Rhan 2 Amrywiaeth Ffenotypig Ac Arbenigedd Metabolaidd O Gelloedd Endothelaidd Arennol

Cyswllt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-bost: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. Rabelink⁵a Peter Carmeliet^1,4

Cliciwch yma i Rhan 1

Pwyntiau allweddol

• Mae'r endotheliwm yn gwahaniaethu rhwng gwahanol organau, mae'n debyg i gynnal swyddogaethau organ penodol.

• Mae ffenoteipiau celloedd endothelaidd lluosog arbenigol yn cydfodoli o fewn y glomerwli arennol, y cortecs, a'r medwla; mae'r rhain yn gweithredu i gefnogi hidlo glomerwlaidd, adamsugniad a secretion ïonau a metabolion, a chrynodiad wrin.

• Mae'r microamgylcheddau lleol gwahanol yn yarensiapio heterogeneity moleciwlaidd a metabolaidd yr endotheliwm arennol; i'r gwrthwyneb, mae ffactorau endocrin sy'n deillio o gelloedd endothelaidd yn cynnal cilfachau gwahanolarenmicroamgylcheddau.

• Gellir newid metaboledd celloedd endothelaidd arennol yng nghyd-destunarenanafa chlefydau, yn rhannol o ganlyniad i newidiadau yn y microamgylchedd.

• Gallai gwell dealltwriaeth o amrywiaeth ffenoteipaidd ac arbenigo metabolaidd celloedd endothelaidd arennol helpu i nodi targedau newydd ar gyfer trinarenafiechydonaarenadfywio.

Mae Cistanche tubulosa yn atal clefyd yr arennau, cliciwch yma i gael y sampl

Mae ymatebion REC i newidiadau mewn straen cneifio ECS yn cael eu hamlygu'n gyson i rym o ymestyn a achosir gan pulsatility llif gwaed a grym ffrithiannol yn gyfochrog â wal y llong, y straen cneifio hylif¹⁹⁵. Mae'r celloedd hyn wedi'u harfogi i synhwyro'r grymoedd hyn a'u trosi'n signalau biocemegol a all effeithio ar homeostasis llestr trwy reoleiddio tôn fasgwlaidd ac ailfodelu'r CE, sy'n addasu llif y gwaed i fodloni gofynion meinwe195. Yn ddiddorol, mae ECs o wahanol ddognau o'r gwely fasgwlaidd yn agored i fathau penodol o lif ac yn ymateb yn unol â hynny195 (Ffig. 5a). Mewn rhydwelïau a rhydwelïau, mae llif y gwaed yn curiadus iawn, ond mewn capilarïau mae o faint tebyg ond yn llai curiadol, ac mewn gwythiennau a gwythiennau mae llif y gwaed tua theirgwaith i ddeg gwaith yn is ac ychydig iawn o curiad y galon195. Yn yaren, the vasculature of the cortex receives >94 y cant o lif gwaed arennol¹⁹⁶gan awgrymu bod y fasgwlaidd medullary yn agored i amgylchedd straen cneifio cymharol isel. Mewn cyferbyniad, mae gRECs yn agored i amgylchedd straen cneifio cymharol uchel (amcangyfrifir ei fod o 1dyn / cm2 i mor uchel â 95dyn / cm2 ), o ganlyniad i lif gwaed uchel a phwysedd ynghyd â mwy o gludedd gwaed o ganlyniad i'r hidlo proses197 (Ffig. 5b). Mae bod yn agored i straen cneifio GREC yn hollbwysig gan ei fod yn atal agregu platennau, yn rhannol drwy gymell y ffactor glycoprotein von Willebrand gwaed (vWF) i gydffurfiad y gwaed sy'n cynyddu ei dueddiad i holltiad gan y metalloprotease ADAMTS13^198,199. Mae pwysigrwydd y ffenomen hon i iechyd gREC yn cael ei ddangos gan y ffenoteip pro-thrombotig a welwyd yn syndrom wremig hemolytig sy'n gysylltiedig â thocsin Shiga. Mae tocsin Shiga yn hyrwyddo secretion vWF gan gRECs a ffurfio multimerau vWF ultra-mawr sy'n gwrthsefyll holltiad gan ADAMTS13 ac yn achosi microangiopathi thrombotig mewn glomeruli a'rarenmicrovasculature200, gan arwain yn y pen draw at AKI. Mewn purpura thrombotig thrombocytopenig, mae gweithgaredd ADAMTS13 isel yn arwain at ganlyniad tebyg¹⁹⁹.

Mae pwysigrwydd straen cneifio hefyd yn cael ei ddangos gan ddatblygiad briwiau atherosglerotig mewn rhydwelïau arennol, a all arwain at grebachu rhydwelïau arennol—yr achos unigol mwyaf o orbwysedd eilaidd201,202. Mae'r briwiau hyn yn datblygu mewn rhanbarthau atheroprone yn y rhydwelïau a'r rhydwelïau sy'n agored i straen cneifio laminaidd is na rhanbarthau eraill, megis rhanbarthau o wythiad rhydwelïol, lle mae llif y gwaed yn cael ei aflonyddu fel arfer201 (Ffig. 5c).

Effeithiau straen cneifio laminaidd ar ECS.Mae straen cneifio laminaidd yn achosi uwch-reoleiddio'r ffactorau trawsgrifio ffactor tebyg i Krüppel 2 (KLF2) a KLF4 mewn ECs, yn rhannol trwy ryddhau ATP ac actifadu derbynyddion purinergig P2X4203 wedi hynny, ac yn rhannol trwy actifadu'r signalau MEK5-ERK5-MEF2 llwybr^204,205(Ffig. 5d). Yn yarenDywedwyd bod , Klf2, a Klf4 ynghyd â'r genyn targed KLF4, Thbd (sy'n amgodio thrombomodulin), yn farcwyr o gRECs sy'n deillio o'r rhydweliynnau echrydus mewn llygod oedolion^10,11(Ffig. 3b). Mae lleoliad y marcwyr llif- ymatebol hyn yn gyson â'r ffaith bod RECs sydd wedi'u lleoli ar safle ymadael uniongyrchol glomeruli yn agored i straen cneifio laminaidd uchel, a allai fod yn gysylltiedig â gludedd gwaed uchel y rhanbarth hwn. Mae upregulation a activation of KLF2 mediate quiescence EC, a nodweddir gan gynnydd yn y mynegiant o VE-cadherin a -catenin i gynorthwyo cynnal rhwystr fasgwlaidd tynn206, aliniad ECS i gyfeiriad llif207, atal llid a chynnal a chadw o ffenoteip gwrth-atherogenig, dadreoleiddio gwrthocsidyddion a gostyngiad mewn tôn fasgwlaidd yn eilradd i gynhyrchiad endothelaidd NO a prostacyclins208-210 (Ffig. 5d). Roedd gweithredu KLF2 mewn gRECs yn eu hamddiffyn rhag anafiadau a datblygiad clefydau mewn modelau anifeiliaid o CKD^211,212. Yn unol â hynny, mae KLF2 yn cael ei uwchreoleiddio yn yr endotheliwm glomerwlaidd mewn ymateb i straen cneifio in vitro, lle mae'n hyrwyddo ffenoteip gwrthgeulydd a gwrthlidiol ac yn sbarduno gostyngiad endothelaidd-ddibynnol mewn ymwrthedd rhwystr podocyt, sy'n ofynnol ar gyfer swyddogaeth hidlo briodol204. Roedd uwch-reoleiddio gREC KLF2 eilaidd i or-hidlo glomerwlaidd yn rhoi amddiffyniad rhag camweithrediad y GE ac yn gwanhau dilyniant CKD mewn model o nephrectomi unochrog212. I'r gwrthwyneb, roedd colli endothelaidd KLF2 yn gwaethygu hypertroffedd glomerwlaidd a phroteinwria mewn model o streptozotocin a achosirdiabetigarenclefyd²¹¹. Mae KLF4 endothelaidd hefyd yn ad-amddiffynnol yn AKI213. Gwaethygodd colli KLF4 yn benodol i'r EC anaf i'r arennau mewn model o AKI isgemig trwy hyrwyddo caffaeliad ffenoteip pro-llidiol gan y CE.²¹³. Fodd bynnag, mae'n werth nodi bod gan KLF2 a KLF4 rolau cyd-destun penodol yn yr endotheliwm214. Er enghraifft, gallant hyrwyddo actifadu ECs a ffurfio briwiau sy'n arwain at gamffurfiadau ogofâu cerebraidd mewn datblygiad.^214,215.

Mae dod i gysylltiad â straen cneifio laminaidd yn lleihau cymeriant glwcos²¹⁶ac yn ysgogi biogenesis mitocondriaidd mewn ECs^217–219. Mae actifadu KLF2 yn is-reoleiddio mynegiant PFKFB3 ynghyd â mynegiant genynnau glycolytig eraill megis HK2 (sy'n amgodio hexokinase 2) a PFK1 (sy'n amgodio phosphofructokinase 1 (PFK1)), gan arwain at ostyngiad mewn glycolysis216, a chau'r canolradd glycolytig cynnar sydd ar gael. i'r llwybr biosynthetig hecsosamine ac asid glucuronic ar gyfer synthesis UDP-GlcUA a UDP-GlcNAc, yn y drefn honno, sef y swbstradau cyfyngol o hyaluronan synthase (HAS2)^{133,220–222}. Mae KLF2 hefyd yn cymell mynegiant a thrawsleoliad pilen HAS2 a synthesis dilynol hyaluronan y gydran glycocalyx^133,222. Felly, mae ECS sy'n agored i lif laminaidd yn dangos glycocalycs llawer mwy trwchus nag ECS ​​sy'n agored i lif aflonydd133 (Ffig. 5d,e). Mae dileu Has2 sy'n benodol i'r GE yn cael effeithiau dwys ar yaren, gan gynnwys amhariad ar strwythur glycocalyx gRECs capilari, amhariad ar y ffenestri endothelaidd glomerwlaidd40, albwminwria sy'n arwydd o gamweithrediad rhwystr hidlo, signalau angiopoietin 1 sy'n ddibynnol ar glycocalyx, a strwythurau podocyte annormal o ganlyniad i groessiarad EC-podocyte annormal, sy'n arwain at glomeraidd. ffurfiant prin capilari a glomerwlosclerosis⁴⁰.

Mae resbiradaeth mitocondriaidd a chynhyrchu ATP hefyd yn cynyddu mewn ECs o dan lif un cyfeiriad o'i gymharu â'r rhai sy'n agored i lif aflonydd223,224. Mae rhwystr o gynhyrchu ATP mitocondriaidd yn atal rhyddhau ATP a achosir gan gneifio a achosir gan straen ond, mewn cyferbyniad, nid yw atal glycolysis yn cael unrhyw effaith, sy'n awgrymu bod angen resbiradaeth mitocondriaidd y CE ar gyfer actifadu derbynyddion purinergig, sydd yn ei dro yn achosi mynegiant KLF2 mewn ymateb i straen cneifio^203,218,224. Ar ben hynny, mae biogenesis mitocondriaidd yn cael ei uwchreoleiddio mewn ymateb i straen cneifio, oherwydd gweithrediad rhaeadru signalau SIRT1-PGC1a- TFAM217,219, tra bod mynegiant genynnau gwrthocsidiol, fel haem oxygenase 1 a glutaredoxin 1, yn cael ei gynyddu i amddiffyn ECs rhag ROS225,226 (Ffig. 5d). Arweiniodd atal y gadwyn cludo electronau mewn ECan a oedd yn agored i lif laminaidd at lid y CE, sy'n awgrymu bod resbiradaeth mitocondriaidd yn atal actifadu'r EC²²³. Yn yaren, gallai actifadu'r derbynnydd 5-HT1F i ysgogi biogenesis mitocondriaidd mewn RECs leihau ffasgiad prin fasgwlaidd a hybu adferiad o anaf fel y dangoswyd mewn model o AKI227.

Mae KLF4 hefyd yn cymell uwch-reoleiddio colesterol-25- hydroxylase (CH25H) a derbynnydd X yr afu wrth ddod i gysylltiad â straen cneifio curiadol atheroprotective²²⁸. Mae CH25H yn cataleiddio cynhyrchu 25-hydroxycholesterol, sy'n atal actifadu protein sy'n rhwymo elfen reoleiddiol sterol 2 (SREBP2), cyfryngwr pwysig yn ymateb y CE i lif gwaed aflonydd (gweler isod)229,230. Felly, efallai y bydd gan fodiwleiddio mynegiant KLF2 a KLF4 ac actifadu gan straen cneifio laminaidd a'u hymatebion metabolaidd dilynol rôl hanfodol i'w chwarae wrth gynnal tawelwch REC a hidlo glomerwlaidd (Ffig. 5d).

Effeithiau llif gwaed aflonydd ar ECS.Mae ECS sy'n agored i lif gwaed aflonydd fel mewn dwylifiad rhydwelïol neu gromliniau yn cael eu gweithredu ac yn arddangos ffenoteip pro-llidiol ac atherogenig231 (Ffig. 5e). Felly, gallai actifadu RECs rhydwelïol rhydwelïol ac afferol sydd wedi'u lleoli mewn rhanbarthau atheroprone o'r fath hyrwyddo datblygiad stenosis rhydweli arennol atherosglerotig.

Mae mynegiant KLF4 yn cael ei atal gan lif gwaed aflonydd, gyda mwy o methylation rhanbarth hyrwyddwr KLF4 yn atal rhwymiad MEF2 a thrawsgrifiad KLF4 dilynol²³². At hynny, mae microRNA (miR)-92a, sy'n cael ei achosi mewn rhanbarthau atheroprone mewn ymateb i straen cneifio isel, yn atal mynegiant endothelaidd KLF2, KLF4, a SIRT1, ac yn is-reoleiddio asid ffosffatidig ffosffatase math 2B (PPAP2B)216,233,234. O dan amodau straen cneifio laminaidd arferol, mae dephosphorylates PPAP2B sy'n cylchredeg asid lysoffosphatidic (LPA), gan atal ei rwymo i'r derbynnydd LPAR1, sydd fel arall yn achosi signalau pro-inflammatory233 (Ffig. 5e). Mae colli PPAP2B yn endothelaidd yn arwain at lid lleol a systemig gwaethygu sy'n gysylltiedig â chynnydd mewn athreiddedd endothelaidd235. Mae signalau LPA yn rhan oarenclefyd trwy sefydlu ROS, cytocinau llidiol a ffibrosis236

Mae amlygiad endothelaidd i straen cneifio isel a llif aflonydd yn ysgogi mynegiant ensymau glycolytig a pyruvate dehydrogenase kinase 1 (PDK1), a thrwy hynny yn datgysylltu glycolysis â metaboledd mitocondriaidd a lleihau resbiradaeth mitocondriaidd mewn ECS.^223,237(Ffig. 5e). Yn fecanyddol, mae llif aflonydd yn cymell cynhyrchu ROS sy'n deillio o NAD(P)H oxidase 4 (NOX4) ac yn actifadu NF-κB, gan arwain at ddadreoleiddio a sefydlogi HIF1 trwy atal ei ddiraddio.^223,237. Mae actifadu'r llwybr NF-κB wedi'i gysylltu â gweithgaredd heparinase a diraddio glycocalyx o ganlyniad.^238.Yn unol â'r canfyddiadau hyn, mae actifadu NF-κB yn cael ei atal gan straen cneifio cronig yn yr endotheliwm glomerwlaidd239. Mae actifadu HIF1 mewn ymateb i lif aflonydd yn gwella lledaeniad rhydwelïol y CE a mynegiant marcwyr llidiol, tra bod atal glycolysis yn atal yr ymatebion hyn223,237. Ar ben hynny, mae actifadu ffosfforyleiddiad ocsideiddio mitocondriaidd yn atal y ffenoteip pro-llidiol a achosir gan lif aflonydd mewn ECS rhydwelïol.²²³.

Mae aflonyddwch mewn straen cneifio isel hefyd yn achosi gweithrediad y ffactorau trawsgrifio pro-llidiol YAP a TAZ, tra bod straen cneifio laminaidd yn atal y rhain mewn modd sy'n dibynnu ar integrin.^240,241. Mae actifadu YAP a TAZ yn modiwleiddio metaboledd y CE trwy ysgogi gweithgaredd glycolysis a mitocondriaidd mewn modd sy'n ddibynnol ar MYC²⁴², a thrwy uwchreoleiddio glutaminolysis²⁴³. I'r gwrthwyneb, mae'r ensym glycolytig PFK1 yn ysgogi gweithgaredd YAP a TAZ mewn dolen adborth cadarnhaol244. Mae YAP a TAZ yn fecanyddion llwybr signalau TGF -SMAD yn yaren. Dangoswyd eu bod yn hyrwyddo ffibrosis yr arennau mewn model arbrofol o rwystr wreteral unochrog, er bod ymchwil wael wedi'i wneud i rôl RECs yn yr ymateb ffibrotig hwn o ganlyniad i bontio endothelaidd-i-mesenchymal.^245,246

Yn ddiddorol, mae ECS sy'n agored i lif gwaed aflonydd hefyd yn dangos actifadu SREBP2, sy'n uwchreoleiddio genynnau sy'n ymwneud â synthesis colesterol gan gynnwys yr ensym sy'n cyfyngu ar gyfraddau llwybr mevalonate HMG-CoA reductase (Ffig. 5e) ac yn lleihau elifiad colesterol^230,247, cynyddu lefel mewngellol colesterol mewn ECS^230,247. Yn ddiddorol, mae ataliad HMG-CoA reductase gan statinau yn achosi cynnydd endothelaidd mewn mynegiant KLF2, ac yn lleihau signalau pro-llidiol gan NF-κB, HIF1 , a YAP-TAZ, a thrwy hynny ysgogi ymateb tebyg i EC i lif laminaidd^241,248,249. At hynny, mae actifadu SREBP2 yn hyrwyddo trawsgrifio miR-92a, yn dadreoleiddio mynegiant NOX2, sy'n cymell cynhyrchu ROS, ac yn cynyddu mynegiant yr inflammasome NLRP3, gan hyrwyddo llid endothelaidd ac atherosglerosis216,230 yn y pen draw. Felly, gall SREBP2 fod yn un o’r ysgogwyr allweddol yn yr ymateb endothelaidd rhydwelïol arteriol ac affwysol i lif aflonydd.

Ymatebion REC i newidiadau mewn osmolarity

Mae'rarennauyn gallu cynhyrchu wrin o osmolarity amrywiol iawn yn dibynnu ar statws hydradiad. Mae lluosydd gwrthlif dolen Henle yn cynhyrchu graddiant osmolarity medwlary sy'n sail i'r mecanwaith crynodiad wrin ac sy'n pennu osmolarity wrin terfynol. Yn gryno, mae'r TALH - segment tiwbyn sy'n anhydraidd i ddŵr yn bennaf - yn mynd ati i wennol NaCl o'r hidlif i'r interstitium medullary, gan sefydlu gwahaniaeth osmolality 20 mOsm/kg H2O ar draws y llif esgynnol a disgynnol.²⁵⁰ (Ffig. 6a). Fel ymateb osmotig, mae dŵr yn cael ei adamsugno trwy fraich ddisgynnol denau Henle (TDLH), gan gynyddu osmolarity hidlif250. Wrth i'r hidlydd hwn fynd yn ei flaen o'r TDLH i'r TALH, mae ail-amsugno gweithredol NaCl gan TALH yn ailsefydlu'r gwahaniaeth osmolaredd 20 mOsm/kg H2O rhwng y TALH a'r interstitium, gan gynyddu ymhellach osmolarity interstitium medullary250. Mae lluosi'r gwahaniaethau osmolality bach hyn rhwng llifoedd gwrthlif yn arwain at raddiant osmoleoldeb corticomedwlari mawr (lluosydd gwrthlif)²⁵⁰. Ar lefel y vasa recta, mae alllifiad dŵr sy'n cael ei hwyluso gan aquaporinau yn digwydd ochr yn ochr ag ail-amsugno wrea a NaCl o fewn y DVR, wedi'i yrru gan y gwahaniaeth rhwng osmolarity gwaed ac osmolarity medullary, gan arwain at osmolarity gwaed cynyddol tuag at y papila.²⁵⁰(Ffig. 6a). Mewn cyferbyniad, mae'r AVR sydd â llawer o ffenestrau yn adamsugno dŵr medwlaidd ac yn rhyddhau NaCl i'r interstitiwm, gan fod y gwaed sy'n dod o'r papila o osmolaredd uwch na'r interstitiwm medwlari²⁵⁰(Ffig. 6a). Mae'r cyfnewid gwrthlif hwn rhwng y DVR a'r AVR yn cynnal y graddiant osmolarity medullary a grëwyd gan y system lluosydd gwrthgyfredol (Ffig. 6a). Mae osmolarity uchel y medwla hefyd yn cael ei gynnal gan y dwythellau casglu, sy'n allforio wrea yn weithredol o fewn yr interstitium medullary mewnol tra'n canolbwyntio wrin yn unol â graddiant osmolarity medullary trwy gludiant dŵr wedi'i hwyluso gan aquaporin. O ganlyniad, mae celloedd medwlaidd gan gynnwys mRECs yn agored i lefelau eithafol o hyperosmolarity, yn enwedig o dan amodau dadhydradu lle gall osmolality godi mor uchel â 1,400mOsm/kg mewn bodau dynol.²⁵⁰(Ffig. 6a). Fel y disgrifir isod, mae'r dystiolaeth sydd ar gael yn awgrymu bod mRECs wedi addasu i'r amodau eithafol hyn trwy roi mecanweithiau amddiffynnol ar waith a datblygu proffil metabolaidd penodol10. Mae'n werth nodi y gall (R)ECs eraill fod yn agored i gyflyrau hyperosmolar o ganlyniad i hyperglycemia yng nghyd-destun diabetes mellitus.²⁵¹.

Ymchwiliwyd yn wael i ymateb ECs i amodau hyperosmolarity, gyda'r rhan fwyaf o'r ymchwil yn y maes hwn yn canolbwyntio ar gelloedd epithelial arennol, lle mae hyperosmolarity yn sbarduno arestiad cylchred celloedd, cynhyrchu ROS, a difrod DNA.²⁵². Yn benodol, nodweddir yr ymateb epithelial i hyperosmolarity gan ad-drefnu'r actin sytosgerbydol trwy broses sy'n dibynnu ar integrins a'r teulu Rho o GTPases253, actifadu'r sianeli Na plus NHE4 (cyf. 254), NKCC1, a NKCC2 (cyf. 255). ), a'r mewnlifiad canlyniadol o ïonau Na plus ar gyfer cynnal cyfaint celloedd. Mae'r ymatebion hyn yn sbarduno mynegiant proteinau sioc gwres i gynnal y plygu cywir o broteinau ac actifadu'r ffactor trawsgrifio hyperosmolarity-sensitif TonEBP (a elwir hefyd yn NFAT5); o dan amodau hyperosmolarity hirfaith, fel yn y papila, mae'r ymatebion hyn yn y pen draw yn arwain at groniad o osmolytes organig anadweithiol²⁵².

Mae tystiolaeth o astudiaeth transcriptome mewn llygod sy'n agored i amddifadedd dŵr yn awgrymu bod proses debyg yn digwydd yn yr endotheliwm medwlaidd arennol10 (Ffig. 6b). Mae'r mRECs hyn yn dangos mynegiant cynyddol o enynnau sy'n gysylltiedig â llwybrau ffosfforyleiddiad glycolytig ac ocsideiddiol10 (Ffig. 6b). At hynny, mae dadansoddiadau trawsgrifio wedi awgrymu bod y celloedd hyn yn defnyddio prosesau ensymatig a chludiant i helpu i gronni osmolytes organig anadweithiol - megis y deilliadau siwgr, polyolau (yn arbennig, sorbitol, sy'n deillio o'r llwybr polyol a Myo-inositol, a all cael eu cymryd i fyny neu eu syntheseiddio o ganolraddau glycolytig), asidau amino (yn arbennig, taurine) ac o bosibl methylamines fel betaine a glycerophosphocholine — i gydbwyso'r osmolarity rhwng y adrannau mewngellog ac allgellog10 (Ffig. 6b). Yn dilyn amddifadedd dŵr hirfaith, mae mRECs hefyd yn dadreoleiddio'r Na plws / K ynghyd ag ATPase, yn ôl pob tebyg i gyfyngu ar Na ynghyd â chroniad mewngellol (Ffig. 6b). Yn y gosodiad hwn, byddai ffosfforyleiddiad ocsideiddiol, sy'n cynhyrchu 32 o foleciwlau ATP fesul moleciwl glwcos, yn strategaeth fwy effeithlon na glycolysis anaerobig, sy'n rhyddhau dim ond dau foleciwl ATP fesul moleciwl glwcos, i gynnal gweithgaredd Na plws /K uwch ynghyd ag ATPase. At hynny, mae rhai o'r canolraddau glycolysis sy'n cronni mewn ECan sy'n agored i gyflyrau hyperosmolar yn debygol o wyro oddi wrth eu tynged glycolytig i fynd i mewn i lwybrau synthesis osmolyte, yn enwedig y polyolau, sorbitol, a myo-inositol.¹⁰. Gyda'i gilydd, byddai'r addasiadau metabolaidd hyn o mRECs i newidiadau mewn osmolarity yn eu galluogi i oroesi mewn amgylcheddau hyperosmolar eithafol ac yn eu galluogi i gynnalarenswyddogaeth^10,256.

Addasiad CE mewn homeostasis meinwe

Mae ECan yn cael eu cyfarwyddo gan signalau ffactor twf angiogenig o gelloedd ategol fel pericytes, celloedd epithelial, a podocytes. I'r gwrthwyneb, mae'r endotheliwm yn cyfarwyddo ei gelloedd cyfagos uniongyrchol trwy signalau awtocrin.

Amlygiad REC i ffactorau angiogenig

Er bod ECs yn cael eu hystyried yn dawel mewn oedolaeth o dan amodau ffisiolegol, un o'r canfyddiadau mwyaf diddorol a gafwyd o'r astudiaethau RNA-seq un-gell sydd ar gael ar RECs yw presenoldeb rhai ECs angiogenig nodweddiadol yn yarencortecs a medwla mewn llygod llawndwf iach6,10. Mae'r RECs hyn yn cael eu nodweddu gan raglen enetig sy'n debyg i raglen ECs mudol angiogenig (a elwir hefyd yn gelloedd blaen) (Ffig. 7a). Mae'n debyg bod y celloedd hyn yn agored i ffactorau twf angiogenig a gallant gyfrannu at adfywiad fasgwlaidd yn y fasgwleiddiad oedolion, er nad yw eu rôl yn hysbys o hyd. Gall celloedd yn yr aren gynhyrchu ffactorau twf angiogenig, naill ai mewn modd cyfansoddol (er enghraifft, yn achos VEGFA sy'n deillio o podocyte) neu mewn ymateb i newidiadau mewn amodau micro-amgylcheddol megis hypocsia, straen ocsideiddiol, straen cneifio, neu lid. Mae ffactorau twf angiogenig yn gyrru fasgwlareiddio'r glomerwli a'r tiwbiau yn ystodarendatblygiad mewn proses sy'n dibynnu'n bennaf ar gydweithrediad angiogenesis eginol ac angiogenesis mewnwthiol257 (Ffig. 7a,b). Er enghraifft, mae angiopoietinau a'u derbynnydd endothelaidd cytras Tie2 yn cefnogi lymffangiogenesis ac maent yn hanfodol ar gyfer datblygiad yr AVR mewn embryonau llygoden, ac maent yn angenrheidiol ar gyfer gallu canolbwyntio wrin30. Mae angen signalau VEGF hefyd ar gyfer datblygiad priodol pensaernïaeth glomerwlaidd. Er enghraifft, mae niwtraliad VEGF trwy gyfrwng gwrthgyrff mewn llygod newydd-anedig yn amharu ar ffurfiant llestr yn y cortecs arennol arwynebol a glomeruli, ac yn y pen draw yn amharu ar ddatblygiad neffron258, tra bod dileu VEGFR2 ar ôl geni yn niweidio'r endotheliwm glomerwlaidd48. At hynny, mae colli VEGFA sy'n deillio o bodosytau yn atal fasgwlareiddio glomerwlaidd ac yn arwain at farwolaeth amenedigol, tra bod colli Vegfa yn heterosygotig yn arwain at endothelinau glomerwlaidd a phroteinwria49. Felly mae VEGF sy'n deillio o bodsytau yn ciw hollbwysig ar gyfer sefydlu'r endotheliwm glomerwlaidd a'i gynnal pan fydd yn oedolyn257. Yn yr un modd, mae angen VEGFA sy'n deillio o gelloedd epithelial tiwbaidd ar gyfer datblygu a chynnal capilarïau peritubwl.⁵⁰.

Yn yr un modd ag actifadu endothelaidd mewn actifadu imiwnedd, gall ymateb ffisiolegol RECs i signalau angiogenig gael ei ddadreoleiddio mewn cyflyrau afiechyd²⁵⁹. Er enghraifft, mae angiogenesis wedi'i ddadreoleiddio yn cael ei arsylwi mewn gwrthodedigarenallograffau²⁶⁰. At hynny, mae colli ffactorau angiogenig, VEGF yn bennaf, wedi'i gysylltu â cholli capilari ar ôl AKI261; i'r gwrthwyneb, mae upregulation VEGF yn gwellaarenswyddogaeth, a gweinyddu VEGF yn lleihau rarefaction capilari yng nghyd-destun anaf isgemia-atlifiad^262,263. Mae tystiolaeth arbrofol a chlinigol yn awgrymu bod CKD, yn tarfu ar y cydbwysedd rhwng ffactorau pro-angiogenig a gwrth-angiogenig.^259,264. Er bod CKD yn cael ei nodweddu gan y rarefaction o capilarïau peritubwl, sy'n hyrwyddoarenhypocsia, yn atal ailwahaniaethu tiwbiau adfywio, ac mae'n debygol o fod yn gysylltiedig â thrawsnewid endothelaidd-i-mesenchymal, sy'n cyfrannu at ffibrosis yr arennau, mae signalau proangiogenig mewn gRECs capilari yn ffafrio tarfu ar y rhwystr hidlo259. Er enghraifft, mae tystiolaeth o fodelau anifeiliaid yn awgrymu, yn ystod cyfnodau cynnar clefyd diabetig yr arennau, bod yr endotheliwm glomerwlaidd a'r ECs a geir yng nghyffiniau'r glomerwlws yn mynd trwy angiogenesis annormal wedi'i gyfryngu gan VEGF; blocâd o angiogenesis yn y modelau hyn yn gwella gweithrediad yr arennau²⁶⁵.

Er mai ychydig a wyddys am dyfiant llestr intussusceptive, mae angiogenesis egino wedi'i nodweddu'n ddwys1. Mae'r broses egino yn cael ei threfnu trwy actifadu derbynyddion wyneb y CE a llwybrau signalau i lawr yr afon gan ffactorau twf angiogenig, ac ymddangosiad dau ffenoteip EC angiogenig mawr - ECs amlhau (a elwir hefyd yn gelloedd coesyn) ac ECs mudol (a elwir hefyd yn gelloedd blaen; a ddisgrifir yn fanwl mewn man arall^1,266,267). Ar y lefel metabolig, mae gan bob math angiogenig EC anghenion penodol (gofynion egniol a biomas), yn ôl eu ffenoteipiau ymledol neu fudol, ac mae'n addasu eu metaboledd yn unol â hynny144 (Blwch 1). Mae angen penderfynu a yw RECs angiogenig, a nodwyd gan astudiaethau RNA-seq un-gell mewn llygod oedolion iach yn arddangos gweithgaredd ffenoteipaidd a metabolaidd tebyg i gelloedd blaen. Ar ben hynny, mae gallu posibl strategaethau metabolaidd fel ychwanegiad metabolaidd i hyrwyddo angiogenesis neu lymphangiogenesis ar gyferarenmae angen ymchwilio ymhellach i atgyweirio ac adfywio hefyd.

Arwyddion angiocrin yn yr aren

Mae ECs hefyd yn cyfarwyddo eu celloedd cyfagos yn uniongyrchol trwy ryddhau ffactorau twf a cytocinau, a mynegiant moleciwlau adlyniad268. Yn yaren, mae'r vasculature yn sefydlu cilfach sy'n cynnal datblygiad a chynnal a chadw'rarenstrwythur a swyddogaeth4,11. Darperir prawf uniongyrchol ar gyfer y cysyniad hwn gan astudiaethau o organoidau arennau sy'n deillio o fôn-gelloedd lluosog anwythol, lle gellir ysgogi aeddfedu strwythurau glomerwlaidd a thiwbaidd trwy hyrwyddo fasgwlaiddiad a llif gwaed trwy drawsblannu'r organoid o dan y capsiwl aren o lygod269. Yn ogystal, mae tarfu ar yr endotheliwm glomerwlaidd mewn arennau llygoden embryonig yn atal aeddfedu podocyte, yn arbennig, caffael prosesau traed a diafframau hollt⁴⁹. Yn ddiddorol, mae'r fasgwleiddiad arennau sy'n datblygu ac yn oedolion yn dangos gwahaniaethau gofodol yn y mynegiant o ffactorau endocrin. Yn ystod datblygiad y glomerwlws, mae'n ymddangos bod matrics sy'n deillio o'r EC metalloproteinase 2 yn rheoleiddio rhyngweithio ECS â podocytau ar gyfer cynulliad glomerwlaidd.²⁷⁰, tra bod mynegiant PDGFB yn ysgogi recriwtio celloedd mesangial^271,272. Mae'r endotheliwm glomerwlaidd sy'n datblygu hefyd yn mynegi genynnau ffactor twf megis Fgf1 a Vegfa, y Notch ligand Dll4, y ciw canllaw niwronaidd Sema5a, a'r antagonist Wnt Dkk2 (cyf 4,11); Mae Dkk2 hefyd wedi'i gyfoethogi mewn gRECs rhydwelïol afferol sy'n gysylltiedig â'r JGA pan fyddant yn oedolion10. Mae'r rhydwelïau a'r rhydwelïau arennol sy'n datblygu hefyd yn mynegi ffactorau twf, gan gynnwys Pdgfb, Tgfb2, a Ltbp4 (cyf. 11); Mae mynegiant Tgfb2 a Ltbp4 yn parhau i gael ei gyfoethogi yn yr un is-setiau REC pan fyddant yn oedolion10. Yn drawiadol, mae'r system signalau ffactor twf tebyg i inswlin yn dangos parthau clir o fewn yr oedolynarenvasculature: mynegir Igf1 yn bennaf yn yarenmedulla gan RECs o'r AVR yn y papila, ystyrir Igfbp7 yn farciwr eang o mRECs, mae Igfbp4 i'w gael yn y gRECs arteriolar afferent, mynegir Igfbp3 yn bennaf gan cRECs capilarïau peritubwlar ac mae Igfbp5 yn cael ei gyfoethogi yn y ddau cortigol capilarïau peritubular a glomer10,1010, cortigol capilari. Mae ffactorau endocrin lluosog eraill hefyd yn dangos mynegiant heterogenaidd ymhlith y gwahanol ffenoteipiau EC mewn arennau llygoden oedolion10. Eu rolau wrth gynnal a chadwarenmeinwe a swyddogaethau yn parhau i gael eu harchwilio.

Mae signalau angiocrine hefyd yn hanfodol ar gyfer y prosesau atgyweirio ar ôl anaf i'r arennau. Er enghraifft, gall RECs gyfrannu at adferiad arennol ar ôl AKI trwy reoleiddio ymatebion llidiol neu ddarparu signalau pro-tiwbwlogenig²⁷³. Mewn cydddiwylliannau, mae celloedd tiwbyn procsimol arennol yn ysgogi RECs i fynegi nifer o ffactorau angiocrine, gan gynnwys VEGF, TGF , ei ffactor twf macroglobwlin a hepatocyte antagonist, sydd yn ei dro yn hyrwyddo goroesiad, ymlediad a gwahaniaethu'r tiwbyn procsimol. celloedd274. Mae'n debygol bod ffacsiwn capilari prin yn achosi prosesau 'atgyweirio anaf cronig - dadreoleiddiedig', sy'n arwain at adfywiad epithelial diffygiol, colli neffron, a signalau pro-llidiol a ffibrotig, o bosibl oherwydd signalau angiocrin annigonol273. I gefnogi'r ddamcaniaeth hon, mae tystiolaeth sy'n dangos bod echdynion celloedd echdynnydd endothelaidd yn meddu ar weithgaredd ad-amddiffynnol mewn modelau anifeiliaid o AKI trwy atal colled capilari a lleihau ffibrosis, gyda ffactorau endocrin fel ffactor ataliol lewcemia yn atal a gwrthdroi trawsnewid ffibroblast-i-myofibroblast.²⁷⁵.

Mae angen ymchwiliad pellach i'r micro-amgylcheddau ffisiolegol a phatholegol sy'n siapio proffiliau endocrin RECs. Ar ben hynny, mae'r mecanweithiau y mae prosesau metabolaidd REC yn cydgysylltu â'r llofnodion endocrin gwahanol hyn yn dal heb eu pennu. Yn ddiddorol, disgrifiodd astudiaeth 2020 gyfathrebu metabolit endocrin wrth adfywio cyhyrau ar ôl isgemia. Dangosodd yr astudiaeth honno fod lactad sy'n deillio o'r EC yn cymell macroffagau i fabwysiadu ffenoteip tebyg i M{2- pro-atgynhyrchiol, gan godi'r cwestiwn a allai mecanwaith tebyg ddigwydd yn yareni hyrwyddo adfywio ar ôl sarhad isgemig²⁷⁶.

Casgliadau

Mae'r system fasgwlaidd mamalaidd wedi'i hystyried ers tro yn gyfrwng goddefol ar gyfer dosbarthu ocsigen a maetholion i'r gwahanol organau, yn ogystal ag ar gyfer tynnu gwastraff, gyda'r endotheliwm yn rhwystr i feinwe gwaed. Nid yw'r patrwm hwn yn ddilys bellach gan fod ymchwil dwys yn y maes fasgwlaidd wedi datgelu rôl weithredol i'r endotheliwm nid yn unig wrth reoleiddio vasotone a llid, ond hefyd wrth aeddfedu organau trwy gynhyrchu cyfryngwyr endocrin, imiwnedd, a swyddogaeth organau. Mae pwysigrwydd ECs i'r prosesau hyn i'w weld yn y ffaith bod pob organ yn elwa o endotheliwm unigryw, wedi'i deilwra i'w anghenion penodol, ac wedi'i siapio gan y microamgylchedd cellog a di-gell.

Endothelium yn yarenyn unigryw i'r organ hwnnw ac yn arddangos heterogeneity helaeth i gynnal gweithgareddau lluosog yr aren mewn homeostasis hylif a phwysedd gwaed. Yn bwysig, nid yn unig y mae camweithrediad REC yn gysylltiedig â chlefyd yr arennau ond gall hefyd ysgogi dilyniant afiechyd, gan nodi endotheliwm yr arennau fel targed therapiwtig perthnasol. Yn ystod y degawd diwethaf, mae dadansoddiadau helaeth wedi datgelu bod metaboledd ECs yn cael ei reoleiddio'n dynn ar y lefelau cellog ac isgellog a bod gwahanol ffenoteipiau'r GE yn arddangos proffiliau metabolaidd unigryw. Mae plastigrwydd metaboledd y CE yn darparu mecanwaith i drefnu ymddygiad ffenoteipaidd y CE, gan alluogi EC i ymateb yn weithredol i newidiadau yn eu micro-amgylchedd, ond hefyd yn darparu cyfle posibl ar gyfer targedu therapiwtig. Er enghraifft, mae ataliad PFKFB3 endothelaidd mewn fflwcs glycolytig normaleiddio ECS tiwmor a gwell aeddfediad llestr yn gysylltiedig â llai o actifadu endothelaidd a thynhau'r rhwystr endothelaidd²⁷⁷. Ar ben hynny, mae ychwanegu ECS gyda'r rhagflaenydd asetyl-CoA, asetad, yn hyrwyddo angiogenesis (lymff), in vitro ac in vivo^278–280. Gall dietau penodol hefyd gynnig llwybrau therapiwtig newydd: dangosodd astudiaeth yn 2019 fod diet cetogenig yn hyrwyddo lymffangiogenesis trwy gynyddu'r gronfa o asetyl-CoA mewn LECs, a lleihau lymffoedema mewn model anifail²⁸¹

Yr un modd, yn yaren, credir bod heterogenedd ffenotypig RECs yn cael ei yrru gan addasiadau metabolaidd i anghenion cellog a signalau o'r micro-amgylchedd mewn iechyd ac afiechyd. Mae targedu metabolaidd camweithrediad endothelaidd, yn ogystal ag angiogenesis a lymphangiogenesis, yn strategaethau posibl i wella gweithrediad yr arennau yng nghyd-destun clefyd yr arennau. Mae organoidau arennau wedi'u cynnig fel dull adfywiol i'w disodliarenswyddogaeth ond mae eu diffyg fasgwleiddiad datblygedig yn gyfyngiad mawr^282–284. Strategaethau (gan gynnwys strategaethau metabolaidd) i ysgogiarengall fasgwlareiddio organoidau a hyrwyddo aeddfedu yn y GE hyrwyddo aeddfedu'r organoidau hyn ac yn y pen draw hwyluso eu defnydd therapiwtig²⁶⁹. Er gwaethaf yr angen am ymchwiliad pellach i nodweddion penodol yr endotheliwm arennol, mae’r dystiolaeth sydd ar gael yn cefnogi rôl allweddol i’r celloedd hyn mewnarenprosesau ffisiolegol ac yn awgrymu y gallai targedu (metabolig) o RECs fod yn strategaeth fuddiol iawn ar gyfer hyrwyddo adferiad ac adfywiad arennol.

1. Carmeliet, P. & Jain, RK Mecanweithiau moleciwlaidd a chymwysiadau clinigol angiogenesis. Natur 473, 298–307 (2011).

2. Wong, BW, Zecchin, A., Garcia-Caballero, M. & Carmeliet, P. Cysyniadau sy'n dod i'r amlwg mewn pibellau lymffatig organ-benodol a rheoleiddio metabolaidd datblygiad lymffatig. Dev. Cell 45, 289–301 (2018).

3. Marcu, R. et al. Heterogeneity celloedd endothelaidd organ-benodol dynol. iGwyddoniaeth 4, 20–35 (2018).

4. Nolan, DJ et al. Llofnodion moleciwlaidd o heterogenedd celloedd endothelaidd microfasgwlaidd penodol i feinwe wrth gynnal ac adfywio organau. Dev. Cell 26, 204–219 (2013).

5. Augustin, HG & Koh, GY Fasgiwleiddiad Organotypic: o heterogenedd disgrifiadol i bathoffisioleg swyddogaethol. Gwyddoniaeth 357, eaal2379 (2017).

6. Kalucka, J. et al. Atlas trawsgrifio ungell o gelloedd endothelaidd murineaidd. Cell 180, 764–779.e20(2020).

7. Herzlinger, D. & Hurtado, R. Patrymu gwely fasgwlaidd arennol. Semin. Cell Dev. Biol. 36, 50–56(2014).

8. Jourde-Chiche, N. et al. Strwythur a swyddogaeth endotheliwm ym maes iechyd ac afiechyd yr arennau. Nat. Nephrol y Parch. 15, 87–108 (2019).

9. Molema, G. & Aird, WC Heterogenedd fasgwlaidd yn yr aren. Semin. Nephrol. 32, 145–155 (2012).

10. Dumas, SJ et al. Mae dilyniannu RNA cell sengl yn datgelu heterogenedd endotheliwm arennol ac addasu metabolaidd i amddifadedd dŵr. J. Am. Soc. Nephrol. 31, 118–138 (2020).

11. Barri, DM et al. Penderfynyddion moleciwlaidd arbenigaeth fasgwlaidd neffron yn yr aren. Nat. Cymmun. 10, 5705 (2019).

12. Jang, C. et al. Cyfnewid metabolion rhwng organau mamalaidd wedi'i fesur mewn moch. Cell Metab. 30, 594–606.e3 (2019).

13. Wong, BW, Marsch, E., Treps, L., Baes, M. & Carmeliet, P. Metabolaeth celloedd endothelaidd mewn iechyd a chlefyd: effaith hypocsia. EMBO J. 36, 2187–2203(2017).

14. Makris, K. & Spanou, L. Anaf acíwt i'r arennau: diffiniad, pathoffisioleg a ffenoteipiau clinigol. Clin. Biocemeg. Dat 37, 85–98 (2016).

15. Levey, AS et al. Diffiniad a dosbarthiad clefyd cronig yn yr arennau: datganiad sefyllfa o Glefyd yr Arennau: Gwella Canlyniadau Byd-eang (KDIGO). Arennau Int. 67, 2089–2100 (2005).

16. Verma, SK a Molitoris, BA Anaf endothelaidd arennol a chamweithrediad microfasgwlaidd mewn anaf acíwt i'r arennau. Semin. Nephrol. 35, 96–107 (2015).

17. Goligorsky, MS Pathogenesis o gamweithrediad celloedd endothelaidd mewn clefyd cronig yn yr arennau: adolygiad ôl-weithredol a'r hyn a all fod yn y dyfodol. Arennau Res. Clin. Ymarfer. 34, 76–82 (2015).

18. Rosivall, L. a Peti-Peterdi, J. Heterogenedd y rhydweli afferol – cydberthynas rhwng morffoleg a swyddogaeth. Nephrol. Deialwch. Trawspl. 21, 2703–2707(2006).

19. Guerci, P., Ergin, B. & Ince, C. Mae macro-a microcirculation yr aren. Arfer Gorau. Res. Clin. Anaesthesiol. 31, 315–329 (2017).

20. Wang, K. & Kestenbaum, B. Clirio secretory tiwbaidd agos: partner hesgeuluso gweithrediad yr arennau. Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 13, 1291–1296 (2018).