Part 2 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

Feu clic aquí per a la part 1

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 deronyólesiói malalties, en part com a conseqüència dels canvis en el microambient.

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

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

Les respostes REC als canvis en l'esforç de cisalla EC estan constantment exposades a una força d'estirament induïda per la pulsatilitat del flux sanguini i una força de fricció paral·lela a la paret del vas, l'estrès de cisalla del fluid.¹⁹⁵. Aquestes cèl·lules estan equipades per detectar aquestes forces i per transduir-les en senyals bioquímics que poden afectar l'homeòstasi dels vasos mitjançant la regulació del to vascular i la remodelació de l'EC, que ajusta el flux sanguini per satisfer els requisits dels teixits195. Curiosament, els EC de diferents parts del llit vascular estan exposats a tipus de flux específics i responen en conseqüència195 (Fig. 5a). A les artèries i les arterioles, el flux sanguini és altament pulsatori, mentre que als capil·lars és de magnitud similar però menys pulsatori, i a les vènules i venes el flux sanguini és d'entre tres i deu vegades més baix i la pulsatilitat és mínima195. En elronyó, the vasculature of the cortex receives >94 per cent del flux sanguini renal¹⁹⁶suggereix que la vasculatura medul·lar està exposada a un entorn d'estrès de cisalla relativament baix. Per contra, els gREC estan exposats a un entorn d'esforç de cisalla relativament alt (estimat que és d'1 dyn/cm2 fins a 95 dyn/cm2), com a resultat del flux sanguini i la pressió elevats combinats amb l'augment de la viscositat de la sang com a resultat de la filtració. procés197 (Fig. 5b). L'exposició de gREC a l'estrès de cisalla és fonamental, ja que impedeix l'agregació plaquetària, en part induint el desplegament conformacional de la glicoproteïna sanguínia del factor von Willebrand (vWF) que millora la seva susceptibilitat a la divisió per la metaloproteasa ADAMTS13.^198,199. La importància d'aquest fenomen per a la salut de gREC es demostra pel fenotip protrombòtic observat en la síndrome urèmica hemolítica associada a la toxina Shiga. La toxina Shiga afavoreix la secreció de vWF per part dels gRECs i la formació de multimers de vWF ultra grans que són resistents a la divisió per ADAMTS13 i indueixen microangiopatia trombòtica als glomèruls i elsronyómicrovasculatura200, que finalment condueix a AKI. En la púrpura trombocitopènica trombòtica, la baixa activitat d'ADAMTS13 dóna com a resultat un resultat similar.¹⁹⁹.

La importància de l'estrès de cisalla també s'il·lustra amb el desenvolupament de lesions ateroscleròtiques a les artèries renals, que poden provocar estenosi de l'artèria renal, la principal causa d'hipertensió secundària201,202. Aquestes lesions es desenvolupen en regions d'ateroprona de les artèries i arterioles que estan exposades a un esforç de cisalla laminar més baix que altres regions, com les regions de bifurcació arterial, on el flux sanguini normalment es veu alterat201 (Fig. 5c).

Efectes de l'esforç de tall laminar sobre els EC.L'estrès de cisalla laminar indueix la regulació positiva dels factors de transcripció Krüppel-like factor 2 (KLF2) i KLF4 en EC, en part mitjançant l'alliberament d'ATP i la posterior activació dels receptors purinèrgics P2X4203, i en part mitjançant l'activació de la senyalització MEK5–ERK5–MEF2. camí^204,205(Fig. 5d). En elronyó, Klf2 i Klf4 juntament amb el gen objectiu KLF4, Thbd (que codifica la trombomodulina), s'ha informat que són marcadors de gREC derivats de les arterioles eferents en ratolins adults.^10,11(Fig. 3b). La ubicació d'aquests marcadors sensibles al flux és coherent amb el fet que els REC situats al lloc de sortida immediata dels glomèruls estan exposats a un alt esforç de cisalla laminar, potencialment relacionat amb l'alta viscositat de la sang d'aquesta regió. La regulació i l'activació de KLF2 medien la quiescència de l'EC, caracteritzada per un augment de l'expressió de VE-cadherina i -catenina per ajudar al manteniment d'una barrera vascular estreta206, l'alineació de les EC en la direcció del flux207, la inhibició de la inflamació i el manteniment. d'un fenotip anti-aterogènic, una regulació positiva dels antioxidants i una disminució del to vascular secundària a la producció endotelial de NO i prostaciclines208-210 (Fig. 5d). L'activació de KLF2 en gREC els va protegir contra lesions i progressió de la malaltia en models animals d'ERC.^211,212. En conseqüència, KLF2 es regula a l'endoteli glomerular en resposta a l'estrès de cisalla in vitro, on promou un fenotip anticoagulant i antiinflamatori i desencadena una disminució depenent de l'endotelial de la resistència a la barrera dels podòcits, necessària per a una funció de filtració adequada204. La regulació de gREC KLF2 secundària a la hiperfiltració glomerular va conferir protecció contra la disfunció de l'EC i va atenuar la progressió de la CKD en un model de nefrectomia unilateral212. Per contra, la pèrdua de KLF2 endotelial va exacerbar la hipertròfia glomerular i la proteinúria en un model d'estreptozotocina induïda.diabèticronyómalaltia²¹¹. L'endotelial KLF4 també és renoprotector en AKI213. La pèrdua específica de l'EC de KLF4 va exacerbar la lesió renal en un model d'IRA isquèmica mitjançant la promoció de l'adquisició d'EC d'un fenotip proinflamatori²¹³. Tanmateix, val la pena assenyalar que KLF2 i KLF4 tenen funcions específiques del context a l'endoteli214. Per exemple, poden promoure l'activació d'EC i la formació de lesions que condueixen a malformacions cavernoses cerebrals en desenvolupament.^214,215.

L'exposició a l'estrès de cisalla laminar redueix la captació de glucosa²¹⁶i estimula la biogènesi mitocondrial en EC^217–219. L'activació de KLF2 regula a la baixa l'expressió de PFKFB3 juntament amb la d'altres gens glicolítics com HK2 (que codifica l'hexocinasa 2) i PFK1 (que codifica la fosfofructocinasa 1 (PFK1)), donant lloc a una disminució de la glicòlisi216 i el transport dels intermediaris glicòtics primerencs disponibles. a la via biosintètica de l'hexosamina i l'àcid glucurònic per a la síntesi d'UDP-GlcUA i UDP-GlcNAc, respectivament, que són els substrats limitants de la hialurona sintasa (HAS2)^{133,220–222}. KLF2 també indueix l'expressió i translocació de membrana de HAS2 i la consegüent síntesi del component glicocàlix hialuronà^133,222. Així, els EC exposats al flux laminar mostren un glicocàlix molt més gruixut que els EC exposats al flux pertorbat133 (Fig. 5d, e). La supressió específica de l'EC de Has2 té efectes profunds sobre elronyó, inclosa la deterioració de l'estructura del glicocàlix dels gREC capil·lars, la interrupció de les fenestracions endotelials glomerulars40, albumínúria indicativa de disfunció de la barrera de filtració, senyalització alterada de l'angiopoietina 1 depenent del glicocàlix i estructures anormals dels podòcits com a resultat d'un EC creuat-podòcit anormal, rarefacció capil·lar i glomeruloesclerosi⁴⁰.

La respiració mitocondrial i la generació d'ATP també augmenten en els CE sota flux unidireccional en comparació amb els exposats a flux pertorbat223,224. El bloqueig de la generació d'ATP mitocondrial inhibeix l'alliberament d'ATP induït per l'estrès de cisalla, mentre que, en canvi, la inhibició de la glucòlisi no té cap efecte, cosa que suggereix que la respiració mitocondrial EC és necessària per a l'activació del receptor purinèrgic, que al seu torn indueix l'expressió de KLF2 en resposta a l'estrès de cisalla.^203,218,224. A més, la biogènesi mitocondrial es regula en resposta a l'estrès de cisalla, a causa de l'activació d'una cascada de senyalització SIRT1–PGC1a– TFAM217,219, mentre que l'expressió de gens antioxidants, com l'hemoxigenasa 1 i la glutaredoxina 1, s'incrementa per protegir les EC de ROS225.226 (Fig. 5d). La inhibició de la cadena de transport d'electrons en els EC exposats al flux laminar va provocar una inflamació de l'EC, cosa que suggereix que la respiració mitocondrial impedeix l'activació de l'EC.²²³. En elronyó, l'activació del receptor 5-HT1F per estimular la biogènesi mitocondrial en REC pot reduir la rarefacció vascular i promoure la recuperació de lesions, tal com s'ha demostrat en un model d'AKI227.

KLF4 també indueix la regulació a l'alça de la colesterol-25- hidroxilasa (CH25H) i del receptor X hepàtic després de l'exposició a un estrès de cisalla pulsàtil ateroprotector²²⁸. CH25H catalitza la producció d'25-hidroxicolesterol, que impedeix l'activació de la proteïna 2 d'unió a l'element regulador de l'esterol (SREBP2), un mediador important en la resposta de l'EC al flux sanguini alterat (vegeu a continuació)229.230. Per tant, la modulació de l'expressió i l'activació de KLF2 i KLF4 per estrès de cisalla laminar i les seves consegüents respostes metabòliques poden tenir un paper crític en el manteniment de la quiescència REC i la filtració glomerular (Fig. 5d).

Efectes del flux sanguini alterat sobre les EC.Els EC exposats a un flux sanguini alterat, com ara bifurcacions o curvatures arterials, s'activen i presenten un fenotip proinflamatori i aterogènic231 (Fig. 5e). Així, l'activació de REC arteriolars arterials i aferents localitzades en aquestes regions d'ateroprona podria promoure el desenvolupament d'estenosi de l'artèria renal ateroscleròtica.

L'expressió de KLF4 es reprimeix per un flux sanguini alterat, amb l'augment de la metilació de la regió promotora de KLF4 que impedeix la unió a MEF2 i la posterior transcripció de KLF4.²³². A més, el microARN (miR)-92a, que s'indueix a les regions d'ateroprona en resposta a un baix estrès de cisalla, reprimeix l'expressió endotelial de KLF2, KLF4 i SIRT1 i regula a la baixa la fosfatasa d'àcid fosfatídic tipus 2B (PPAP2B)216,233,234. En condicions d'estrès de cisalla laminar normal, PPAP2B desfosforila l'àcid lisofosfatídic (LPA) circulant, impedint la seva unió al receptor LPAR1, que d'altra manera indueix una senyalització proinflamatòria233 (Fig. 5e). La pèrdua endotelial de PPAP2B condueix a una inflamació local i sistèmica exacerbada associada a un augment de la permeabilitat endotelial235. La senyalització LPA està implicadaronyómalaltia mitjançant la inducció de ROS, citocines inflamatòries i fibrosi236

L'exposició endotelial a una tensió de cisalla baixa i un flux alterat indueix l'expressió d'enzims glicolítics i de la piruvat deshidrogenasa cinasa 1 (PDK1), desacoblant així la glucòlisi del metabolisme mitocondrial i disminuint la respiració mitocondrial en els CE.^223,237(Fig. 5e). Mecànicament, el flux alterat indueix la producció de ROS derivat de la NAD(P)H oxidasa 4 (NOX4) i activa NF-κB, donant lloc a la regulació i estabilització de HIF1 evitant la seva degradació.^223,237. L'activació de la via NF-κB s'ha relacionat amb l'activitat de l'heparinasa i la consegüent degradació del glicocàlix^238.D'acord amb aquestes troballes, l'activació de NF-κB està reprimida per l'estrès crònic de cisalla a l'endoteli glomerular239. L'activació de HIF1 en resposta al flux alterat millora la proliferació arterial de l'EC i l'expressió de marcadors inflamatoris, mentre que la inhibició de la glucòlisi impedeix aquestes respostes223,237. A més, l'activació de la fosforilació oxidativa mitocondrial impedeix el fenotip proinflamatori induït pel flux alterat a les EC arterials.²²³.

Les alteracions de la tensió de cisalla baixa també indueixen l'activació dels factors de transcripció proinflamatoris YAP i TAZ, mentre que l'estrès de cisalla laminar els inhibeix de manera dependent de la integrina.^240,241. L'activació de YAP i TAZ modula el metabolisme de l'EC estimulant la glucòlisi i l'activitat mitocondrial d'una manera dependent de MYC²⁴², i regulant la glutaminòlisi²⁴³. Per contra, l'enzim glicolític PFK1 estimula l'activitat YAP i TAZ en un bucle de retroalimentació positiva244. YAP i TAZ són mecanoreguladors de la via de senyalització TGF –SMADronyó. S'ha demostrat que promouen la fibrosi renal en un model experimental d'obstrucció ureteral unilateral, tot i que s'ha investigat poc el paper de les REC en aquesta resposta fibròtica com a resultat de la transició endotelial a mesenquimal.^245,246

Curiosament, els EC exposats a un flux sanguini alterat també mostren l'activació de SREBP2, que regula a l'alça els gens implicats en la síntesi de colesterol, inclòs l'enzim limitador de la velocitat de la via del mevalonat HMG-CoA reductasa (Fig. 5e) i disminueix l'eflux de colesterol.^230,247, augmentant el nivell intracel·lular de colesterol en EC^230,247. Curiosament, la inhibició de la HMG-CoA reductasa per part de les estatines indueix un augment endotelial de l'expressió de KLF2 i redueix la senyalització proinflamatòria per NF-κB, HIF1 i YAP-TAZ, induint així una resposta semblant a l'EC al flux laminar.^241,248,249. A més, l'activació de SREBP2 afavoreix la transcripció de miR-92a, regula l'expressió de NOX2, que indueix la producció de ROS i augmenta l'expressió de l'inflamsoma NLRP3, promovent finalment la inflamació endotelial i l'aterosclerosi216,230. Així, SREBP2 pot ser un dels motors clau en la resposta endotelial arterial renal i arteriolar aferent a un flux alterat.

Respostes REC als canvis en l'osmolaritat

Elronyonspot produir orina d'osmolaritat molt variable segons l'estat d'hidratació. El multiplicador a contracorrent del bucle de Henle genera un gradient d'osmolaritat medul·lar que subjau al mecanisme de concentració de l'orina i determina l'osmolaritat final de l'orina. Breument, el TALH, un segment de túbul que és majoritàriament impermeable a l'aigua, transporta activament NaCl des del filtrat fins a l'interstici medul·lar, establint una diferència d'osmolalitat de 20 mOsm/kg H2O a través del flux ascendent i descendent.²⁵⁰ (Fig. 6a). Com a resposta osmòtica, l'aigua es reabsorbeix a través de la prima extremitat descendent de Henle (TDLH), augmentant així l'osmolaritat del filtrat250. A mesura que aquest filtrat avança des del TDLH al TALH, la reabsorció activa de NaCl per part del TALH restableix la diferència d'osmolalitat de 20 mOsm/kg H2O entre el TALH i l'interstici, augmentant encara més l'osmolaritat de l'interstici medul·lar250. La multiplicació d'aquestes petites diferències d'osmolalitat entre els fluxos a contracorrent condueix a un gran gradient d'osmolalitat corticomedul·lar (un multiplicador a contracorrent)²⁵⁰. A nivell de la vasa recta, l'eflux d'aigua facilitat per les aquaporines es produeix paral·lelament a la reabsorció d'urea i NaCl dins del DVR, impulsat per la diferència entre la sang i l'osmolaritat medul·lar, donant lloc a un augment de l'osmolaritat de la sang cap a la papil·la.²⁵⁰(Fig. 6a). Per contra, l'AVR altament fenestrat reabsorbeix l'aigua medul·lar i allibera NaCl a l'interstici, ja que la sang que prové de la papil·la és de més osmolaritat que l'interstici medul·lar.²⁵⁰(Fig. 6a). Aquest intercanvi a contracorrent entre el DVR i l'AVR manté el gradient d'osmolaritat medul·lar creat pel sistema multiplicador a contracorrent (Fig. 6a). L'elevada osmolaritat de la medul·la també està sostinguda pels conductes col·lectors, que exporten activament la urea dins de l'interstici medul·lar intern mentre concentren l'orina segons el gradient d'osmolaritat medul·lar mitjançant el transport d'aigua facilitat per l'aquaporina. Com a conseqüència, les cèl·lules medul·lars, incloses les mREC, estan exposades a nivells extrems d'hiperosmolaritat, especialment en condicions de deshidratació en què l'osmolalitat pot augmentar fins a 1.400 mOsm/kg en humans.²⁵⁰(Fig. 6a). Tal com es descriu a continuació, l'evidència disponible suggereix que els mREC s'han adaptat a aquestes condicions extremes activant mecanismes de protecció i desenvolupant un perfil metabòlic específic10. Cal destacar que altres (R)EC poden estar exposats a condicions hiperosmolars com a conseqüència de la hiperglucèmia en el context de la diabetis mellitus.²⁵¹.

La resposta de les EC a les condicions d'hiperosmolaritat s'ha investigat poc, amb la major part de la investigació en aquest camp centrada en les cèl·lules epitelials renals, en les quals la hiperosmolaritat provoca l'aturada del cicle cel·lular, la producció de ROS i el dany a l'ADN.²⁵². Concretament, la resposta epitelial a la hiperosmolaritat es caracteritza per una reorganització de l'actina citoesquelètica mitjançant un procés dependent de les integrines i la família Rho de GTPases253, activació dels canals de Na més NHE4 (ref. 254), NKCC1 i NKCC2 (ref. 255). ), i l'afluència resultant d'ions Na més per mantenir el volum cel·lular. Aquestes respostes desencadenen l'expressió de proteïnes de xoc tèrmic per mantenir el plegament correcte de les proteïnes i l'activació del factor de transcripció sensible a la hiperosmolaritat TonEBP (també conegut com NFAT5); en condicions d'hiperosmolaritat prolongada, com a la papil·la, aquestes respostes finalment donen lloc a l'acumulació d'osmòlits orgànics inerts.²⁵².

L'evidència d'un estudi de transcriptoma en ratolins exposats a la privació d'aigua suggereix que un procés similar es produeix a l'endoteli medul·lar renal10 (Fig. 6b). Aquests mREC demostren una major expressió de gens relacionats amb les vies de fosforilació glicolítica i oxidativa10 (Fig. 6b). A més, les anàlisis del transcriptoma han suggerit que aquestes cèl·lules participen en processos enzimàtics i de transport per ajudar a l'acumulació d'osmòlits orgànics inerts, com els derivats del sucre, els poliols (en particular, el sorbitol, que es deriva de la via del poliol i el mio-inositol, que pot ser recollits o sintetitzats a partir d'intermedis glicolítics), aminoàcids (en particular, taurina) i possiblement metilamines com la betaïna i la glicerofosfocolina, per equilibrar l'osmolaritat entre els compartiments intracel·lular i extracel·lular10 (Fig. 6b). En una privació prolongada d'aigua, els mREC també augmenten la Na més / K més l'ATPasa, presumiblement per limitar l'acumulació intracel·lular de Na més (Fig. 6b). En aquest entorn, la fosforilació oxidativa, que produeix 32 molècules d'ATP per molècula de glucosa, representaria una estratègia més eficient que la glucòlisi anaeròbica, que allibera només dues molècules d'ATP per molècula de glucosa, per mantenir una activitat Na més / K més ATPasa. A més, és probable que alguns dels intermedis de la glicòlisi que s'acumulen als EC exposats a condicions hiperosmolars es desviïn del seu destí glicolític per entrar a les vies de síntesi d'osmòlits, en particular els poliols, el sorbitol i el mio-inositol.¹⁰. En conjunt, aquestes adaptacions metabòliques dels mREC als canvis en l'osmolaritat permetrien la seva supervivència en entorns hiperosmolars extrems i els permetrien mantenir-se.ronyófunció^10,256.

Adaptació de la CE en l'homeòstasi dels teixits

Els EC s'instrueixen mitjançant la senyalització del factor de creixement angiogènic de cèl·lules de suport com ara pericits, cèl·lules epitelials i podòcits. Per contra, l'endoteli instrueix les seves cèl·lules veïnes directes mitjançant senyalització autocrina.

Exposició REC a factors angiogènics

Tot i que les EC es consideren quiescents a l'edat adulta en condicions fisiològiques, una de les troballes més intrigants obtingudes dels estudis d'ARN-seq unicel·lular disponibles sobre REC és la presència d'alguns EC angiogènics típics en elronyócòrtex i medul·la en ratolins adults sans6,10. Aquests REC es caracteritzen per un programa genètic semblant al dels EC migratoris angiogènics (també coneguts com a cèl·lules punta) (Fig. 7a). Aquestes cèl·lules probablement estan exposades a factors de creixement angiogènics i poden contribuir a la regeneració vascular de la vasculatura adulta, tot i que encara es desconeix el seu paper. Les cèl·lules del ronyó poden produir factors de creixement angiogènics, ja sigui de manera constitutiva (per exemple, en el cas de VEGFA derivats de podòcits) o com a resposta a canvis en les condicions microambientals com hipòxia, estrès oxidatiu, estrès de cisalla o inflamació. Els factors de creixement angiogènic impulsen la vascularització dels glomèruls i els túbuls durantronyódesenvolupament en un procés que depèn principalment de la cooperació de la germinació i l'angiogènesi intussusceptiva257 (Fig. 7a,b). Per exemple, les angiopoietines i el seu receptor endotelial relacionat Tie2 donen suport a la limfangiogènesi i són crítics per al desenvolupament de l'AVR en embrions de ratolí i són necessaris per a la capacitat de concentració d'orina30. La senyalització VEGF també és necessària per al desenvolupament adequat de l'arquitectura glomerular. Per exemple, la neutralització del VEGF mediada per anticossos en ratolins nounats perjudica la formació de vasos a l'escorça renal superficial i els glomèruls i, finalment, perjudica el desenvolupament de la nefrona258, mentre que la supressió postnatal de VEGFR2 danya l'endoteli glomerular48. A més, la pèrdua de VEGFA derivat de podòcits impedeix la vascularització glomerular i condueix a la mort perinatal, mentre que la pèrdua heterozigòtica de Vegfa provoca endotelines glomerulars i proteinúria49. El VEGF derivat dels podòcits és, per tant, un indicador crític per establir l'endoteli glomerular i mantenir-lo en la caputxa adulta257. De la mateixa manera, el VEGFA derivat de cèl·lules epitelials tubulars és necessari per al desenvolupament i manteniment dels capil·lars peritubulars.⁵⁰.

Igual que amb l'activació endotelial en l'activació immune, la resposta fisiològica dels REC a la senyalització angiogènica pot desregular-se en condicions de malaltia.²⁵⁹. Per exemple, s'observa una angiogènesi desregulada en el rebutjatronyóal·loempelts²⁶⁰. A més, la pèrdua de factors angiogènics, principalment VEGF, ha estat implicada en la pèrdua capil·lar després d'AKI261; per contra, la regulació de VEGF milloraronyófunció, i l'administració de VEGF redueix la rarefacció capil·lar en el context de lesió per isquèmia-reperfusió^262,263. L'evidència experimental i clínica suggereix que en la ERC, l'equilibri entre els factors pro-angiogènics i anti-angiogènics està alterat.^259,264. Encara que la CKD es caracteritza per la rarefacció dels capil·lars peritubulars, que afavoreixronyóhipòxia, impedeix la rediferenciació dels túbuls regeneradors i és probable que s'associï amb la transició endotelial-mesenquimal, que contribueix a la fibrosi renal, la senyalització proangiogènica en els gREC capil·lars afavoreix la interrupció de la barrera de filtració259. Per exemple, l'evidència de models animals suggereix que en les primeres fases de la malaltia renal diabètica, l'endoteli glomerular i les EC que es troben a les proximitats del glomèrul pateixen una angiogènesi anormal mediada per VEGF; el bloqueig de l'angiogènesi en aquests models millora la funció renal²⁶⁵.

Tot i que se sap poc sobre el creixement dels vasos intussusceptius, l'angiogènesi germinativa s'ha caracteritzat intensament1. El procés de germinació s'orquestra mitjançant l'activació dels receptors de superfície de l'EC i les vies de senyalització aigües avall per factors de creixement angiogènic, i l'aparició de dos fenotips d'EC angiogènics principals: EC proliferants (també conegudes com a cèl·lules de la tija) i EC migratòries (també conegudes com a cèl·lules punta; descrit amb detall en un altre lloc^1,266,267). A nivell metabòlic, cada tipus d'EC angiogènic té unes necessitats específiques (demandes energètiques i de biomassa), segons els seus fenotips proliferatius o migratoris, i adapta el seu metabolisme en conseqüència144 (Requadre 1). Queda per determinar si els REC angiogènics, identificats mitjançant estudis d'ARN-seq d'una sola cèl·lula en ratolins adults sans presenten una activitat fenotípica i metabòlica similar a la de les cèl·lules punta. A més, la capacitat potencial de les estratègies metabòliques com la suplementació metabòlica per promoure l'angiogènesi o la limfangiogènesi perronyóLa reparació i la regeneració també requereixen més investigacions.

Senyalització angiocrina al ronyó

Els EC també instrueixen directament les seves cèl·lules veïnes mitjançant l'alliberament de factors de creixement i citocines i l'expressió de molècules d'adhesió268. En elronyó, la vasculatura estableix un nínxol que sustenta el desenvolupament i el manteniment de laronyóestructura i funció4,11. La prova directa d'aquest concepte la proporcionen estudis d'organoides renals derivats de cèl·lules mare pluripotents induïdes, en què es pot induir la maduració de les estructures glomerulars i tubulars mitjançant la promoció de la vascularització i el flux sanguini mitjançant el trasplantament de l'organoide sota la càpsula renal dels ratolins269. A més, la interrupció de l'endoteli glomerular en els ronyons embrionaris del ratolí impedeix la maduració dels podòcits, en particular, l'adquisició de processos del peu i diafragmes d'escletxa.⁴⁹. Curiosament, tant la vasculatura renal en desenvolupament com l'adult demostren diferències espacials en l'expressió de factors endocrins. Durant el desenvolupament del glomèrul, la metaloproteinasa 2 de matriu derivada de la CE sembla regular la interacció de les CE amb els podòcits per al muntatge glomerular.²⁷⁰, mentre que l'expressió de PDGFB estimula el reclutament de cèl·lules mesangials^271,272. L'endoteli glomerular en desenvolupament també expressa gens de factors de creixement com Fgf1 i Vegfa, el lligand Notch Dll4, el senyal de guia neuronal Sema5a i l'antagonista de Wnt Dkk2 (refs4,11); Dkk2 també s'enriqueix en gRECs d'arteriola aferent que s'associen amb la JGA en l'edat adulta10. Les artèries i les arterioles renals en desenvolupament també expressen factors de creixement, com ara Pdgfb, Tgfb2 i Ltbp4 (ref. 11); L'expressió de Tgfb2 i Ltbp4 es manté enriquida en els mateixos subconjunts de REC a l'edat adulta10. Sorprenentment, el sistema de senyalització del factor de creixement semblant a la insulina mostra una clara zonació dins de l'adultronyóvasculatura: Igf1 s'expressa principalment en elronyómedul·la per RECs de l'AVR a la papil·la, Igfbp7 es considera un marcador ampli de mRECs, Igfbp4 es troba a les gREC arteriolars aferents, Igfbp3 s'expressa principalment per cRECs capil·lars peritubulars i Igfbp5 s'enriqueix tant en capil·lars peritubulars corticals com en capil·lars glomerulars10,11. Múltiples altres factors endocrins també mostren una expressió heterogènia entre els diferents fenotips EC en ronyons de ratolí adults10. Les seves funcions en el manteniment deronyóEl teixit i les funcions encara s'han d'investigar.

La senyalització angiocrina també és fonamental per als processos de reparació després d'una lesió renal. Per exemple, els REC poden contribuir a la recuperació renal després d'AKI regulant les respostes inflamatòries o proporcionant senyals pro-tubulogènics.²⁷³. En els cocultius, les cèl·lules del túbul proximal renal estimulen les REC per expressar una sèrie de factors angiocrins, com ara el VEGF, el TGF, el seu antagonista 2-macroglobulina i el factor de creixement dels hepatòcits, que al seu torn afavoreixen la supervivència, la proliferació i la diferenciació del túbul proximal. cèl·lules274. És probable que la rarefacció capil·lar indueixi processos de "reparació desregulada per lesions cròniques", que donen lloc a una regeneració epitelial deteriorada, pèrdua de nefrona i senyals proinflamatoris i fibròtics, possiblement a causa de senyals angiocrines insuficients273. En suport d'aquesta hipòtesi, hi ha proves que demostren que els extractes de cèl·lules progenitores endotelials posseeixen activitat renoprotectora en models animals d'IRA mitjançant la prevenció de la pèrdua capil·lar i la reducció de la fibrosi, amb factors endocrins com el factor inhibidor de la leucèmia que prevenen i inverteixen la transició de fibroblast a miofibroblast.²⁷⁵.

Es garanteix una investigació addicional dels microambients fisiològics i patològics que configuren els perfils endocrins dels REC. A més, queden per determinar els mecanismes pels quals els processos metabòlics de REC s'interconnecten amb aquestes signatures endocrines diferents. Curiosament, un estudi del 2020 va descriure la comunicació dels metabòlits endocrins en la regeneració muscular després de la isquèmia. Aquest estudi va demostrar que el lactat derivat de la CE indueix els macròfags a adoptar un fenotip M2-pro-regeneratiu, plantejant la qüestió de si un mecanisme similar podria ocórrer en elronyóper afavorir la regeneració després d'insultes isquèmiques²⁷⁶.

Conclusions

El sistema vascular dels mamífers s'ha considerat durant molt de temps com un conducte passiu per al lliurament d'oxigen i nutrients als diferents òrgans, així com per a l'eliminació de residus, amb l'endoteli que serveix de barrera de teixit sanguini. Aquest paradigma ja no és vàlid ja que la investigació intensiva en l'àmbit vascular ha revelat un paper actiu de l'endoteli no només en la regulació de la vasotona i la inflamació, sinó també en la maduració dels òrgans mitjançant la producció de mediadors endocrins, la immunitat i la funció dels òrgans. La importància de les CE en aquests processos s'evidencia pel fet que cada òrgan es beneficia d'un endoteli únic, adaptat a les seves necessitats específiques i modelat pel microambient cel·lular i no cel·lular.

Endoteli a laronyóés exclusiu d'aquest òrgan i presenta una gran heterogeneïtat per mantenir les múltiples activitats del ronyó en l'homeòstasi de líquids i pressió arterial. És important destacar que la disfunció del REC no només s'associa amb la malaltia renal, sinó que pot impulsar la progressió de la malaltia, identificant l'endoteli renal com un objectiu terapèutic rellevant. En l'última dècada, anàlisis exhaustives han revelat que el metabolisme de les EC està estretament regulat a nivell cel·lular i subcel·lular i que diferents fenotips d'EC mostren perfils metabòlics únics. La plasticitat del metabolisme de l'EC proporciona un mecanisme per orquestrar el comportament fenotípic de l'EC, que permet als CE respondre activament als canvis en el seu microentorn, però també ofereix una oportunitat potencial per a l'orientació terapèutica. Per exemple, la inhibició de PFKFB3 endotelial en les EC tumorals va normalitzar el flux glicolític i la millora de la maduració dels vasos s'associen amb una disminució de l'activació endotelial i l'enduriment de la barrera endotelial.²⁷⁷. A més, la suplementació d'EC amb el precursor d'acetil-CoA, l'acetat, afavoreix l'angiogènesi (limfa) in vitro i in vivo^278–280. Les dietes específiques també poden oferir noves vies terapèutiques: un estudi del 2019 va demostrar que una dieta cetogènica promou la limfangiogènesi augmentant el conjunt d'acetil-CoA en les LEC i disminuint el limfedema en un model animal.²⁸¹

De la mateixa manera, a laronyó, es creu que l'heterogeneïtat fenotípica de les REC està impulsada per adaptacions metabòliques a les necessitats cel·lulars i senyals del microambient tant en salut com en malaltia. L'orientació metabòlica de la disfunció endotelial, així com l'angiogènesi i la limfangiogènesi, són estratègies potencials per millorar la funció renal en el context de la malaltia renal. Els organoides renals s'han proposat com a enfocament regeneratiu per substituirronyófunció, però la seva manca de vasculatura desenvolupada és una limitació important^282–284. Estratègies (incloent estratègies metabòliques) per estimularronyóLa vascularització organoide i promoure la maduració de l'EC poden afavorir la maduració d'aquests organoides i, en última instància, facilitar el seu ús terapèutic²⁶⁹. Malgrat la necessitat de més investigacions sobre les especificitats de l'endoteli renal, l'evidència disponible recolza un paper clau per a aquestes cèl·lules enronyóprocessos fisiològics i suggereix que l'orientació (metabòlica) de les REC podria ser una estratègia molt beneficiosa per afavorir la recuperació i regeneració renal.

1. Carmeliet, P. & Jain, RK Mecanismes moleculars i aplicacions clíniques de l'angiogènesi. Nature 473, 298–307 (2011).

2. Wong, BW, Zecchin, A., Garcia-Caballero, M. & Carmeliet, P. Conceptes emergents en vasos limfàtics específics d'òrgans i regulació metabòlica del desenvolupament limfàtic. Dev. Cel·la 45, 289–301 (2018).

3. Marcu, R. et al. Heterogeneïtat de cèl·lules endotelials específiques d'òrgans humans. iScience 4, 20–35 (2018).

4. Nolan, DJ et al. Signatures moleculars de l'heterogeneïtat de cèl·lules endotelials microvasculars específiques del teixit en el manteniment i la regeneració d'òrgans. Dev. Cel·la 26, 204–219 (2013).

5. Augustin, HG i Koh, GY Vasculatura organotípica: de l'heterogeneïtat descriptiva a la fisiopatologia funcional. Science 357, eaal2379 (2017).

6. Kalucka, J. et al. Atles de transcriptoma unicel·lular de cèl·lules endotelials murines. Cel·la 180, 764–779.e20 (2020).

7. Herzlinger, D. & Hurtado, R. Patterning the renal vascular bed. Semin. Dev. cel·lular Biol. 36, 50–56 (2014).

8. Jourde-Chiche, N. et al. Estructura i funció de l'endoteli en la salut i la malaltia renal. Nat. Reverent Nephrol. 15, 87–108 (2019).

9. Molema, G. & Aird, WC Heterogeneïtat vascular al ronyó. Semin. Nefrol. 32, 145–155 (2012).

10. Dumas, SJ et al. La seqüenciació d'ARN unicel·lular revela l'heterogeneïtat de l'endoteli renal i l'adaptació metabòlica a la privació d'aigua. Melmelada. Soc. Nefrol. 31, 118–138 (2020).

11. Barry, DM et al. Determinants moleculars de l'especialització vascular de la nefrona al ronyó. Nat. Commun. 10, 5705 (2019).

12. Jang, C. et al. Intercanvi de metabòlits entre òrgans de mamífers quantificat en porcs. Metab cel·lular. 30, 594–606.e3 (2019).

13. Wong, BW, Marsch, E., Treps, L., Baes, M. i Carmeliet, P. Metabolisme de les cèl·lules endotelials en salut i malaltia: impacte de la hipòxia. EMBO J. 36, 2187–2203(2017).

14. Makris, K. & Spanou, L. Acute kidney injury: definició, fisiopatologia i fenotips clínics. Clin. Bioquímica. Rev. 37, 85–98 (2016).

15. Levey, AS et al. Definició i classificació de la malaltia renal crònica: una declaració de posició de Kidney Disease: Improving Global Outcomes (KDIGO). Ronyó Int. 67, 2089–2100 (2005).

16. Verma, SK & Molitoris, BA Lesió endotelial renal i disfunció microvascular en lesió renal aguda. Semin. Nefrol. 35, 96–107 (2015).

17. Goligorsky, MS Patogènesi de la disfunció de les cèl·lules endotelials en la malaltia renal crònica: una retrospectiva i què pot deparar el futur. ronyó Res. Clin. Practiqueu. 34, 76–82 (2015).

18. Rosivall, L. & Peti-Peterdi, J. Heterogeneity of the aferent arteriole–correlations between morphology and function. Nefrol. Marqueu. Transpl. 21, 2703–2707 (2006).

19. Guerci, P., Ergin, B. & Ince, C. La macro-i microcirculació del ronyó. Millor pràctica. Res. Clin. Anestesiol. 31, 315–329 (2017).

20. Wang, K. i Kestenbaum, B. Clearance secretory tubular proximal: un soci negligit de la funció renal. Clin. Melmelada. Soc. Nefrol. 13, 1291–1296 (2018).