Part 1 Diversitat fenotípica i especialització metabòlica de cèl·lules endotelials renals

Contacte: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Correu electrònic: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. Rabelink⁵i Pere Carmeliet^1,4

Cistanche tubulosa prevé la malaltia renal, feu clic aquí per obtenir la mostra

Resum |

La complexa vida pluricel·lular en mamífers depèn de la cooperació funcional de diferents òrgans per a la supervivència de tot l'organisme. Elronyonsjuguen un paper fonamental en aquest procés mitjançant el manteniment de l'homeòstasi del volum i la composició del fluid, que permet que altres òrgans compleixin les seves tasques. L'endoteli renal presenta trets fenotípics i moleculars que el distingeixen de l'endoteli d'altres òrgans. A més, la vasculatura renal adulta comprèn diverses poblacions de cèl·lules endotelials (EC) majoritàriament quiescentes, però no metabòlicament inactives, que resideixen dins delronyóglomèruls, còrtex i medul·la. Cadascuna d'aquestes poblacions admet funcions específiques, per exemple, en la filtració del plasma sanguini, la reabsorció i secreció d'aigua i soluts i la concentració d'orina. El perfil transcripcional d'aquestes diverses poblacions d'EC suggereix que s'han adaptat a les condicions microambientals locals (hipòxia, estrès de cisalla, hiperosmolaritat), cosa que els permet donar suport a les funcions renals. L'exposició dels EC a factors angiogènics derivats del microambient afecta el seu metabolisme i mantéronyódesenvolupament i homeòstasi, mentre que els factors endocrins derivats de la CE conserven diferents nínxols de microambient. En el context de la malaltia renal, els EC renals mostren una alteració en el seu metabolisme i fenotip en resposta a canvis patològics en el microambient local, promovent encara més la disfunció renal. Entendre la diversitat i l'especialització dels CE renals podria proporcionar noves vies per al tractament de les malalties renals ironyóregeneració.

El sistema vascular dels mamífers consta de dues xarxes connectades i altament ramificades que impregnen tot el cos, cadascuna amb funcions específiques. El sistema vascular sanguini proporciona oxigen i nutrients als teixits parenquimàtics i facilita l'eliminació de residus, la vigilància immune i el tràfic de cèl·lules immunitàries, la coagulació i la producció de senyals endocrins per al manteniment i la regeneració dels teixits1. Per contra, el sistema vascular limfàtic drena el líquid intersticial extravasat dels capil·lars sanguinis permeables cap a les venes i facilita el tràfic de cèl·lules immunitàries i el transport de lípids.². Tots els vasos sanguinis estan revestits de cèl·lules endotelials sanguinis (BEC, a continuació anomenades EC), mentre que les cèl·lules endotelials limfàtiques (LEC) formen la capa més interna de vasos limfàtics, amb cada població donant suport a les seves tasques específiques de la vasculatura. Tanmateix, l'heterogeneïtat endotelial s'estén molt més enllà de les àmplies diferències entre l'endoteli sanguini i limfàtic. En particular, els EC de diferents òrgans presenten perfils moleculars únics que donen suport a les funcions específiques de l'òrgan^3–6. Elronyóbeneficisd'una vasculatura altament especialitzada, que està estretament lligada al sistema epitelial renal⁷. Concretament, poblacions fenotípicament diferents de cèl·lules endotelials renals (REC) coexisteixen dins dels tres compartiments anatòmics i funcionals delronyó, els glomèruls, l'escorça i la medul·la, on donen suport a tasques renals específiques8,9. És important destacar que els avenços tecnològics han permès l'estudi de l'heterogeneïtat de les REC a nivell unicel·lular, proporcionant nous coneixements sobre els seus papers especialitzats en la salut i la malaltia renal.^6,10,11.

Elronyóés fonamental per al manteniment de l'homeòstasi de l'organisme, regulant el volum i la composició dels fluids corporals⁷. Els ronyons reben entre el 20 i el 25 per cent de la producció cardíaca i presenten una arquitectura de vasos sanguinis estereotipada. Aquesta arquitectura no només permet el lliurament d'oxigen i nutrients alronyons, però també permet la participació en la filtració del plasma sanguini, la reabsorció d'ions i metabòlits del filtrat, la secreció d'ions i metabòlits a l'orina primària i la concentració d'orina.^7,8. Aquests processos altament orquestrats permeten ajustar el volum del líquid extracel·lular, la pressió arterial, l'osmolalitat i la concentració d'ions.^7,8. Els ronyons també regulen els nivells de metabòlits circulants, no només excretant residus metabòlics sinó també alliberant glucosa (via gluconeogènesi) i aminoàcids, per exemple.¹². Els òrgans dels mamífers intercanvien contínuament metabòlits a través de la circulació, amb un ús selectiu per donar suport a les seves pròpies activitats metabòliques¹².

En conseqüència, les funcions metabòliques de les EC dins de diferents òrgans probablement demostren diferències específiques d'òrgans, tal com ho demostren les troballes de les anàlisis del transcriptoma metabòlic de les EC en diferents òrgans.⁶. A més, la plasticitat metabòlica dels CE els permet adaptar-se i respondre als canvis ambientals pel que fa a les seves necessitats i funcions metabòliques3,13. L'evidència emergent suggereix que els REC especialitzats delronyóadaptar el seu transcriptoma metabòlic per donar suport a la funció renal¹⁰.

La disfunció REC acompanya la pèrdua aguda o progressiva deronyófunció^14,15. Aquesta disfunció s'associa amb un augment de la vasoconstricció arterial i una reducció del flux sanguini renal, l'adquisició de fenotips proinflamatoris i protrombòtics que afavoreixen l'adhesió i infiltració de cèl·lules immunitàries i la formació de microtrombos, la dissociació dels pericits murals de l'endotelial. capa, ruptura de la barrera endotelial que resulta en edema intersticial, rarefacció dels capil·lars peritubulars (afavorint així la hipòxia renal) i la transició endotelial-mesenquimal, que contribueix a la fibrosi renal16,17, cosa que suggereix que l'endoteli podria ser objectiu per protegir contra els ronyons. lesió i/o regenerar la funció renal.

Aquesta revisió resumeix la nostra comprensió actual delronyóvasculatura, centrant-se en els avenços recents en la nostra comprensió de l'heterogeneïtat fenotípica, molecular i metabòlica de les REC en relació amb el seu microentorn. També parlem de l'aplicació potencial d'orientar el metabolisme de REC com a estratègia terapèuticaronyómalaltieso per a la regeneració renal.

Punts clau

• L'endoteli difereix entre els diferents òrgans, probablement per donar suport a diferents funcions dels òrgans.

• Múltiples fenotips especialitzats de cèl·lules endotelials coexisteixen dins dels glomèruls, l'escorça i la medul·la renals; aquests funcionen per donar suport a la filtració glomerular, la reabsorció i secreció d'ions i metabòlits i la concentració d'orina.

• Els diferents microambients locals a laronyómodelar l'heterogeneïtat molecular i metabòlica de l'endoteli renal; per contra, els factors endocrins derivats de cèl·lules endotelials sostenen els nínxols de diferentsronyómicroambients.

• El metabolisme de les cèl·lules endotelials renals es pot alterar en el context deronyólesions i malalties, en part com a conseqüència dels canvis en el microambient.

• Una millor comprensió de la diversitat fenotípica i l'especialització metabòlica de les cèl·lules endotelials renals poden ajudar a identificar noves dianes per altractament deronyómalaltiesironyóregeneració.

Heterogeneïtat de l'endoteli renal

Anatomia vascular renal

Elronyóes subministra sang a través de l'artèria renal, que després d'entrar a laronyóa través de l'hil renal, es ramifica en artèries segmentàries, interlobars, arcuades i interlobulars (Fig. 1a) i, finalment, arterioles aferents, que són vasos d'alta resistència responsables del control del flux sanguini glomerular i de la taxa de filtració glomerular (GFR) 18. Des de les arterioles aferents, la sang entra al floc glomerular: una xarxa de capil·lars glomerulars altament fenestrats on la ultrafiltració del plasma sanguini es produeix a una velocitat de ~ 120-140 ml/min en humans adults, permetent que els soluts de baix pes molecular passin del glomerular. capil·lars a l'espai de Bowman¹⁹. Després de filtrar una fracció del plasma, la sang surt del floc glomerular a través de les arterioles eferents per vascularitzar els túbuls contornejats distals i proximals, formant la xarxa capil·lar peritubular cortical. La sang dels capil·lars peritubulars està enriquida amb soluts d'alt pes molecular i té un baix contingut de líquid a causa de la pèrdua de líquid durant la ultrafiltració glomerular. Així, els capil·lars peritubulars es dediquen a la reabsorció d'aigua, ions i nutrients essencials de la zona proximal.^7,20i túbuls distals²¹. Diversos ions com H plus (ref. 22) i K plus (ref. 23), així com molècules com la creatinina²⁴i metabòlits de fàrmacs²⁵— que no van ser completament filtrats pels capil·lars glomerulars però que encara s'han d'eliminar del cos — passar dels capil·lars peritubulars a les cèl·lules epitelials dels túbuls proximals20 o distals per ser secretades i eliminades per l'orina21. Les arterioles eferents de les nefrones juxtamedulars donen lloc a la vasa recta descendent (DVR), que s'interconnecta amb la vasa recta ascendent (AVR) a través dels plexes capil·lars. L'AVR i el DVR funcionen a contracorrent al bucle de Henle i participen en l'intercanvi medul·lar a contracorrent, que com es descriu més endavant, és necessari per mantenir un gradient d'osmolaritat per a la concentració d'orina26. Finalment, els sistemes capil·lars cortical i medul·lar juntament amb l'AVR s'uneixen en un sistema venós a la unió corticomedul·lar. Més concretament, la vasculatura venosa renal drena la sang dels capil·lars peritubulars i AVR cap a les venes interlobulars i arcades i després les venes interlobars, formant finalment la vena renal que emergeix de laronyóhil i finalment es ramifica a la vena cava inferior⁷.

Elronyótambé és subministrada per vasos limfàtics, que segueixen la topografia global de laronyóvasculatura sanguínia²⁷(Fig. 1a). Estan presents principalment a l'escorça renal on la seva funció principal és eliminar líquids i macromolècules (com l'albúmina) de l'espai intersticial entre els túbuls i els capil·lars.²⁸. També tenen un paper en la infiltració de cèl·lules immunitàries i la posterior inflamació²⁹. Als glomèruls, envolten la càpsula de Bowman sense penetrar en el floc glomerular²⁸. Per contra, els vasos limfàtics tradicionals rarament estan presents a la medul·la renal; en aquesta regió, l'AVR elimina el líquid intersticial i les macromolècules, que representa un tipus de vas sanguini híbrid amb característiques semblants a les limfàtiques.^28,30.

Fenotips de cèl·lules endotelials renals

Els EC de diferents òrgans són fenotípicament heterogenis^3–6,31. Les propietats úniques dels REC, i en particular dels EC glomerulars, s'han apreciat durant molt de temps. El perfil transcripcional global d'EC de ratolins ha confirmat l'existència de signatures de transcriptoma específiques d'òrgans^3,4,6. Cal destacar que aquests estudis han demostrat que els REC són els més diferents dels EC d'altres òrgans, com ara el cervell, el cor, els pulmons, els músculs i els testicles.⁴(Fig. 1b) mitjançant la seva expressió de gens associats a la senyalització d'interferons, així com gens que codifiquen els factors endocrins FGF1 i IL-33 (ref.^4,6). L'heterogeneïtat específica d'òrgans dels EC probablement és la base de la seva adaptació molecular per complir funcions funcionals específiques.^3–6,31.

Tanmateix, l'heterogeneïtat de les REC s'estén més enllà del nivell organotípic, amb una notable diversitat deronyóvasculatura, com es va demostrar inicialment per microscòpia electrònica i estudis de microarrays i posteriorment per anàlisis unicel·lulars^6,32,33. Elronyól'escorça, els glomèruls i la medul·la contenen poblacions d'EC úniques (cRECs, gRECs i mRECs, respectivament). Aquesta diversitat en les poblacions de la CE podria sorgir de l'exposició als diferents microambients d'aquestes regions. Per exemple, l'endoteli glomerular està exposat a una pressió vascular elevada i interacciona estretament amb els podòcits per regular la ultrafiltració, mentre que els mREC estan exposats a una alta osmolaritat i hipòxia, que estan relacionades amb el manteniment d'un gradient d'osmolaritat i concentració d'orina.^6,9,10,32(Fig. 1c). Més enllà de l'heterogeneïtat intercompartimental, les REC també demostren heterogeneïtat intracompartimental, que probablement està determinada per una sèrie de factors genètics i ambientals, inclòs el tipus de llit vascular (arterial, capil·lar, venós), les seves interaccions amb altres tipus de cèl·lules (per exemple, , cèl·lules musculars llises, pericits, cèl·lules granulars, podòcits i cèl·lules epitelials dels túbuls) i la seva exposició a diferents microambients dins del mateix compartiment, com ara l'exposició a diferents tipus de flux o diferents nivells d'osmolaritat34 (Fig. 1c). Els desenvolupaments en tecnologies de transcriptòmica unicel·lular han permès mapejar l'heterogeneïtat de les REC de ratolí a una resolució molt alta.^6,10,11, revelant fins a 24 poblacions de REC transcripcionalment diferents^6,10,11. Cal destacar que les troballes d'estudis d'ARN-seq unicel·lular resumits a continuació encara s'han de confirmar a nivell de proteïnes, tant per verificar de manera exhaustiva la localització espacial de les proteïnes previstes com també per integrar el coneixement dels canvis post-traduccionals i/o mecanismes de senyalització que poden afectar l'activitat de les proteïnes. També cal destacar el fet que l'enriquiment relatiu d'un gen dins d'una població REC determinada, determinat per la seqüenciació unicel·lular, no implica necessàriament que l'expressió d'aquest gen estigui restringida a aquesta població cel·lular específica.

Heterogeneïtat de les cèl·lules endotelials renals glomerulars.Elronyóglomèruls és una estructura altament especialitzada que s'encarrega de la filtració del plasma sanguini per generar un filtrat primari d'orina, alhora que garanteix que les proteïnes plasmàtiques essencials es retinguin a la sang. Està format per capil·lars glomerulars que es troben entre les arterioles aferents i eferents, que són vasos de resistència que controlen tant el flux sanguini capil·lar com la pressió. Les arterioles d'una nefrona estan en contacte parcial amb l'aparell juxtaglomerular (JGA), una estructura especialitzada que comprèn la màcula densa del túbul contornejat distal, cèl·lules productores de renina granular que s'associen a l'artèriola aferent i cèl·lules mesangials extraglomerulars (Fig. 2a). El JGA regula la GFR d'una nefrona i la pressió arterial mitjançant la retroalimentació tubuloglomerular, la resposta miogènica i l'alliberament de renina^19,35–37.

L'endoteli capil·lar glomerular es compon d'EC únics amb fenestracions no diafragmàtiques que permeten la filtració d'alts volums de líquid38 (Fig. 2b).

Les fenestracions tenen una mida de 50 a 100 nm i ocupen al voltant del 20 per cent de la superfície cel·lular, apareixent a la imatge microscòpica electrònica com a forats transcel·lulars.³⁸. El diàmetre d'aquestes fenestracions és teòricament prou gran com per permetre el pas de fluids i proteïnes grans als túbuls. Tanmateix, els gREC capil·lars també produeixen una gruixuda capa de glicocàlix que inclou glicoproteïnes i polisacàrids carregats negativament que actuen com a barrera al pas de proteïnes.^39,40. A més, els components del plasma s'adsorbeixen al glicocàlix i formen una capa més àmplia anomenada capa superficial endotelial41, que amb la seva estructura filamentosa millora encara més la permselectivitat de la barrera endotelial glomerular.⁴². De fet, l'albumínúria i la proteinúria s'observen en el deteriorament del glicocàlix^39,43,44. Juntament amb els podòcits, els gREC capil·lars també sintetitzen i comparteixen una matriu extracel·lular comuna coneguda com a membrana basal glomerular (GBM), que inclou principalment col·lagen tipus IV, laminina i proteoglicans sulfatats42. Les mutacions que afecten la síntesi de qualsevol dels components del GBM condueixen a la proteinúria45,46. Així, els gREC capil·lars, els podòcits i el GBM formen una barrera de filtració glomerular eficient. Cal destacar que l'endoteli capil·lar glomerular no té diafragma i, per tant, no expressa la proteïna 1 (PV1) associada a la vesícula del plasmalema de la glicoproteïna transmembrana de tipus II, que està codificada per Plvap10 i és un marcador típic de les EC fenestrades associades amb els diafragmes pont de l'endoteli. fenestrae i caveolae⁴⁷

El desenvolupament i el manteniment de les fenestracions capil·lars de gREC requereixen factor de creixement endotelial vascular (VEGF) derivat de podòcits, que actua de manera paracrina a través del receptor 2 de VEGF endotelial (VEGFR2, també conegut com a KDR)⁴⁸. La sobreexpressió de VEGF provoca col·lapse glomerular, pèrdua ràpida de gREC capil·lars i proteinúria massiva⁴⁹. Per tant, es necessita una regulació estricta del VEGF del podòcit per establir la vasculatura glomerular durant el desenvolupament embrionari i per al manteniment de les fenestracions en capil·lars glomerulars madurs.^38,42. De la mateixa manera, el VEGF derivat de cèl·lules epitelials tubulars permet el manteniment de la xarxa capil·lar peritubular.⁵⁰

A diferència d'altres EC capil·lars, els gREC estan exposats a una pressió arterial alta i un flux sanguini elevat, cosa que impulsa el procés de filtració glomerular i exposa els gREC a un esforç de cisalla substancial.⁵¹. En conseqüència, els gREC expressen nivells elevats de la transcripció Pi16 regulada per l'esforç de cisalla (refs^6,10,11,52) (Fig. 2c; Taula complementària 1). Els gREC capil·lars també expressen una sèrie d'altres marcadors^10,11,32,53, inclòs Ehd3, que codifica un membre de la família de proteïnes EHD^{10,11,38,54,55}que regula el reciclatge endocític i es creu que regula el reciclatge de VEGFR2 en gREC capil·lars (Fig. 2c), juntament amb EHD4 (ref. 54). Així, EHD3 podria contribuir al manteniment de les fenestracions capil·lars glomerulars. Els gREC capil·lars també mostren una expressió enriquida de gens associats a la via de senyalització TGF-BMP (Eng, Smad6, Smad7, Xiao i Hipk2 (refs10,56–58)), que està implicada en la formació de capil·lars glomerulars. La sobreexpressió de TGF indueix proteinúria i glomeruloesclerosi⁵⁹, i per tant la presència de SMAD inhibidors, com els codificats per Smad6 i Smad7 en gRECs, pot prevenir una senyalització excessiva de TGF i la disfunció glomerular. Per contra, la BMP derivada dels podòcits és crucial per a la formació de capil·lar glomerular normal60. Els gREC capil·lars també expressen específicament Nostrin³², el producte proteic del qual s'uneix a l'òxid nítric sintasa endotelial (eNOS) per desencadenar la seva translocació des de la membrana plasmàtica a estructures subcel·lulars semblants a vesícules, i atenua la producció d'òxid nítric (NO), un important regulador de GFR32. A més, l'expressió restringida de la lipoproteïna lipasa (Lpl) als gREC capil·lars suggereix que l'endoteli glomerular pot ser essencial per a l'alliberament d'àcids grassos a l'ultrafiltrat, que posteriorment es podria utilitzar com a font d'energia per les cèl·lules epitelials dels túbuls o per a la regulació de contingut de lípids en sang o podria contribuir a l'acumulació de lípids glomerulars tal com s'observa en contextos patològics^6,10,61,62. Curiosament, l'expressió renal dels gens implicats en el metabolisme dels lípids es correlaciona amb la GFR i la inflamació en pacients ambdiabèticronyómalaltia, mentre que l'oxidació defectuosa d'àcids grassos (FAO) a les cèl·lules tubulars contribueix al desenvolupament deronyófibrosi^61,62.

Els factors de transcripció, com SOX17 i COUP-TFII (codificats per Nr2f2) en REC arterials i venoses, respectivament, impulsen signatures transcriptòmiques i la identitat de llits vasculars específics63,64. La identitat dels gREC es basa en l'activitat d'almenys dos factors de transcripció: GATA5 i TBX3 (refs10,11,32) (Fig. 2c), que medien l'adquisició d'un perfil d'expressió gènica semblant a gREC quan s'expressen junts a la vena umbilical humana. EC (HUVEC), un model d'EC d'ús comú11. El reguló GATA5 està regulat a l'alça en els gREC, però no en altres poblacions de REC^10,11i la supressió selectiva de Gata5 a les CE provoca lesions glomerulars65. A més, la supressió específica de la CE de Tbx3 provoca defectes morfogènics com ara microaneurismes en subconjunts de glomèruls, nombre reduït de fenestracions capil·lars de gREC i processos deformats del peu de podòcits, cosa que suggereix un paper d'aquest factor de transcripció en el manteniment de l'organització estructural dels capil·lars glomerulars.¹¹. A més, tant GATA5 com TBX3 estan implicats en la regulació de la pressió arterial. GATA5 afecta la funció vascular típica, la proteïna cinasa A i les vies de senyalització del NO⁶⁵, mentre que es creu que TBX3 modula la pressió arterial mitjançant la regulació de la secreció de reninaronyó¹¹.

Es requereix la regulació del to vascular de les arterioles aferents i eferents per mantenir la pressió capil·lar glomerular constantment alta necessària per a la filtració glomerular.¹⁸. Aquest procés regulador permet mantenir una GFR constant malgrat els canvis en la pressió sistèmica i el gasto cardíac66. Les arterioles aferents tenen d'una a tres capes de cèl·lules musculars llises vasculars (VSMC), que, a prop de la JGA, són parcialment substituïdes per cèl·lules granulars productores de renina67 (Fig. 2d). L'heterogeneïtat de la CE també existeix dins de l'artèriola aferent, amb fenestracions no diafragmàtiques de l'endoteli més properes a la JGA68,69 —similar a la de l'endoteli capil·lar glomerular— probablement per facilitar el transport ràpid de renina a la sang18 (Fig. 2d). L'expressió de Gja5 (codificació de la connexina 40) s'enriqueix en aquest subconjunt de gREC^10,70i té un paper important en la comunicació entre l'endoteli i les cèl·lules granulars de la JGA per regular l'alliberament de renina^35,70,71. Aquests EC també s'enriqueixen en altres gens implicats en la interacció cèl·lula a cèl·lula, com els relacionats amb les vies de senyalització Wnt i Notch, Efrina i citocines i quimiocines (Fig. 2c), que podrien mediar la diafonia entre cèl·lules mesangials i/ o cèl·lules granulars i gREC a la JGA, i potencialment contribueixen a l'autorregulació i la modulació de la pressió arterial¹⁰.

Per contra, els gREC a la part aigües amunt (més distal) de les arterioles aferents expressen gens implicats en la regulació de la gasolina com Edn1 (que codifica l'endotelina 1), Alox12 (araquidonat 12-lipoxigenasa) i S1pr1 (esfingosina{{6}). }}receptor de fosfat 1)^10,72,73(Fig. 2c). La via de senyalització S1P-S1PR1 regula potentment la gasolina arteriola aferent activant el sistema eNOS^74–76. D'acord amb aquest paper, el receptor S1P s'enriqueix en gREC a les arterioles aferents i no es detecta a les arterioles eferents.¹⁰.

A diferència dels gREC de les arterioles aferents, els gREC de les arterioles eferents mostren una expressió de connexina més baixa77, especialment la connexina 37 i la connexina 40 (codificada per Gja4 i Gja5, respectivament)10. De manera similar a les EC de les arterioles aferents, tanmateix, les anàlisis de transcriptoma de les EC de les arterioles eferents indiquen la presència de dues poblacions de gREC: una presumiblement associada amb la JGA (que expressa gens associats a l'adhesió i extravasació de cèl·lules immunitàries i permeabilitat EC) i una segona. que correspon a la porció distal de l'artèriola eferent (enriquida en gens implicats en les respostes d'hiperosmolaritat)10 (Fig. 2c).

Aquests coneixements suggereixen que la diversitat fenotípica i funcional dels gREC subjau a la capacitat d'aquests endotelis de mantenir la GFR mitjançant la modulació activa del flux sanguini glomerular i assegurant l'eficiència de la filtració glomerular. Mitjançant la integració de la retroalimentació tubuloglomerular i els senyals miogènics, els gREC associats a la JGA, en particular, són probablement reguladors crítics de la GFR.

Heterogeneïtat de les cèl·lules endotelials renals corticals.A més de l'endoteli capil·lar glomerular i les arterioles aferents i eferents preglomerulars i postglomerulars, laronyóL'escorça conté vasos limfàtics i grans artèries i venes juntament amb els seus vasos vasos associats, vènules postcapil·lars i capil·lars peritubulars. D'acord amb el seu paper en la reabsorció i la secreció de soluts, ions i aigua, els capil·lars peritubulars corticals són capil·lars de parets primes que inclouen EC que estan acoblats funcionalment a l'epiteli tubular9 (Fig. 3a). En comparació amb els gREC i els mREC, els cREC, en particular, els EC capil·lars peritubulars, expressen alts nivells d'Igfbp3 (que codifica la proteïna d'unió al factor de creixement semblant a la insulina 3) i Npr3 (que codifica el receptor de pèptids natriurètics 3)10,11 (Fig. 3b) .

Els capil·lars peritubulars corticals sorgeixen de les arterioles eferents i envolten els túbuls contorneats proximal i distal (Fig. 3a), proporcionant oxigen i nutrients, i contribuint a la captació de soluts i a la reabsorció d'aigua de la llum tubular.⁹. A diferència dels capil·lars glomerulars, els EC capil·lars peritubulars expressen Plvap, el producte proteic de la qual (PV1) abasta les fenestres EC capil·lars peritubulars. Aquestes fenestres diafragmàtiques tenen un diàmetre de 62-68 nm i probablement faciliten laintercanvi d'aigua, ions i petits soluts amb túbuls proximals i distals9,10

Els glomèruls filtren aproximadament 180 g de glucosa al dia78 i en condicions fisiològiques, gairebé tota es reabsorbeix als túbuls proximals. La glucosa filtrada es reabsorbeix primer des del lumen dels túbuls proximals dins de les cèl·lules epitelials mitjançant cotransportadors de sodi-glucosa (SGLT). Una vegada que la concentració de glucosa intracel·lular supera la de l'interstici, es difon a l'espai intersticial mitjançant transportadors de glucosa facilitats específics (GLUT), des d'on es reabsorbeix al torrent sanguini79. D'acord amb el seu paper en aquest procés, els EC capil·lars peritubulars expressen nivells més alts de Slc2a1 (que codifica GLUT1) que els EC d'altres llits vasculars renals11 (Fig. 3b), cosa que suggereix que la reabsorció de glucosa podria ser facilitada per GLUT1 en EC capil·lars peritubulars.

Els capil·lars peritubulars corticals inclouen dues poblacions d'EC: una que expressa nivells elevats d'Apoe (que codifica per apolipoproteïna E) i una que expressa poc o cap Apoe10 (figura 3b). La població d'Apoe-high mostra una expressió enriquida d'altres gens relacionats amb el metabolisme dels lípids com Plpp3 i Thrsp10,80,81. Per contra, la població Apoe-low expressa gens que codifiquen receptors de VEGF (Kdr, Flt1 i Nrp1, que codifiquen VEGFR2, VEGFR1 i neuropilina 1, respectivament), proteïnes i receptors que uneixen el factor de creixement semblants a la insulina (Igfbp5, Igfbp3 i Insr) i Npr3, que codifica un receptor per al pèptid natriurètic, que regula el volum sanguini i l'excreció de sodi10,82–85. Actualment es desconeix si aquestes dues poblacions d'EC existeixen en capil·lars separats que interaccionen amb túbuls contornejats proximals o túbuls distals, o si existeixen en els mateixos capil·lars.

Sorprenentment, també s'han descrit dues poblacions d'EC capil·lars addicionals a l'escorça renal del ratolí: una població d'EC semblant a l'angiogènica i una població que es caracteritza per l'expressió de gens estimulats per interferó i gens implicats en el processament i presentació d'antigen10 (Fig. 3b). . Els EC similars a l'angiogènic podrien tenir un paper en la regeneració de REC danyats, mentre que els EC activats per interferó podrien participar en la vigilància immune, tot i que es necessiten més estudis per investigar aquestes possibilitats10.

Els cREC de les artèries grans es caracteritzen per l'expressió del gen del factor de transcripció arterial Sox17 i el gen d'unió estreta Cldn5 (claudina 5), ​​mentre que els cREC de les venes grans es caracteritzen per l'expressió del factor de transcripció Nr2f2 (COUP-TFII) i el marcador de fenestració Plvap^{6,10,11,47,63,64,86}(Fig. 3b).

Les cREC arterials expressen el gen Sema3g que codifica semaforines, que té efectes autocrins i paracrins sobre EC i VSMC, respectivament, els gens que codifiquen connexines Gja4 i Gja5, que són components de les unions mioendotelials, i el membre de la família Notch Jag1 (refs6,10, 11,87–90) (Fig. 3b). Les artèries grans estan exposades a la pressió arterial alta i el seu to vascular es modula en resposta als canvis en la pressió arterial. La seva capacitat de respondre a senyals mecànics està habilitada per la presència d'una capa elàstica al medi de la túnica que és rica en fibres elàstiques.^9,91i mitjançant l'expressió de gens relacionats amb l'assemblatge de fibres elàstiques com Eln (elastina), Ltbp4 (proteïna d'unió del factor de creixement latent- -transformador 4), Fbln5 (fibulina 5) i Bmp4 (refs6,10,11,92). –95). També expressen alts nivells de Mgp (proteïna Gla de la matriu)6,10, que suprimeix la calcificació vascular probablement mitjançant la inhibició de la senyalització BMP2 i BMP496. D'acord amb el seu paper en la regulació del flux sanguini renal, els cREC de les grans artèries també expressen gens responsables de la regulació de la gasolina com Ace, Edn1 i S1pr1 (refs6,10,97-99) (Fig. 3b).

El lliurament d'oxigen i nutrients i l'eliminació dels productes de rebuig alliberats dins de la paret vascular de les grans artèries i venes es veuen facilitats pel vasa vasora100. Els REC de Vasa vasora no es van identificar en els estudis publicats de REC unicel·lulars de ratolí, probablement perquè els vasos amb un diàmetre de lumen de<0.5mm (the="" diameter="" of="" normal="" vessels="" in="" mice)="" do="" not="" normally="" have="" vasa="">^6,10,11,100. La realització d'aquests estudis en animals més grans o en humans, que tenen vasos renals més grans, pot augmentar la probabilitat de capturar REC de vasa vasora. Actualment no hi ha marcadors descrits per a REC derivats de vasa vasora.

Més enllà del sistema vascular sanguini, l'escorça renal també conté dos conjunts de vasos limfàtics renals. Tots dos s'originen com a capil·lars cecs al lòbul renal des d'on un conjunt segueix les artèries cap a l'hili per connectar el sistema hiliar i capsular i l'altre penetra a la càpsula per unir-se als limfàtics capsulars28,101 (Fig. 1a). Els capil·lars limfàtics renals es poden distingir dels capil·lars dels vasos sanguinis, ja que estan presents principalment a l'interstici, són cecs i no tenen pericits.^28,29. Els capil·lars limfàtics renals consisteixen en LECs d'una sola capa, en forma de "fulla de roure", parcialment superposades28,29, que es poden distingir dels BEC per l'expressió de diversos marcadors.⁶, dels quals els més coneguts són Pdpn (podoplanina)102, el gen que codifica el receptor de hialurona Lyve1 (ref. 103), Flt4 (que codifica VEGFR3)104 i el gen del factor de transcripció Prox1 (ref. 105) (Fig. 3b). . Tot i que aquests marcadors també s'expressen en altres tipus de cèl·lules, es poden utilitzar per distingir entre els dos principals tipus d'EC29. En l'humàronyó, s'ha descrit la podoplanina com el marcador més fiable de LEC^28,29. No obstant això, cap dels dos conegutronyóLes poblacions de LEC s'han identificat en estudis publicats d'ARN-seq unicel·lular^6,10,11, possiblement a causa de la seva pèrdua durant els passos tècnics de processament (per exemple, durant la digestió enzimàtica o la purificació d'EC) i/o perquè representen una fracció d'EC massa petita en comparació amb la població de BEC renals. Per tant, calen estudis addicionals per caracteritzar l'heterogeneïtat de l'endoteli limfàtic renal.

Heterogeneïtat de les cèl·lules endotelials renals medul·lars.El paper principal de la medul·la renal és la concentració d'orina⁹. La disposició anatòmica de la vasa recta i el baix flux sanguini de la medul·la renal (10 per cent del flux sanguini renal total9 ), impedeixen el rentat de soluts, com la urea i el NaCl, creant un gradient d'osmolaritat des de la medul·la externa fins a la papil·la renal. , que és essencial per a la concentració d'orina26,106. Aquest gradient varia segons l'estat d'hidratació106.

L'endoteli medul·lar renal es caracteritza per l'expressió d'Igfbp7 (refs10,11), un marcador urinari deronyólesió que prediu la recuperació renal després d'una lesió renal aguda (AKI)107, i Cd36 (refs10,32), que codifica un receptor carronyable que és responsable de la captació d'àcids grassos de cadena llarga de la circulació108 (Fig. 3c). Per tant, els lípids poden desplaçar-se d'una manera depenent del CD36-a través de l'endoteli medul·lar fins a les cèl·lules intersticials medul·lars, una població de cèl·lules semblants a fibroblasts que es caracteritza per gotes de lípids, l'abundància de les quals es correlaciona amb l'estat de diuresi109. La supressió de Cd36 en ratolins es va associar amb un augment del risc de hipertensió espontània depenent del ronyó^10,110, però va atenuar el desenvolupament deronyófibrosi en resposta a una dieta rica en greixos111 (Fig. 3c), per tant, suggereix un paper protector i patològic del transport de lípids en aquests processos.

Igual que l'endoteli cortical i glomerular, l'endoteli medul·lar renal presenta una àmplia heterogeneïtat intracompartimental.^10,11. El DVR són vasos similars a les arterials que comprenen un endoteli continu envoltat de pericits semblants al múscul llis o VSMC que responen a estímuls vasoactius per controlar el flux sanguini medul·lar renal. D'acord amb el seu fenotip arteriolar, els EC DVR expressen Sox17 (refs10,55), Cldn5 (refs10,55,86,112), Fbln5, Gja4 i Cxcl12 (CXCL12, també coneguda com SDF1, una proteïna de quimiocina). que actua com a lligand per a CXCR4 i CXCR7 expressat per VSMC i pericits)^10,63,113. Els EC DVR també expressen Slc14a1 i Aqp1 que codifiquen el transportador d'urea B (UTB)^10,11,112i el canal d'aigua aquaporina 1 (refs^10,11,55), tots dos necessaris per a la concentració d'orina114,115 (Fig. 3c, d). Aquests EC també expressen Scin, que codifica la cendra en: una proteïna que uneix l'aquaporina 2 en un complex multiproteic en la recollida de cèl·lules epitelials del conducte, presumiblement per facilitar el tràfic d'aquaporina 2116. La coexpressió d'Aqp1 i Scin en EC DVR suggereix una interacció similar a l'endoteli medul·lar¹⁰.

El gradient d'osmolaritat estableix un entorn hostil per a les cèl·lules de la medul·la renal, especialment per a les de la papil·la renal, on l'osmolaritat és més alta (corresponent a una condició d'hiperosmolaritat fisiològica en què l'osmolaritat és més elevada que en el plasma sistèmic)117. Els EC DVR de ratolí es poden separar en dos fenotips principals segons la seva ubicació a la papil·la renal o a la medul·la externa o interna10, i es distingeixen per l'expressió de gens induïts per la hiperosmolaritat i de gens reguladors de la vasotona10 (Fig. 3c). Els EC DVR de la papil·la renal expressen gens sensibles a la hiperosmolaritat, inclosos els gens diana del factor de transcripció induïble per la hiperosmolaritat NFAT5, com S100a4 i S100a6 (refs10,118), mentre que els EC DVR de la medul·la interna i externa mostren una expressió enriquida que codifica Hpcodeg. un enzim important implicat en el catabolisme de les prostaglandines vasoactives, Edn1, que codifica l'endotelina vasoconstrictora 1, i Adipor2, que codifica un receptor per a l'adiponectina que indueix efectes vasodilatadors119,120 (Fig. 3c). Aquest patró d'expressió és coherent amb la presència més destacada de pericits semblants al múscul llis a la porció medul·lar externa del DVR i, per tant, la major resposta d'aquesta regió als factors vasoactius, en comparació amb les parts més baixes del DVR9,121.

A diferència del DVR, els AVR són vasos venosos fenestrats (Fig. 3d). Aquests vasos reabsorbeixen l'aigua de l'interstici medul·lar renal que s'acumula durant la concentració d'orina pels conductes col·lectors, el bucle de Henle i el DVR, recollint-la de nou a la circulació general d'una manera semblant a la funció dels vasos limfàtics30. D'acord amb aquest paper, els EC AVR expressen el factor de transcripció venosa Nr2f2 (refs10,11,64) i Plvap, probablement per mantenir el seu paper en la reabsorció d'aigua.^10,11,47,122(Fig. 3c). Els EC AVR també expressen Tek, que codifiquen el receptor Tie2 de l'angiopoietina, que és necessari per a la formació d'AVR durant el desenvolupament. La supressió de Tek en ratolins provoca l'acumulació ràpida de líquid i quists a l'interstici medul·lar i la pèrdua de feixos vasculars medul·lars i provoca una disminució de la capacitat de concentració de l'orina.³⁰.

De manera similar a la DVR, l'AVR es pot separar en dues poblacions d'EC transcriptòmicament diferents situades a la papil·la i a la medul·la externa i interna. Els de la papil·la es caracteritzen per l'expressió de gens sensibles a la hiperosmolaritat (Cryab, Fxyd2 i Cd9 (refs10,123,124)), gens glicolítics (Ldha, Aldoa i Gapdh10,125,126) i Car2, que codifica l'anhidrase carbònica2. , l'absència de la qual perjudica la concentració d'orina i desencadena poliúria en ratolins127 (Fig. 3c). Els EC AVR papil·lars expressen específicament el gen Fxyd2 que codifica la subunitat de Na més / K més ATPasa, mentre que un gen alternatiu de codificació de subunitats Fxyd6 està regulat a l'alça en els EC AVR a la medul·la externa i interna.¹⁰ (Fig. 3c).

Les parts papil·lars de l'AVR i el DVR mostren perfils d'expressió gènica diferents, però comparteixen l'expressió de diversos gens sensibles a la hiperosmolaritat, inclòs Akr1b3, que codifica l'aldosa reductasa, l'enzim limitador de la velocitat de la via del poliol que és responsable de la conversió de glucosa en glucosa. sorbitol, un osmòlit orgànic inert que és important per al manteniment del volum cel·lular en condicions d'hiperosmolaritat117. També expressen S100a6, així com altres gens, com ara Fxyd5 (que codifica una altra subunitat Na més /K més ATPasa), Nrgn (que codifica la proteïna que s'uneix a la calmodulina neurogranina) i Crip1 (que codifica la proteïna 1 rica en cisteïna) 10.118, que podria estar relacionat amb l'entorn hiperosmòtic (Fig. 3c).

El plexe capil·lar medul·lar renal, que connecta el DVR i l'AVR (Fig. 3a), es caracteritza per un endoteli fenestrat positiu per Plvap i l'expressió endotelial enriquida de gens que codifiquen receptors de VEGF, com ara Kdr, Flt1 i Nrp1, també com a gens implicats en el transport i el metabolisme dels àcids grassos (Cd36 i Plpp3)10 (Fig. 3c). Els mREC també inclouen EC de vènules postcapil·lars, així com poblacions d'EC angiogèniques i activades per interferó, similars als capil·lars de l'escorça renal10.

Heterogeneïtat de REC i malaltia renal

En condicions fisiològiques, l'endoteli està quiesc, un estat que es manté en gran part mitjançant la nitrosilació S de proteïnes i factors de transcripció per NO128,129 derivat d'eNOS. L'activitat de l'eNOS en si està regulada per l'esforç de cisalla¹³⁰i metabòlits intracel·lulars, com el substrat eNOS, l-arginina, i el seu cofactor, tetrahidrobiopterina¹³¹. En condicions particulars, per exemple, en resposta a la infecció, aquest estat de quiença es pot desactivar, induint l'activació d'EC i el reclutament de cèl·lules immunitàries. La senyalització redox i, en particular, el desacoblament de l'enzim eNOS que resulta en la producció de superòxid en lloc de NO és fonamental per a aquest procés d'activació. El desacoblament d'eNOS posa en marxa una cascada que condueix a la remodelació de la capa superficial endotelial i indueix l'expressió de receptors que poden interactuar amb plaquetes i cèl·lules immunitàries.¹³². Tot i que l'activació endotelial forma part del sistema de defensa de l'hoste, aquesta maquinària molecular es pot activar de manera inadequada en condicions de malaltia com ara malalties autoimmunes o en el context de factors de risc cardiovascular o infecció. Cal destacar que hi ha heterogeneïtat en la resposta dels REC a senyals nocius¹³³. Per exemple, en la síndrome urèmica hemolítica atípica, les mutacions del factor H inhibidor del complement s'associen amb una unió reduïda del factor H al sulfat d'heparan endotelial glomerular134, induint així una microangiopatia trombòtica glomerular. Un altre exemple és el rebuig crònic de l'al·loempelt humoral en què els capil·lars peritubulars semblen ser l'objectiu principal de la lesió.¹³⁵; la pèrdua associada de la xarxa capil·lar peritubular prediu l'aparició deronyófracàs 136. En el context de la pandèmia de COVID-19, cal destacar que l'IRA s'observa freqüentment en pacients amb malaltia greu (que afecta fins al 50% dels pacients a les unitats de cures intensives).¹³⁷, en els quals la disfunció generalitzada de la CE podria promoure l'escalada de la malaltia com a resultat de la fuita vascular, la coagulopatia i la inflamació exacerbada^138,139.

A més de l'heterogeneïtat en la resposta d'activació endotelial, la resposta dels REC a les indicacions ambientals de la circulació pot ser específica del lloc. Per exemple, els gREC de pacients amb diabetis mellitus tipus 1 demostren una resposta angiogènica desregulada que resulta en creixement glomerular i podocitopatia secundària.^140,141. En lesions isquèmiques, en els capil·lars peritubulars, en particular, l'activació endotelial i la desaparició de les EC donen lloc a l'anomenat fenomen "no-reflow", pel qual la perfusió no es restaura fins i tot després de la restauració de la permeabilitat, donant lloc a lesions de cèl·lules epitelials tubulars i AKI.¹⁴². La patologia clínica induïda per l'activació de REC es discuteix amb detall en altres llocs.

L'aparició de tècniques d'alta resolució com l'ARN-seq unicel·lular ha proporcionat noves idees sobre la regulació molecular de l'heterogeneïtat fenotípica endotelial i els processos implicats enronyólesió. Diversos estudis durant els últims anys, del nostre grup i d'altres, han avançat el concepte que l'heterogeneïtat endotelial està interrelacionada amb el metabolisme intracel·lular.^{3,6,10,143–145}. Tal com es descriu a continuació, els diferents microambients als quals estan exposats els REC ajuden a establir tant la seva diversitat fenotípica com l'especialització metabòlica.

Especialització metabòlica dels REC

Les EC presenten un metabolisme actiu fins i tot quan estan quiescents per mantenir processos com la producció d'energia, la síntesi de biomassa i l'homeòstasi redox, que són necessaris per al manteniment de la integritat de la barrera vascular, la funció vasoreguladora, el transport de soluts i la inhibició de la trombosi i la inflamació vascular. Per exemple, els EC quiescents mantenen alts nivells de FAO, que ajuda a mantenir la integritat de la barrera vascular en part mitjançant la regeneració de NADPH, que proporciona protecció contra les espècies reactives d'oxigen (ROS)146. D'acord amb aquest paper, la inhibició de la FAO a les EC augmenta l'estrès oxidatiu, la permeabilitat de la barrera endotelial, la infiltració de leucòcits146 i la transició d'endotelial a mesenquimal.¹⁴⁷, cosa que suggereix que la FAO és necessària per al manteniment de la funció endotelial i el fenotip. Els REC mostren diferents perfils metabòlics i transcriptomes als EC aïllats d'altres òrgans en ratolins^3,6. En particular, es caracteritzen per la regulació positiva dels gens implicats en la biosíntesi d'aminoàcids i pirimidines, així com en el metabolisme de la glucosa.⁶. A més, alguns gens metabòlics s'enriqueixen selectivament en EC arterials, capil·lars o venoses, cosa que indica l'heterogeneïtat metabòlica intraorgànica.⁶. Com es comenta a continuació, les diferents condicions microambientals a les quals estan exposades diferents poblacions de REC també poden afectar els seus perfils metabòlics i donar suport a l'heterogeneïtat fenotípica de REC, així com a la seva resposta als estímuls de la malaltia.

Respostes REC als canvis en la tensió d'oxigen

Encara queronyonsSón els òrgans més perfusos del cos, menys del 10% de l'oxigen circulant es consumeix durant el pas de la sang a través delronyons¹⁴⁸. Elronyóla medul·la està exposada a una tensió baixa d'oxigen, amb una pO2 de 10-20 mmHg (hipòxia) en comparació amb 50 mmHg a l'escorça renal117 (Fig. 4a). El gradient d'oxigen que segueix l'eix corticopapil·lar és la conseqüència de diversos factors, inclòs una derivació d'oxigen arteriovenosa que resulta de la disposició paral·lela de l'AVR i el DVR a la medul·la, el flux sanguini limitat cap a i dins de la medul·la per minimitzar el rentat de soluts. , i l'ús de la fosforilació oxidativa per produir els alts nivells d'energia necessaris perquè la Na més /K més ATPasa reabsorbeixi Na plus i permeti el bon funcionament d'altres transportadors de soluts de la membrana cel·lular117. Així, la hipòxia és inherent al mecanisme de concentració d'orina de la medul·la^10,117.

També es requereix per adequatronyódesenvolupament149. No obstant això, la hipòxia pot ser perjudicial i es considera una causa important d'AKI150 i un factor de risc per a la malaltia renal crònica (ERC)151 (Fig. 4a). La hipòxia renal pot derivar d'esdeveniments isquèmics, com els que poden ocórrer durant el trasplantament de ronyó o com a resultat d'una perfusió renal anormal a causa de la rarefacció capil·lar peritubular, lesió glomerular, aterosclerosi, desregulació del to vascular arterial, anèmia i alteració de la difusió de l'oxigen a causa de la fibrosi152. Fig. 4a). Dins del sistema vascular, l'exposició a curt termini a la hipòxia provoca una modulació reversible del to vascular i del flux sanguini, mentre que l'exposició a llarg termini provoca una remodelació irreversible de la vasculatura i dels teixits circumdants amb proliferació de VSMC i fibrosi.¹⁵³. La resposta cel·lular a la hipòxia depèn de la inactivació de les oxigenases dependents de Fe2 més i de les oxigenases dependents de l'2-oxoglutarat (2-OG)152, i de la posterior activació del factor de transcripció induït per la hipòxia (HIF) Vies independents de HIF. L'exposició a la hipòxia desencadena l'activació tant de HIF1 com de HIF2 a ECs154 (Fig. 4b). En elronyó, les REC expressen àmpliament HIF2 en cas d'hipòxia, mentre que l'expressió de proteïnes de HIF1 es limita a les mREC a la papil·la155-157, on probablement estimula la glucòlisi (Fig. 4b). L'activació de HIF2 a les REC, en general, media la protecció i la recuperació de la lesió renal isquèmica promovent l'eritropoesi i suprimint la inflamació renal, la rarefacció capil·lar i la fibrosi156 (Fig. 4b). Exposició de les REC a la hipòxia en el context deronyóPer tant, la malaltia podria induir respostes diferents en els gREC i cREC que en els mREC. Per exemple, la hipòxia afavoreix la proliferació i migració depenent de l'HIF1 -de CE cultivades158,159; tanmateix, en condicions no confluents, els gREC cultivats pateixen apoptosi dependent dels mitocondris després de l'exposició a la hipòxia155,160,161, cosa que suggereix una inadaptació dels gREC a la hipòxia. Tot i que els gREC semblen ser bastant resistents a la hipòxia in vivo, probablement a causa de l'efecte paracrí del VEGF161 derivat dels podòcits, la hipòxia pot induir una pèrdua progressiva de les proteïnes d'unió estreta occludina i ZO-1 en gREC en un HIF{{{{ 11}}manera dependent, augmentant finalment la permeabilitat de la barrera endotelial162. Se sap poc sobre la resposta dels mREC a la hipòxia. Els mREC de l'AVR i el DVR, en particular, estan exposats a una tensió baixa d'oxigen a la papil·la en condicions fisiològiques, i el reguló Epas1 (que codifica HIF2) està regulat a l'alça en els mREC després de la privació d'aigua, probablement en resposta a un augment de la hipòxia provocat per la procés de concentració d'orina¹⁰.

Adaptació metabòlica de les EC als canvis en la tensió d'oxigen.En condicions normoxiques, els EC depenen principalment de la glucòlisi per a la producció d'ATP en lloc de la fosforilació oxidativa mitocondrial163. En resposta a la hipòxia, aquestes respostes metabòliques s'agreugen, amb una millora addicional de la glucòlisi i la supressió de la respiració mitocondrial (Fig. 4b), explicant per què els EC es resisteixen a la hipòxia mentre la glucosa estigui disponible164. Després de l'exposició a hipòxia aguda, com un esdeveniment isquèmic, els EC mostren un augment ràpid de les ROS mitocondrials i/o derivades de la NAD(P)H oxidasa, que estabilitza HIF1 i permet un flux glicolític més alt164, respostes que són coherents amb un HIF {{6} }}regulació a l'alça induïda del metabolisme de la glucosa i regulació a la baixa de l'activitat mitocondrial^164,165 (Fig. 4b). A més, les anàlisis de les vies metabòliques dels EC exposats a la hipòxia crònica, com la que es pot produir a la medul·la o en el context de la CKD, van revelar una regulació a l'alça depenent de HIF2 -de gens glicolítics.¹⁶⁶. Curiosament, alguns gens glicolítics com Eno1 i Aldoa, que codifiquen els enzims enolasa 1 i aldolasa A necessaris per produir ATP i piruvat a partir de la glucosa, es van regular en major mesura en els mREC que en els cREC i gREC10. Més concretament, els mREC de la porció papil·lar de l'AVR, que és la part del llit vascular renal que està més exposada a la hipòxia, van mostrar la més alta expressió dels gens glicolítics Aldoa, Ldha i Gapdh entre tots els mREC en ratolins10. Així, els mREC papil·lars podrien demostrar un flux glicolític anaeròbic més alt que altres REC com a resultat del seu microentorn hipòxic. De la mateixa manera, les cèl·lules epitelials medul·lars tenen una capacitat més gran de producció d'ATP glicolític anaeròbic que les cèl·lules tubulars proximals.¹¹⁷. Els mREC també regulen a l'alça diversos gens glicolítics després de la privació d'aigua, alhora que l'augment de l'activitat HIF2 esmentada anteriorment.¹⁰.

A les EC, HIF2 es regula en part després de l'activació de la sirtuïna 3 de la desacetilasa dependent de NAD mitocondrial més (SIRT3) (ref. 167) (Fig. 4b). La pèrdua de SIRT3 perjudica la senyalització hipòxica a les EC i provoca una angiogènesi defectuosa i una disfunció microvascular, secundària a un canvi metabòlic de la glucòlisi independent de l'oxigen a la respiració mitocondrial. Aquest canvi metabòlic s'associa amb una disminució de l'expressió de la 6-fosfofructo-2-quinasa (PFKFB3), un enzim que actua com a regulador positiu de la glucòlisi i la formació de ROS.¹⁶⁷(Fig. 4b). Després de la hipòxia, SIRT3 regula els enzims antioxidants mitocondrials d'una manera que depèn de FOXO3 (ref.¹⁶⁸) - un factor de transcripció que també està regulat per HIF1¹⁶⁹ (Fig. 4b). Curiosament, la via antioxidant SIRT3-FOXO3 està operativa a les gREC, evitant la transició d'endotelial a mesenquimal ironyófibrosi en un model animal d'hipertensió induïda per angiotensina II¹⁷⁰(Fig. 4b). Els enfocaments farmacològics que augmenten SIRT3 també limiten l'IRA induïda pel cisplatí protegint-se de lesions tubulars i millorantronyófunció¹⁷¹. Per contra, els ratolins Sirt3-knockout presenten un AKI més greu, tot i que no s'ha determinat la contribució dels REC a aquests efectes.¹⁷¹. Queda per determinar si aquesta via antioxidant SIRT3-FOXO3 també està implicada en la resposta fisiològica dels mREC a la hipòxia a la medul·la.

El metabolisme dels àcids grassos també es veu afectat per la disponibilitat d'oxigen, ja que la hipòxia desencadena un augment de l'expressió i l'activitat de la sintasa d'àcids grassos (FAS), un enzim clau que controla la velocitat de la via de la biosíntesi d'àcids grassos, donant lloc a una reducció del malonil. - Pool de CoA i un augment dels nivells de palmitat en ECs172 (Fig. 4b). En les EC de l'artèria pulmonar humana, la inhibició del FAS condueix a un deteriorament de l'estabilització de HIF1 i els canvis posteriors mediats per HIF1 -en el transport i el metabolisme de la glucosa i a la restauració de la funció eNOS, cosa que suggereix que la inhibició de la síntesi d'àcids grassos pot ser beneficiosa. per a la funció EC en hipòxia¹⁷²(Fig. 4b). En elronyó, Fans, que codifica FAS, es va regular en un model experimental d'insuficiència renal crònica i va contribuir a la hipertrigliceridèmia.¹⁷³. També es va observar una regulació positiva dels ventiladors i altres gens sensibles a la hipòxiaronyócòrtex d'un model de ratolí d'anèmia falciforme que presentava danys glomerulars i tubulars progressius¹⁷⁴. L'alteració del metabolisme dels lípids és una característica de la ERC proteïnúrica i les proves tant clíniques com experimentals donen suport a la idea que el metabolisme lipídic alterat pot contribuir a la patogènesi i la progressió de la malaltia renal.¹⁷⁵. No obstant això, el paper dels REC en el metabolisme desregulat dels àcids grassos en el context deronyómalaltiaqueda per aclarir més.

La hipòxia també indueix la regulació positiva de l'arginasa II d'una manera que depèn de l'activació de HIF2¹⁷⁶o HIF1¹⁷⁷, i disminueix la síntesi i el transport del seu substrat, l'arginina, a les EC^178,179(Fig. 4b). L'arginasa II és un metaloenzim que s'expressa especialment en laronyonsi catalitza la hidròlisi de l-arginina en urea i l-ornitina. L'augment de l'activitat de l'arginasa II redueix la biodisponibilitat de l'arginina, la qual cosa esmorteeix l'activitat d'eNOS, disminueix la producció de NO endotelial i provoca el desacoblament d'eNOS, que finalment condueix a la producció de ROS i estrès nitrosatiu.¹⁷⁶. Aquests passos són crítics per promoure la disfunció endotelial, la malaltia renal diabètica ironyóinflamació en el context de l'obesitat induïda per la dieta^180,181. En condicions fisiològiques, l'arginasa II s'expressa principalment a la medul·la externa, cosa que suggereix que aquesta adaptació metabòlica probablement no es produeix als mRECs més exposats a la hipòxia.¹⁸¹.

Finalment, l'exposició dels mREC papil·lars a la hipòxia aguda provoca l'alliberament de purines i ATP, juntament amb UTP i UDP, a l'espai extracel·lular.^182–184. L'ATP activa els receptors P2Y endotelials, donant lloc a la producció de NO, vasodilatació i augment de la perfusió dels teixits.¹⁸⁵. L'ATP també forma adenosina després del metabolisme de l'ATP per part dels ectoenzims^185,186. És important destacar que la hipòxia desencadena una regulació a l'alça depenent d'HIF2 -del receptor d'adenosina A2a (codificada per ADORA2A) a les EC^187,188, l'activació de la qual augmenta la síntesi de proteïnes HIF1, promovent encara més l'expressió del gen glicolític i el flux glicolític¹⁸⁷(Fig. 4b). En la majoria dels casos, l'activació dels receptors A2a i A2b expressats per EC i VSMC media els efectes vasodilatadors de l'adenosina alliberada durant la hipòxia185. En elronyó, diferents receptors d'adenosina estan presents a les diferents parts de la vasculatura¹⁸⁹i l'ATP extracel·lular i l'adenosina exerceixen un paper clau en la regulació de l'hemodinàmica renal i la microcirculació.^185,190. A la medul·la, l'adenosina es produeix a l'extremitat ascendent gruixuda medul·lar del bucle de Henle (TALH) després de l'estrès oxidatiu.¹⁹¹i actua com a vasodilatador, induint un augment del flux sanguini medul·lar mitjançant un mecanisme que pot implicar mREC DVR.¹⁹². Tanmateix, contràriament als seus efectes en la majoria dels altres vasos, l'activació mediada per l'adenosina dels receptors A2a, que s'expressen particularment a les arterioles aferents, desencadena la vasoconstricció de la vasculatura renal, afectant així el flux sanguini renal i la filtració glomerular.^185,193. Cal destacar que s'ha identificat un paper dels receptors purinèrgics en la progressió de la CKD¹⁹⁴.