Az afferens arteriolák egy-három réteg vaszkuláris simaizomsejteket (VSMC) tartalmaznak, amelyeket a JGA közelében részben renint termelő szemcsés sejtekkel helyettesítenek67 (2d. ábra). Az EC heterogenitása az afferens arteriolán belül is létezik, a JGA-hoz legközelebb eső endotélium nem diafragmos fenestrációi68,69 – hasonlóan a glomeruláris kapilláris endotéliumhoz – valószínűleg azért, hogy megkönnyítsék a renin gyors transzportját a vérbe18 (2d. ábra). A Gja5 (a 40-es connexint kódoló) expressziója gazdagodik a gREC-ek ezen részhalmazában^10,70és fontos szerepet játszik az endotélium és a JGA szemcsés sejtjei közötti kommunikációban a renin felszabadulás szabályozásában^35,70,71. Ezek az EC-k más, sejt-sejt kölcsönhatásban részt vevő génekben is feldúsultak, például a Wnt és Notch jelátviteli útvonalakhoz kapcsolódó génekben, az Ephrinben és a citokinekben, valamint a kemokinekben (2c. ábra), amelyek közvetíthetik a mezangiális sejtek és/vagy a sejtek közötti áthallást. vagy szemcsés sejtek és gREC-k a JGA-ban, és potenciálisan hozzájárulnak az autoregulációhoz és a vérnyomás modulációhoz¹⁰.

Ezzel szemben az afferens arteriolák upstream (legtávolabbi) részében lévő gREC-k olyan géneket fejeznek ki, amelyek részt vesznek a benzin szabályozásában, mint például az Edn1 (amely az endotelin 1-et kódolja), az Alox12 (arachidonát 12-lipoxigenáz) és az S1pr1 (szfingozin{{6) }}foszfát receptor 1)^10,72,73(2c. ábra). Az S1P–S1PR1 jelátviteli útvonal hatékonyan szabályozza az afferens arteriol benzint az eNOS rendszer aktiválásával^74–76. Ezzel a szereppel összhangban az S1P receptor az afferens arteriolákban dúsított gREC-ekben, és nem mutatható ki az efferens arteriolákban¹⁰.

Az afferens arteriolákban található gREC-ekkel ellentétben az efferens arteriolákban lévő gREC-k alacsonyabb connexin expressziót mutatnak77, különösen a connexin 37 és a connexin 40 (a Gja4 és Gja5 kódolja)10. Az afferens arteriolák EC-jéhez hasonlóan azonban az efferens arteriolákból származó EC-k transzkriptom elemzése két gREC-populáció jelenlétét jelzi: az egyik feltehetően a JGA-val (az immunsejtek adhéziójával és extravazációjával, valamint az EC-permeabilitással kapcsolatos géneket expresszáló), a másik pedig feltehetően a JGA-hoz kapcsolódik. amely megfelel az efferens arteriola disztális részének (a hiperozmolaritási válaszokban szerepet játszó génekben gazdag)10 (2c. ábra).

Ezek a betekintések arra utalnak, hogy a gREC-k fenotípusos és funkcionális sokfélesége alapozza meg ezen endotéliumok azon képességét, hogy fenntartsák a GFR-t a glomeruláris véráramlás aktív modulációja és a glomeruláris szűrés hatékonyságának biztosítása révén. A tubuloglomeruláris visszacsatolás és a miogén jelek integrálása révén különösen a JGA-val kapcsolatos gREC-k valószínűleg a GFR kritikus szabályozói.

A kérgi vese endothel sejtjeinek heterogenitása.A glomeruláris kapilláris endothel és a preglomeruláris és posztglomeruláris afferens és efferens arteriolák mellett aveseA cortex nyirokereket, valamint nagy artériákat és vénákat tartalmaz a hozzájuk tartozó vasa vasora-val, posztkapilláris venulákkal és peritubuláris kapillárisokkal együtt. Az oldott anyagok, ionok és víz reabszorpciójában és szekréciójában betöltött szerepükkel összhangban a kortikális peritubuláris kapillárisok vékony falú kapillárisok, amelyek EC-ket tartalmaznak, amelyek funkcionálisan kapcsolódnak a tubuláris epitéliumhoz9 (3a. ábra). A gREC-kkel és az mREC-kkel összehasonlítva a cREC-k – különösen a peritubuláris kapilláris EC-k – magas szintű Igfbp3-t (inzulinszerű növekedési faktor-kötő fehérjét kódol 3) és Npr3-t (3-as nátriuretikus peptid receptort kódoló)10,11 expresszálnak (3b. ábra). .

A kortikális peritubuláris kapillárisok az efferens arteriolákból erednek, és körülveszik a proximális és disztális, csavarodott tubulusokat (3a. ábra), oxigént és tápanyagot biztosítva, valamint hozzájárulnak az oldott anyagok felvételéhez és a víz visszaszívásához a tubuláris lumenből.⁹. A glomeruláris kapillárisokkal ellentétben a peritubuláris kapilláris EC-k Plvap-ot expresszálnak, amelynek fehérjeterméke (PV1) átíveli a peritubuláris kapilláris EC fenestrae-t. Ezek a membrános fenestrae 62-68 nm átmérőjűek és valószínűleg megkönnyítik avíz, ionok és kis oldott anyagok cseréje proximális és disztális tubulusokkal9,10

A glomerulusok körülbelül 180 g glükózt szűrnek naponta78, és fiziológiás körülmények között szinte az egész felszívódik a proximális tubulusokban. A szűrt glükóz először nátrium-glükóz kotranszportereken (SGLT) keresztül szívódik fel újra a hámsejteken belüli proximális tubulusok lumenéből. Amint az intracelluláris glükóz koncentrációja meghaladja az interstitiumot, specifikus elősegített glükóztranszportereken (GLUT) keresztül az intersticiális térbe diffundál, ahonnan újra felszívódik a véráramba79. A folyamatban betöltött szerepükkel összhangban a peritubuláris kapilláris EC-k magasabb szintű Slc2a1-et (GLUT1-et kódoló) expresszálnak, mint a többi vese érrendszer EC-je11 (3b. ábra), ami arra utal, hogy a GLUT1 elősegítheti a glükóz reabszorpcióját a peritubularis kapilláris EC-kben.

A kortikális peritubuláris kapillárisok két EC-populációt tartalmaznak – az egyik, amely magas szintű Apoe-t (apolipoprotein E-t kódol), és egy olyan, amely alig vagy egyáltalán nem expresszál Apoe10-et (3b. ábra). Az Apoe-igényű populáció a lipidmetabolizmushoz kapcsolódó egyéb gének, például a Plpp3 és a Thrsp10, 80, 81 dúsított expresszióját mutatja. Ezzel szemben az Apoe-alacsony populáció VEGF-receptorokat kódoló géneket (Kdr, Flt1 és Nrp1, VEGFR2-t, VEGFR1-et és neuropilin 1-et), inzulinszerű növekedési faktor-kötő fehérjéket és receptorokat (Igfbp5, Igfbp3 és Insr) expresszál. és az Npr3, amely a nátriuretikus peptid receptorát kódolja, amely szabályozza a vér térfogatát és a nátrium kiválasztását10,82–85. Jelenleg nem ismert, hogy ez a két EK-populáció külön-külön kapillárisokban létezik-e, amelyek kölcsönhatásba lépnek a proximális, csavarodott tubulusokkal vagy a disztális tubulusokkal, vagy ugyanabban a kapillárisban.

Meglepő módon két további kapilláris EC-populációt is leírtak az egér vesekéregben – egy angiogénszerű EK-populációt és egy olyan populációt, amelyet interferon-stimulált gének, valamint az antigénfeldolgozásban és -prezentációban részt vevő gének expressziója jellemez10 (3b. ábra). . Az angiogénszerű EC-k szerepet játszhatnak a sérült REC-ek regenerációjában, míg az interferon-aktivált EC-k részt vehetnek az immunrendszer felügyeletében, bár további vizsgálatok szükségesek e lehetőségek vizsgálatához10.

A nagy artériák cREC-jeit a Sox17 artériás transzkripciós faktor gén és a Cldn5 szoros junction gén (claudin 5) expressziója jellemzi, míg a nagy vénák cREC-jeit a Nr2f2 transzkripciós faktor (COUP-TFII) expressziója jellemzi. fenestrációs jelző Plvap^{6,10,11,47,63,64,86}(3b. ábra).

Az artériás cREC-k a szemaforint kódoló Sema3g gént expresszálják, amely autokrin és parakrin hatást fejt ki az EC-kre és VSMC-kre, a konnexint kódoló Gja4 és Gja5 géneket, amelyek a myoendoteliális csomópontok összetevői, és a Notch családtagot, a Jag1-et (refs6,10,10). 11,87–90) (3b. ábra). A nagy artériák magas vérnyomásnak vannak kitéve, és érrendszeri tónusukat a vérnyomás változásaira reagálva modulálják. A mechanikai jelekre való reagálási képességüket egy rugalmas réteg jelenléte teszi lehetővé a tunica közegben, amely elasztikus rostokban gazdag.^9,91és az elasztikus rostok összeállításával kapcsolatos gének expresszióján keresztül, mint például az Eln (elasztin), az Ltbp4 (látens transzformáló növekedési faktor- -kötő fehérje 4), az Fbln5 (fibulin 5) és a Bmp4 (refs6,10,11,92) –95). Magas szintű Mgp-t (Gla mátrix fehérje)6,10 is expresszálnak, ami valószínűleg a BMP2 és BMP4 jelátvitel gátlásán keresztül gátolja az érmeszesedést96. A vese véráramlását szabályozó szerepükkel összhangban a nagy artériák cREC-jei olyan géneket is expresszálnak, amelyek a benzin szabályozásáért felelősek, mint például az Ace, Edn1 és S1pr1 (6,10,97–99. hivatkozás) (3b. ábra).

A vasa vasora100 elősegíti az oxigén és tápanyagok szállítását, valamint a nagy artériák és vénák érfalában felszabaduló salakanyagok eltávolítását. A Vasa vasora REC-ket nem azonosították az egér egysejtű REC-ekkel végzett publikált tanulmányaiban, feltehetően azért, mert a lumen átmérőjű erek<0.5mm (the="" diameter="" of="" normal="" vessels="" in="" mice)="" do="" not="" normally="" have="" vasa="">^6,10,11,100. Az ilyen vizsgálatok nagyobb veseerekkel rendelkező nagyobb állatokon vagy embereken történő elvégzése növelheti a vasa vasora REC-k befogásának valószínűségét. Jelenleg nincsenek leírt markerek a vasa vasora-ból származó REC-ekre.

Az érrendszeren túl a vesekéreg két vese nyirokereket is tartalmaz. Mindkettő vak végű kapillárisként indul ki a vese lebenyben, ahonnan az egyik csoport az artériákat követi a hilum felé, hogy összekapcsolja a hilar- és tokrendszert, a másik pedig behatol a kapszulába, hogy csatlakozzon a kapszuláris nyirokerekhez28,101 (1a. ábra). A vese nyirokkapillárisai megkülönböztethetők az érkapillárisoktól, mivel főként az interstitiumban vannak jelen, vak végűek és nem tartalmaznak pericitákat.^28,29. A vese nyirokkapillárisai egyrétegű, „tölgylevél” alakú, részben átfedő LEC-kből állnak28,29, amelyek több marker kifejeződése alapján különböztethetők meg a BEC-ktől.⁶, amelyek közül a legismertebbek a Pdpn (podoplanin)102, a hialuronán receptort kódoló Lyve1 gén (103. hivatkozás), az Flt4 (amely a VEGFR3-at kódolja)104 és a Prox1 transzkripciós faktor gén (ref. 105) (3b. ábra) . Bár ezek a markerek más sejttípusokban is kifejeződnek, felhasználhatók a két fő EC-típus megkülönböztetésére29. Az emberbenvese, a podoplanint a LEC-ek legmegbízhatóbb markereként írták le^28,29. Ennek ellenére a kettő közül egyik sem ismertveseAz LEC populációkat publikált egysejtű RNS-seq vizsgálatokban azonosították^6,10,11feltehetően a technikai feldolgozási lépések során (például enzimes emésztés vagy EC-tisztítás során) bekövetkező veszteségük miatt, és/vagy azért, mert túl kicsi EC-frakciót képviselnek a vese BEC-ek populációjához képest. Ezért további vizsgálatokra van szükség a vese nyirok endotélium heterogenitásának jellemzésére.

A medulláris vese endothel sejtjeinek heterogenitása.A vesevelő elsődleges szerepe a vizelet koncentrációja⁹. A vasa recta anatómiai elrendezése és a vese velő alacsony véráramlása (a teljes vese véráramlásának 10 százaléka9 ) megakadályozza az oldott anyagok, például a karbamid és a NaCl kimosását, és ozmolaritási gradienst hoz létre a külső velőtől a vesepapilláig. , ami elengedhetetlen a vizelet koncentrációjához26,106. Ez a gradiens a hidratáltsági állapottól függően változik106.

A vese velő endotéliumát az Igfbp7 (refs10,11) expressziója jellemzi, amely a vizelet markere.vesesérülés, amely előrejelzi a vese felépülését az akut vesekárosodás (AKI) után107, és a Cd36 (refs 10, 32), amely egy scavenger receptort kódol, amely felelős a hosszú szénláncú zsírsavak keringésből történő felvételéért108 (3c. ábra). Ennélfogva a lipidek CD-függő módon ingadozhatnak a velő endotéliumán keresztül a velői intersticiális sejtekhez, egy fibroblaszt-szerű sejtpopulációhoz, amelyet lipidcseppek jellemeznek, amelyek bősége korrelál a diurézis állapotával109. A Cd36 deléciója egerekben a spontán magas vérnyomás fokozott vesefüggő kockázatával járt együtt^10,110, de gyengítette a fejlődésétvesefibrózis a magas zsírtartalmú étrend hatására111 (3c. ábra), ami arra utal, hogy ezekben a folyamatokban a lipidtranszport védő és kóros szerepe is van.

A kérgi és glomeruláris endotéliumhoz hasonlóan a vese velő endotéliuma is kiterjedt intrakompartmentális heterogenitást mutat^10,11. A DVR artériás erek, amelyek egy folytonos endotéliumot tartalmaznak, amelyet simaizomszerű periciták vagy VSMC-k vesznek körül, amelyek vazoaktív ingerekre reagálnak a vese medulláris véráramlásának szabályozása érdekében. Az arteriolaszerű fenotípusuknak megfelelően a DVR EC-k Sox17 (refs 10,55), Cldn5 (refs 10,55, 86,112), Fbln5, Gja4 és Cxcl12 (CXCL12, más néven SDF1 – kemokin fehérje) amely ligandumként működik a VSMC-k és periciták által expresszált CXCR4 és CXCR7 számára)^10,63,113. A DVR EC-k az Slc14a1-et és az Aqp1-et is kifejezik, amelyek a B karbamid transzportert (UTB) kódolják.^10,11,112és az aquaporin 1 vízcsatorna (ref^10,11,55), mindkettő szükséges a vizelet koncentrációjához114,115 (3c, d ábra). Ezek az EC-k a Scin-t is expresszálják, amely a cindert kódolja – egy olyan fehérjében, amely az akvaporin 2-t egy multiprotein komplexben köti meg a csatorna hámsejtek összegyűjtésében, feltehetően azért, hogy megkönnyítse az akvaporin 2 kereskedelmét116. Az Aqp1 és a Scin együttes expressziója DVR EC-ben hasonló kölcsönhatásra utal a velő endotéliumában¹⁰.

Az ozmolaritási gradiens ellenséges környezetet hoz létre a vesevelő sejtjei számára, különösen a vesepapilla sejtjei számára, ahol az ozmolaritás a legmagasabb (ami a fiziológiás hiperozmolaritás olyan állapotának felel meg, amelyben az ozmolaritás magasabb, mint a szisztémás plazmában)117. Az egér DVR EC-k két fő fenotípusra oszthatók a vesepapillában vagy a külső vagy belső velőben elhelyezkedő helyük szerint10, és megkülönböztethetők a hiperozmolaritás által kiváltott és a vazoton szabályozó gének expressziójával10 (3c. ábra). A vesepapilla DVR EC-k hiperozmolaritásra reagáló géneket expresszálnak, beleértve az NFAT5 hiperozmolaritás által indukálható transzkripciós faktor célgénjeit, mint például az S100a4 és S100a6 (refs 10,118), míg a belső és külső velővelő DVR EC-jei dúsított expressziót mutatnak a vazoaktív prosztaglandinok katabolizmusában részt vevő fő enzim, az Edn1, amely az 1-es érösszehúzó endotelint kódolja, és az Adipor2, amely az adiponektin receptorát kódolja, amely értágító hatást vált ki119,120 (3c. ábra). Ez az expressziós mintázat összhangban van a simaizomszerű periciták feltűnőbb jelenlétével a DVR külső velős részében, és ezáltal ennek a régiónak a vazoaktív faktorokra való nagyobb érzékenységével, mint az alacsonyabb DVR részekkel9,121.

Ellentétben a DVR-rel, az AVR vénás erek körülzárt (3d. ábra). Ezek az erek visszaszívják a vizet a vese medulláris interstitiumából, amely a vizeletkoncentráció során felhalmozódik a gyűjtőcsatornákon, a Henle hurkon és a DVR-en keresztül, és a nyirokerek működéséhez hasonló módon visszagyűjti az általános keringésbe30. Ezzel a szereppel összhangban az AVR EC-k expresszálják a Nr2f2 vénás transzkripciós faktort (refs 10,11,64) és a Plvap-ot – valószínűleg azért, hogy fenntartsák a víz-visszaszívásban betöltött szerepüket.^10,11,47,122(3c. ábra). Az AVR EC-k Tek-et is expresszálnak, ami az angiopoietin Tie2 receptort kódolja, amely szükséges az AVR kialakulásához a fejlődés során. A Tek deléciója egerekben a folyadék és a ciszták gyors felhalmozódását idézi elő a velői interstitiumban, és elveszíti a velős érkötegeket, és csökkenti a vizeletkoncentráló képességet³⁰.

A DVR-hez hasonlóan az AVR két transzkriptómiailag különböző EC populációra bontható, amelyek a papillában és a külső és belső velőben helyezkednek el. A papillában lévőket a hiperozmolaritásra reagáló gének (Cryab, Fxyd2 és Cd9 (refs10,123,124)), glikolitikus gének (Ldha, Aldoa és Gapdh10,125,126) és a Car2 expressziója jellemzi, amely a karbo-an-hidráz enzimet kódolja. , amelynek hiánya rontja a vizelet koncentrációját és poliuriát vált ki egerekben127 (3c. ábra). A papilláris AVR EC-k specifikusan expresszálják a Na plus /K plusz ATPáz alegységet kódoló Fxyd2 gént, míg egy alternatív alegységet kódoló Fxyd6 gén az AVR EC-ekben a külső és a belső velőben felfelé szabályozott.¹⁰ (3c. ábra).

Az AVR és a DVR papilláris részei eltérő génexpressziós profilokat mutatnak, de számos hiperozmolaritásra reagáló gén expressziója megoszlik, köztük az Akr1b3, amely az aldóz reduktázt kódolja – a poliol útvonal sebességkorlátozó enzimét, amely felelős a glükóz átalakulásáért. szorbit, egy inert szerves ozmolit, amely fontos a sejttérfogat fenntartásához hiperozmolaritás mellett117. Ezenkívül expresszálják az S100a6-ot, valamint más géneket – például az Fxyd5-öt (amely egy másik Na plusz /K plusz ATPáz alegységet kódol), a Nrgn-t (amely a kalmodulin-kötő fehérjét kódolja, a neurogranint) és a Crip1-et (ami a ciszteinben gazdag 1-es fehérjét kódolja). 10 118 – ez potenciálisan összefüggésbe hozható a hiperozmotikus környezettel (3c. ábra).

A DVR-t és az AVR-t összekötő vese-medulláris kapilláris plexust (3a. ábra) a Plvap-pozitív fenestrált endotélium és a VEGF-receptorokat kódoló gének, például a Kdr, Flt1 és Nrp1 dúsított endoteliális expressziója jellemzi. mint a zsírsavtranszportban és -anyagcserében részt vevő gének (Cd36 és Plpp3)10 (3c. ábra). Az mREC-k közé tartoznak a posztkapilláris venulákból származó EC-k, valamint az angiogén és interferon által aktivált EC-populációk is, hasonlóan a vesekéreg kapillárisaihoz10.

REC heterogenitás és vesebetegség

Fiziológiás körülmények között az endotélium nyugalmi állapotban van – ezt az állapotot nagyrészt a fehérjék és a transzkripciós faktorok eNOS-eredetű NO128,129 általi S-nitrozilációja tartja fenn. Maga az eNOS aktivitását nyírófeszültség szabályozza¹³⁰és intracelluláris metabolitok, mint például az eNOS szubsztrát, az l-arginin és kofaktora, a tetrahidrobiopterin¹³¹. Különleges körülmények között – például fertőzésre adott válaszként – ez a nyugalmi állapot kikapcsolható, ami az EC-ek aktiválódását és az immunsejtek toborzását idézi elő. A redox jelátvitel és különösen az eNOS enzim szétkapcsolása, ami szuperoxid termelését eredményezi NO helyett, kritikus fontosságú ebben az aktiválási folyamatban. Az eNOS szétkapcsolása olyan kaszkádot indít el, amely az endothel felszíni réteg átalakulásához vezet, és olyan receptorok expresszióját idézi elő, amelyek kölcsönhatásba léphetnek a vérlemezkékkel és az immunsejtekkel.¹³². Bár az endoteliális aktiválás a gazdaszervezet védekező rendszerének részét képezi, ez a molekuláris gépezet nem megfelelően aktiválható olyan betegségekben, mint például autoimmun betegségek, vagy szív- és érrendszeri kockázati tényezők vagy fertőzés esetén. Megjegyzendő, hogy a REC-k káros jelekre adott válaszában heterogenitás létezik¹³³. Például atípusos hemolitikus urémiás szindrómában a komplement gátló H faktor mutációi a H faktor glomeruláris endoteliális heparán-szulfáthoz való csökkent kötődésével járnak együtt, így glomeruláris thromboticus mikroangiopátiát indukálnak. Egy másik példa a krónikus humorális allograft kilökődés, amelyben a peritubuláris kapillárisok a sérülés elsődleges célpontjai.¹³⁵; a peritubularis kapilláris hálózat ezzel járó elvesztése előrevetíti a bekövetkezésétvesekudarc136. A COVID{1}} pandémiával összefüggésben meg kell jegyezni, hogy az AKI-t gyakran észlelik súlyos betegségben szenvedő betegeknél (az intenzív osztályokon lévő betegek legfeljebb 50 százalékát érinti)¹³⁷, akiknél a széles körben elterjedt EK-működési zavar elősegítheti a betegség eszkalációját az érrendszeri szivárgás, a koagulopátia és a súlyosbodott gyulladás következtében^138,139.

Az endothel aktivációs válasz heterogenitása mellett a REC-ek válasza a keringésből származó környezeti jelzésekre helyspecifikus lehet. Például az 1-es típusú diabetes mellitusban szenvedő betegek gREC-jei nem szabályozott angiogén választ mutatnak, ami glomeruláris növekedést és másodlagos podocitopátiát eredményez.^140,141. Ischaemiás sérülésben – különösen a peritubularis kapillárisokban – az endothel aktiválódása és az EC-ek lecsapódása az úgynevezett „no-reflow” jelenséget eredményezi, amikor is a perfúzió az átjárhatóság helyreállítása után sem áll helyre, ami tubuláris hámsejt sérülést és AKI-t eredményez.¹⁴². A REC aktiválása által kiváltott klinikai patológiát máshol részletesen tárgyaljuk.

A nagy felbontású technikák, például az egysejtű RNS-seq megjelenése új betekintést nyújtott az endothel fenotípusos heterogenitásának molekuláris szabályozásába és a folyamatokba.vesesérülés. Az elmúlt néhány évben a mi csoportunktól és másoktól származó számos tanulmány előmozdította azt az elképzelést, hogy az endothel heterogenitása összefügg az intracelluláris metabolizmussal.^{3,6,10,143–145}. Az alábbiakban leírtak szerint a különböző mikrokörnyezetek, amelyeknek a REC-ek ki vannak téve, segítenek meghatározni fenotípusos sokféleségüket és metabolikus specializációjukat.

A REC-k metabolikus specializációja

Az EC-k még akkor is aktív metabolizmust mutatnak, ha nyugalmi állapotban vannak az olyan folyamatok fenntartásához, mint az energiatermelés, a biomassza szintézis és a redox homeosztázis, amelyek szükségesek az érrendszeri gát integritásának fenntartásához, a vaso-regulációs funkcióhoz, az oldott anyag transzportjához, valamint a trombózis és az érgyulladás gátlásához. Például a nyugalmi állapotú EC-k magas szintű FAO-t tartanak fenn, ami részben a NADPH regenerációján keresztül segít fenntartani az érrendszeri gát integritását, amely védelmet nyújt a reaktív oxigénfajták (ROS) ellen146. Ezzel a szereppel összhangban a FAO gátlása az EC-kben növeli az oxidatív stresszt, az endoteliális gát permeabilitását, a leukocita infiltrációt146 és az endothel-mezenchimális átmenetet¹⁴⁷, ami arra utal, hogy a FAO szükséges az endothel funkció és a fenotípus fenntartásához. A REC-k különböző metabolikus profilokat és transzkriptumokat mutatnak az egerekben más szervekből izolált EC-kre^3,6. Különösen az aminosav- és pirimidin-bioszintézisben, valamint a glükóz anyagcserében részt vevő gének felszabályozása jellemzi őket.⁶. Ezenkívül egyes metabolikus gének szelektíven gazdagodnak artériás, kapilláris vagy vénás EC-ben, ami a szerven belüli metabolikus heterogenitást jelzi.⁶. Amint azt alább tárgyaljuk, a különböző mikrokörnyezeti feltételek, amelyeknek különböző REC-populációk vannak kitéve, szintén befolyásolhatják metabolikus profiljukat, és támogathatják a REC fenotípusos heterogenitását, valamint a betegség ingereire adott válaszát.

A REC reagál az oxigénfeszültség változásaira

Habárveseezek a test legjobban perfúziós szervei, a keringő oxigén kevesebb mint 10 százaléka fogyasztódik el a vér áthaladása során.vese¹⁴⁸. Azvesea velő alacsony oxigénfeszültségnek van kitéve, 10-20 Hgmm pO2-értékkel (hipoxia), szemben a vesekéreg 50 Hgmm-ével117 (4a. ábra). A corticopapilláris tengelyt követő oxigéngradiens több tényező következménye, beleértve az arteriovenosus oxigén sönt, amely az AVR és a DVR párhuzamos elrendezéséből adódóan a velőben, valamint a velőben és a velőn belüli korlátozott véráramlás miatt az oldott anyagok kiürülésének minimalizálása érdekében. , valamint az oxidatív foszforiláció alkalmazása a Na plus /K plusz ATPáznak a Na plus reabszorpciójához szükséges magas energiaszint előállítása érdekében, és lehetővé teszi más sejtmembrán oldott anyag transzporterek megfelelő működését117. Így a hypoxia a medulla vizeletkoncentrációs mechanizmusának velejárója^10,117.

A megfelelőhez is szükségesvesefejlesztés149. A hipoxia azonban káros lehet, és az AKI150 fő okának, valamint a krónikus vesebetegség (CKD)151 kockázati tényezőjének tekinthető (4a. ábra). A vese hipoxiát ischaemiás események okozhatják, például előfordulhat veseátültetés során, vagy a peritubularis kapilláris ritkaság, glomeruláris sérülés, érelmeszesedés, az artériás vaszkuláris tónus szabályozási zavara, vérszegénység és fibrózis miatti oxigén diffúzió miatti kóros veseperfúzió következtében152 ( 4a. ábra). Az érrendszeren belül a hipoxia rövid távú expozíciója az értónus és a véráramlás reverzibilis modulációját okozza, míg a hosszú távú expozíció az érrendszer és a környező szövetek visszafordíthatatlan átalakulását eredményezi VSMC proliferációval és fibrózissal.¹⁵³. A hipoxiára adott sejtválasz a Fe2 plusz-függő oxigenázok és az 2-oxoglutarát (2-OG)-függő oxigenázok152 inaktiválásától, valamint a hipoxia-indukálható transzkripciós faktor (HIF) függő, ill. HIF-független útvonalak. A hipoxiának való kitettség mind a HIF1, mind a HIF2 aktiválódását kiváltja az ECs154-ben (4b. ábra). Ban,-benvese, a REC-k széles körben expresszálják a HIF2-t hipoxia esetén, míg a HIF1 fehérje expressziója a papilla155–157-ben található mREC-ekre korlátozódik, ahol valószínűleg stimulálja a glikolízist (4b. ábra). A HIF2 aktiválása REC-ben általában közvetíti a védelmet és az ischaemiás vesekárosodásból való felépülést az erythropoiesis elősegítésével, valamint a vesegyulladás, a kapillárisritkulás és a fibrózis elnyomásával156 (4b. ábra). A REC-k hipoxiának való kitettsége aveseA betegség ezért eltérő válaszokat indukálhat a gREC-ekben és a cREC-ekben, mint az mREC-ekben. Például a hipoxia elősegíti a tenyésztett EC158,159 HIF{0}}függő proliferációját és migrációját; azonban nem konfluens körülmények között a tenyésztett gREC-k mitokondrium-függő apoptózison mennek keresztül, ha hipoxiának vannak kitéve155, 160, 161, ami arra utal, hogy a gREC-ek rosszul adaptálódnak hipoxiához. Bár úgy tűnik, hogy a gREC-k meglehetősen rezisztensek a hipoxiával szemben in vivo, valószínűleg a podocita eredetű VEGF161 parakrin hatása miatt, a hipoxia az occludin és a ZO-1 szoros kapcsolódási fehérjék progresszív elvesztését idézheti elő a gREC-ekben HIF{{ 11}}függő módon, végső soron növelve az endothel barrier permeabilitását162. Keveset tudunk az mREC-k hipoxiára adott válaszáról. Az AVR-ben és a DVR-ben található mREC-k különösen alacsony oxigénfeszültségnek vannak kitéve a papilla fiziológiás körülmények között, és az Epas1 regulon (HIF2-t kódoló) vízhiány hatására felszabályozódik az mREC-ekben, valószínűleg a hipoxia növekedése miatt. vizeletkoncentrációs folyamat¹⁰.

Az EC-k metabolikus alkalmazkodása az oxigénfeszültség változásaihoz.Normoxikus körülmények között az EC-k elsősorban a glikolízisre támaszkodnak az ATP-termeléshez, nem pedig a mitokondriális oxidatív foszforilációra163. A hipoxiára adott válaszként ezek a metabolikus válaszok felerősödnek, a glikolízis tovább fokozódik és a mitokondriális légzés visszaszorul (4b. ábra), ami megmagyarázza, hogy az EC-k miért ellenállnak a hipoxiának, amíg a glükóz rendelkezésre áll164. Akut hipoxiának, például ischaemiás eseménynek való kitettség esetén az EC-k a mitokondriális és/vagy NAD(P)H-oxidáz-eredetű ROS gyors növekedését mutatják, ami stabilizálja a HIF1-et, és nagyobb glikolitikus fluxust tesz lehetővé164 – olyan válaszok, amelyek összhangban vannak a HIF-fel.{6 }}indukálta a glükóz metabolizmus fokozódását és a mitokondriális aktivitás csökkenését^164,165 (4b. ábra). Ezen túlmenően a krónikus hipoxiának kitett EC-k metabolikus útvonalának elemzése, amely a velőben vagy a CKD összefüggésében fordulhat elő, a glikolitikus gének HIF{1}}függő felszabályozását tárta fel.¹⁶⁶. Érdekes módon egyes glikolitikus gének, mint például az Eno1 és Aldoa, amelyek az enoláz 1 és aldoláz A enzimeket kódolják, amelyek szükségesek ATP és piruvát glükózból történő előállításához, nagyobb mértékben szabályozottak az mREC-ekben, mint a cREC-ekben és a gREC-ekben10. Pontosabban, az AVR papilláris részéből származó mREC-k – vagyis a vese érrendszerének azon része, amely leginkább ki van téve a hipoxiának – mutatták a glikolitikus Aldoa, Ldha és Gapdh gének legmagasabb expresszióját az összes mREC között egerekben10. Így a papilláris mREC-k hipoxiás mikrokörnyezetük miatt magasabb anaerob glikolitikus fluxust mutathatnak, mint más REC-k. Hasonlóképpen, a velőhámsejtek nagyobb kapacitással rendelkeznek anaerob glikolitikus ATP-termelésre, mint a proximális tubuláris sejtek¹¹⁷. Az mREC-k több glikolitikus gént is felszabályoznak vízhiány hatására, a fent említett megnövekedett HIF2 aktivitással egyidejűleg¹⁰.

Az EC-kben a HIF2 részben a mitokondriális NAD plusz -függő deacetiláz sirtuin 3 (SIRT3) aktiválását követően (167. hivatkozás) aktiválódik (4b. ábra). A SIRT3 elvesztése rontja a hipoxiás jelátvitelt az EC-ben, és hibás angiogenezist és mikrovaszkuláris diszfunkciót eredményez, másodlagosan az oxigén-független glikolízisről a mitokondriális légzésre való metabolikus átállás miatt. Ez a metabolikus váltás a 6-foszfofrukto-2- kináz (PFKFB3) expressziójának csökkenésével jár, egy enzim, amely a glikolízis és a ROS képződés pozitív szabályozójaként működik.¹⁶⁷(4b. ábra). Hipoxia esetén a SIRT3 a FOXO3-tól függő módon felszabályozza a mitokondriális antioxidáns enzimeket (ref.¹⁶⁸) – egy transzkripciós faktor, amelyet a HIF1 is felfelé szabályoz¹⁶⁹ (4b. ábra). Érdekes módon a SIRT3-FOXO3 antioxidáns útvonal működik a gREC-ekben, megakadályozva az endothel-mezenchimális átmenetet ésvesefibrózis az angiotenzin-II által kiváltott magas vérnyomás állatmodelljében¹⁷⁰(4b. ábra). A SIRT3-at növelő farmakológiai megközelítések a ciszplatin által kiváltott AKI-t is korlátozzák azáltal, hogy védelmet nyújtanak a tubuláris sérülésekkel szemben és javítjákvesefunkció¹⁷¹. Ezzel szemben a Sirt{0}}knockout egerek súlyosabb AKI-t mutatnak, bár a REC-k hozzájárulását ezekhez a hatásokhoz nem határozták meg¹⁷¹. Azt még meg kell határozni, hogy ez a SIRT3-FOXO3 antioxidáns útvonal is részt vesz-e az mREC-k fiziológiás válaszában a velőben lévő hipoxiára.

A zsírsavak metabolizmusát az oxigén elérhetősége is befolyásolja, mivel a hipoxia fokozza a zsírsav-szintáz (FAS) expresszióját és aktivitását, amely a zsírsav-bioszintézis útvonal kulcsfontosságú sebességszabályozó enzimje, ami a malonil-szint csökkenését eredményezi. -CoA pool és a palmitát szintjének növelése ECs172-ben (4b. ábra). Humán pulmonalis artériás EC-kben a FAS gátlása a HIF1 stabilizálásának károsodásához, majd a HIF{5}} által közvetített változásokhoz vezet a glükóz transzportban és metabolizmusban, valamint az eNOS funkció helyreállításához, ami arra utal, hogy a zsírsavszintézis gátlása előnyös lehet. az EC működéséhez hipoxiában¹⁷²(4b. ábra). Ban,-benvese, A FAS-t kódoló rajongókat a krónikus veseelégtelenség kísérleti modelljében felfelé szabályozták, és hozzájárultak a hipertrigliceridémia kialakulásához¹⁷³. A Fans és más hipoxiára reagáló gének felszabályozását is megfigyelték avesea sarlósejtes vérszegénység egérmodelljének kérge, amely progresszív glomeruláris és tubuláris károsodást mutatott¹⁷⁴. A megváltozott lipidanyagcsere a proteinurikus CKD jellemzője, és mind a klinikai, mind a kísérleti bizonyítékok alátámasztják azt az elképzelést, hogy a megváltozott lipidanyagcsere hozzájárulhat a vesebetegség patogeneziséhez és progressziójához.¹⁷⁵. Mindazonáltal a REC-ek szerepe a diszregulált zsírsav-anyagcserében összefüggésbenvesebetegségtovábbi tisztázásra vár.

A hipoxia az argináz II fokozódását is indukálja a HIF2 aktiválódásától függő módon¹⁷⁶vagy HIF1¹⁷⁷, és csökkenti szubsztrátjának, az argininnek a szintézisét és transzportját az EC-kben^178,179(4b. ábra). Az argináz II egy metalloenzim, amely különösen aveseés katalizálja az l-arginin karbamiddá és l-ornitinné történő hidrolízisét. Az argináz II aktivitásának növekedése csökkenti az arginin biológiai hozzáférhetőségét, ami csillapítja az eNOS aktivitást, csökkenti az endoteliális NO termelést és kiváltja az eNOS leválasztását, ami végső soron ROS és nitrozatív stressz kialakulásához vezet.¹⁷⁶. Ezek a lépések kritikusak az endothel diszfunkció, a diabéteszes vesebetegség és avesegyulladás az étrend által kiváltott elhízás összefüggésében^180,181. Fiziológiás körülmények között az argináz II főként a külső velőben expresszálódik, ami arra utal, hogy ez a metabolikus adaptáció valószínűleg nem következik be a hipoxiának leginkább kitett mREC-kben.¹⁸¹.

Végül a papilláris mREC-k akut hipoxiának való kitettsége purinok és ATP felszabadulását váltja ki az UTP-vel és UDP-vel együtt az extracelluláris térben.^182–184. Az ATP aktiválja az endoteliális P2Y receptorokat, ami NO termelést, értágulatot és fokozott szöveti perfúziót eredményez¹⁸⁵. Az ATP adenozint is képez az ATP ektoenzimek általi metabolizmusát követően^185,186. Fontos, hogy a hipoxia az adenozin A2a receptor (az ADORA2A által kódolt) HIF{0}}függő felszabályozását váltja ki az EC-kben.^187,188, melynek aktiválása fokozza a HIF1 fehérjeszintézist, tovább elősegítve a glikolitikus génexpressziót és a glikolitikus fluxust¹⁸⁷(4b. ábra). A legtöbb esetben az EC-k és VSMC-k által expresszált A2a és A2b receptorok aktiválása közvetíti a hipoxia során felszabaduló adenozin értágító hatását185. Ban,-benvese, különböző adenozin receptorok vannak jelen az érrendszer különböző részein¹⁸⁹Az extracelluláris ATP és az adenozin pedig kulcsszerepet játszik a vese hemodinamikájának és a mikrokeringésnek a szabályozásában.^185,190. A velőben az adenozin a Henle-hurok (TALH) velő vastag felszálló végtagjában termelődik oxidatív stressz után¹⁹¹és értágítóként működik, fokozva a velős véráramlást egy olyan mechanizmuson keresztül, amely magában foglalhatja a DVR mREC-ket.¹⁹². Azonban a legtöbb más érben kifejtett hatásával ellentétben az A2a receptorok adenozin által közvetített aktiválása, amelyek különösen az afferens arteriolákban expresszálódnak, a vese érrendszerének érszűkületét váltja ki, ezáltal potenciálisan befolyásolja a vese véráramlását és a glomeruláris filtrációt.^185,193. Megjegyzendő, hogy a purinerg receptorok szerepét azonosították a CKD progressziójában¹⁹⁴.