قسمت 1 هم اکسیژناز 1: یک واسطه دفاعی در بیماری های کلیوی

قسمت 1

آن گرون والد¹، لوبکا تی رومنینا¹و ماری فریمات ^2,3,*

خلاصه:بروزکلیهبیماری در حال افزایش است و بار قابل توجهی بر سیستم مراقبت های بهداشتی ایجاد می کند و شناسایی اهداف درمانی جدید را به طور فزاینده ای ضروری می کند. سیستم هم اکسیژناز (HO) عملکرد مهمی را در تنظیم استرس اکسیداتیو و التهاب انجام می‌دهد و از طریق این مکانیسم‌ها، تصور می‌شود که در پیشگیری از آسیب‌های غیراختصاصی به دنبال نارسایی حاد کلیوی یا ناشی از بیماری مزمن کلیوی نقش دارد. بیان HO-1 به شدت توسط طیف وسیعی از محرک ها القا می شودکلیهدر نتیجه نقش فیلتراسیون کلیه به این معنی است که HO{0}} در معرض طیف وسیعی از مولکول های درون زا و برون زا قرار می گیرد و نشان داده شده است که در انواع مدل های حیوانی آسیب شناسی عصبی محافظت می کند. جالب توجه است که اثر مثبت HO-1 هم در بیماری‌های تحت سلطه همولیز و رابدومیولیز رخ می‌دهد، جایی کهکلیهبه طور گسترده در معرض هم (یک محرک اصلی HO{0}}) و همچنین در بیماری‌های غیر وابسته به هم مانند فشار خون بالا، نفروپاتی دیابتی یا پیشرفت به مرحله نهایی بیماری کلیوی است. این امر پیچیدگی عملکردهای HO-1 را برجسته می‌کند، که با این واقعیت نیز نشان داده می‌شود که، علی‌رغم فراوانی داده‌های بالینی، هیچ دارویی برای هدف‌گیری HO-1 تاکنون به استفاده بالینی ترجمه نشده است. هدف از این بررسی، ارزیابی دانش کنونی مربوط به نقش HO-1 در کلیه و علاقه بالقوه آن به عنوان یک عامل محافظت کننده نفرو است. منافذ درمانی بالقوه، به‌ویژه از طریق شناسایی آزمایش‌های بالینی که این آنزیم یا محصولات آن را هدف قرار می‌دهند، ارائه خواهند شد.

کلید واژه ها:هم-اکسیژناز-1; هِمکلیه; همولیز؛ رابدومیولیز؛ سمیت؛ ایسکمی خونرسانی مجدد

تماس:ali.ma@wecistanche.com

فواید عصاره سیستانچ برای بیماری کلیوی، برای دریافت نمونه اینجا را کلیک کنید

1. مقدمه

تعداد افراد مبتلا به مزمن در سراسر جهانکلیهبیماری (CKD)، آسیب حاد کلیه (AKI)، یا نیاز به درمان جایگزینی کلیه بیش از 850 میلیون نفر است [1]. بروز پیش‌بینی‌شده باعث نگرانی است، پیش‌بینی می‌شود که بیماری مزمن کلیه تا سال 2040 به پنجمین علت مرگ و میر در جهان تبدیل شود [2]. به طور کلی پذیرفته شده است کهکلیهبیماری ها یک موضوع بهداشت عمومی مهم هستند و نیاز به یک رویکرد چندوجهی برای مهار این تکامل فرضی به فوریت مورد نیاز است [3]. شناسایی اهداف درمانی جدید، هم برای محدود کردن تأثیر حوادث حاد کلیوی و هم برای بهبود پیامدهای ضعیف در CKD، در طیف وسیعی از علل زمینه‌ای، از اهمیت کلیدی برخوردار است. چندین نامزد برای محافظت از نفر در حال حاضر در حال مطالعه هستند [4،5]. سیستم هم اکسیژناز (HO) یکی از اهدافی است که می تواند برای محافظت از ساختارهای کلیه در برابر آسیب ناشی از استرس اکسیداتیو، محدود کردن التهاب و در نتیجه تسریع پیری استفاده شود.

HO در سال 1968 توسط تنهونن و همکارانش کشف شد، که برای اولین بار توانایی آن را در کاتالیز کردن تجزیه هم (Fe-protoporphyrin IX) به آهن آزاد، مونوکسید کربن (CO) و بیلی‌وردین که به سرعت به بیلی روبین تبدیل می‌شود، توضیح دادند. دو ایزوفرم اصلی HO توصیف شد: HO القایی-1 و HO سازنده-2. HO که در ابتدا صرفاً به عنوان یک سیستم بازیافت برای هم از گلبول‌های قرمز پیر در نظر گرفته می‌شد، از آن زمان به‌خاطر متابولیت‌هایش و سیگنال‌دهی پایین‌دست، تعدادی ویژگی‌های محافظ سلولی نسبت داده می‌شود، و تعریف خود را از یک "توپ ویرانگر مولکولی" به یک محرک "محور کننده" گسترش می‌دهد. رویدادهای سلولی، به نقل از Maines و همکاران. [7]

با توجه به ظرفیت های آنتی اکسیدانی و ضد التهابی بالقوه، HO{1}} موضوع مورد توجه فزاینده ای برای نقش آن در آسیب شناسی های مختلف انسانی است. در میان اندام‌های مورد مطالعه، کلیه در 30 سال گذشته اغلب برجسته شده است، به ویژه از طریق شناسایی نقش HO{3}} در بیماری‌های مختلف کلیوی، متابولیک و عروقی با ماهیت حاد و مزمن [8-11]. ]. HO{6}} برای کارآمدی ضروری استکلیهعملکرد، همانطور که با آسیب کلیه در انسان‌های مبتلا به کمبود HO{0}} و مطالعات حیوانی متعدد (در زیر توضیح داده شده است) نشان داده شده است. راکلیه هاعملکردهای فیزیولوژیکی به طور خاص بر تنظیم HO{0}} تأثیر می گذارد. در واقع، بافت کلیه به هیپوکسی [12]، محرک اصلی بیان HO بسیار حساس است، و به‌ویژه به دلیل عملکردهای فیلتراسیون و بازجذب، در معرض مولکول‌های سمی است. این ویژگی خاص بودن یک اندام "سم زدایی" که با کبد مشترک است، به این معنی است که کلیه به شدت در معرض الگوهای مولکولی مرتبط با آسیب (DAMPs) و واسطه های استرس قرار دارد. جالب اینجاست کهکلیهدارای ظرفیت سنتز آلبومین، پروتئین آلفا و هاپتوگلوبین تحت آسیب ایسکمیک ایسکمیک یا سمی است که موازی با کبد را مشخص می کند [13،14]. بنابراین، سلول‌های کلیوی به استراتژی‌های سازگاری برای حفظ عملکرد و یکپارچگی خود در چنین محیط سختی نیاز دارند. کلیه محل اصلی مواجهه با هم در صورت همولیز خارج عروقی یا رابدومیولیز و از این رو برای القای بیان HO است. تحت این شرایط، بیان بیش از حد HO{3}} به راحتی با نیاز به کاتابولیزاسیون اضافه بار همم آزاد توضیح داده می شود. با این حال، دخالت HO{4}} در بیماری‌های کلیوی فراتر از چارچوب بیماری‌های مرتبط با هم است و پیچیدگی مکانیسم‌های عمل آن را نشان می‌دهد که فراتر از کاتابولیسم هم است [15].

هدف این بررسی خلاصه کردن حجم زیادی از داده های تجربی و بالینی است که اهمیت HO-1 را درکلیهبدون فراموش کردن این نکته که HO{0}} نیز مهم است: به طور اساسی در کلیه تحت شرایط هموستاتیک بیان می‌شود، در اولین خط دفاعی در برابر ایسکمی و سایر توهین‌ها قرار می‌گیرد، و اثرات سلولی آن در پروتئین هم نشان داده شده است. AKI ناشی از ایسکمی [16]. در مقایسه با ادبیات مربوط به HO-1، با این حال، مطالعات بسیار کمی وجود دارد که اهمیت عملکردی HO-2 را در بیماری‌های کلیوی بررسی کند. بنابراین، این بررسی بر HO-1 تمرکز خواهد کرد. پس از آشنایی کلی با خصوصیات HO در کلیه، نقش این آنزیم را در جمعیت های مختلف سلول های کلیوی و در بیماری های کلیوی شرح خواهیم داد. با توجه به عملکرد اصلی آن یعنی بازیافت هِم، با توجه به اینکه آیا آزادسازی گسترده هِم آزاد وجود دارد یا خیر، به این حالات پاتولوژیک نزدیک خواهیم شد. در نهایت، کاربردهای بالینی فعلی ارائه خواهد شد، که تفاوت بین انبوه داده های تجربی موجود و کمبود نسبی کاربردهای درمانی را آشکار می کند.

2. درباره Heme Oxygenase-1 در کلیه

2.1. چرا HO-1 مخصوصاً برای کلیه مهم است؟

در طی چند دهه گذشته، نقش کلیدی سیستم HO-1 در پاتوفیزیولوژیکلیهبیماری ها توسط مطالعات متعدد پشتیبانی شده است. در دو بیمار مبتلا به کمبود HO که به‌روز گزارش شده‌اند، کلیه یکی از اعضای آسیب دیده بود. هر دو بیمار هماچوری و پروتئینوری داشتند.کلیهبیوپسی افزایش تکثیر مزانژیال و ضخیم شدن کانونی حلقه های مویرگی را با میکروسکوپ نوری و جدا شدن اندوتلیال در مویرگ گلومرولی با میکروسکوپ الکترونی نشان داد [17،18]. صدمات کلیوی نیز در هر دو مدل حیوانی که برای HMOX1 باطل شده بودند، وجود داشت، با برخی تفاوت‌های آشکار بین مدل‌های موش [19] و موش [20]. در موش‌های Hmox{5}}/-، فقدان هم اکسیژناز عملکردی مسئول افزایش حساسیت به استرس اکسیداتیو [19]، کاهش هموفاگوسیتوز گلبول‌های قرمز پیر خون توسط ماکروفاژهای بافتی، افزایش همولیز و توزیع مجدد آهن از طحال و کبد بود. ماکروفاژها به هپاتوسیت ها و سلول های توبول پروگزیمال کلیه [21]. به طور مشابه، موش های Hmox{9}}/- کم خونی، اسپلنومگالی، و نفوذ سلول های التهابی بینابینی برجسته و اسکار فیبروز در کلیه های خود را نشان دادند. در حالی که ضایعات گلومرولی در مدل موش حکایتی بود، Atsaves و همکاران. افزایش در ماتریکس مزانژیال و ضایعات گلومرولواسکلروز کانونی و سگمنتال در موش‌های صحرایی Hmox1-/- مشاهده شد. این یافته های مورفولوژیکی با افزایش نیتروژن اوره خون، کراتینین سرم و آلبومینوری مرتبط بود، اما جالب است که هیچ افزایشی در رسوبات آهن در گلومرول ها، لوله ها یا بینابینی وجود نداشت [20].

آسیب خودبخودی کلیه در هر دو مدل انسانی و حیوانی که برای HMOX باطل شده است، نشان می دهد که HO{0}} برای عملکرد کارآمد کلیه مهم است. نقش محافظتی کلیوی این آنزیم در چندین مدل چالش کلیوی در شرایط بی اعتباری/مهار یا بیان بیش از حد HO تأیید شده است [22]. با این حال، تفاوت های بافت شناسی ذکر شده در بالا، مشکلات انتقال نتایج از یک گونه به گونه دیگر را نشان می دهد. تفاوت در تنظیم HO{3}} بین انسان و موش به خوبی توضیح داده شده است، که انگیزه تولید موش‌های تراریخته hHO-1 BAC [23] است. در این مدل، HO{6}} بیش از حد بیان می‌شود، و ناشناخته باقی می‌ماند که آیا این عبارت پس‌زمینه بالاتر ممکن است آسیب‌های ظریف را در دوره‌های زمانی طولانی پنهان کند یا حتی خود اثرات نامطلوبی داشته باشد.

درک بهتری از نحوه عملکرد HO-1 درکلیهو اینکه چگونه بیان یا عملکرد آن کنترل می شود، برای درک ما ضروری استکلیهفیزیولوژی و آسیب شناسی اما یادآوری محدودیت های هر مطالعه در تفسیر و ترجمه آن (مثل همیشه) مهم است: ما سعی خواهیم کرد این دیدگاه انتقادی را در طول این بررسی حفظ کنیم.

2.2. تنظیم بیان HO-1 در کلیه ها

پروتئین HO{0}} همه جا حاضر است، در غشای شبکه آندوپلاسمی لنگر می‌یابد و همچنین در هسته‌های میتوکندری و کاوئولین موضعی دارد، در حالی که ژن HO{1}} (HMOX1) که HO را کد می‌کند، بر روی کروموزوم 22 قرار دارد. بسیاری از محرک‌ها می‌توانند رونویسی HMOX1 را تعدیل کنند و طیف وسیعی از موتیف‌های اتصال به DNA را در پروموتور آن و تعداد زیادی مسیرهای سیگنالینگ که منجر به رونویسی آن می‌شوند، منعکس می‌کنند. تنظیم کننده اصلی ژن HMOX1 فاکتور اریتروئید هسته ای 2 (Nrf2) است که فعال شدن آن به تعامل آن با پروتئین مرتبط با ECH از نوع Kelch (Keap1) بستگی دارد. تعامل Keap-Nrf2 باعث تخریب Nrf2 (وضعیت سالم) می‌شود، در حالی که بی‌ثباتی این کمپلکس Nrf2 را آزاد می‌کند که به درون هسته منتقل می‌شود و ژن‌های خاصی از جمله HO{16}} (حالت استرس) را تنظیم می‌کند. بسیاری دیگر از فعال‌کننده‌ها یا سرکوب‌کننده‌های HO وجود دارند که یک شبکه زیست مولکولی پیچیده را تشکیل می‌دهند (به تفصیل در بررسی‌های قبلی [7،10]). جزئیات در مورد آنها فراتر از محدوده این بررسی است و ما در اینجا بر ویژگی‌های خاص کلیه بیان HO تمرکز خواهیم کرد.

درکلیهسطوح پروتئین HO-1 در شرایط هموستاتیک غیرقابل تشخیص است، به جز در لوله‌هایی که با این وجود پایین می‌ماند [24]. بسیاری از شرایط استرس آور برای تنظیم رونویسی کلیه HO{3}} شناخته شده است، از جمله استرس اکسیداتیو، شوک گرمایی، هیپوکسی، فلزات سنگین و سموم (مرور در Bolisetty و همکاران [8]). تحت این شرایط، بیان HO{5}} در بین بخش‌های مختلف کلیوی ناهمگن باقی می‌ماند. کلیه از دو ناحیه اصلی تشکیل شده است: قشر خروجی و مدولا در داخلی ترین ناحیه. بصل النخاع شامل بیشتر طول نفرون ها، اجزای عملکردی کلیه است که مایعات را از خون فیلتر می کند. قشر کلیه شامل گلومرول ها، آن دسته از مویرگ ها است که پلاسما از طریق غشای پایه گلومرولی فیلتر می شود. مایع فیلتر شده سپس در امتداد لوله پروگزیمال پیچیده به حلقه هنله و سپس به لوله پیچیده دیستال و مجاری جمع‌آوری می‌رود که به حالب تخلیه می‌شود (شکل 1). فیلتراسیون گلومرولی و بازجذب املاح (دو وظیفه اصلی کلیه) توسط جریان خون کلیوی پشتیبانی می شود که در میان بالاترین میزان در بدن قرار دارد و کلیه ها حدود 20 تا 25 درصد برون ده قلبی را دریافت می کنند. در مقایسه با قشر، جریان خون به بصل النخاع کلیه نسبتاً کم است. این نابرابری برای فعال کردن یک مکانیسم متمرکز متمرکز ادرار لازم است و همچنین حساسیت خاص مدولا به کاهش جریان خون را توضیح می دهد. بنابراین، تحت شرایط استرس، HO{9}} بیشتر از قشر مغز در بصل النخاع بیان می شود [25]. بیان آن در توبول ها (به ویژه توبول های پروگزیمال) بسیار قوی است، اما در گلومرول ها حداقل یا وجود ندارد، همانطور که در شکل 2 در بیماران همولیتیک و موش های تزریق شده با هم نشان داده شده است. با این حال، نشان داده شده است که القای قبلی HO در گلومرول‌ها از ایجاد گلومرولونفریت نفروتوکسیک در مدل موش لوئیس جلوگیری می‌کند، اما تولیدکننده اصلی HO-1 در گلومرول‌ها ماکروفاژهای نفوذی بودند. نه سلول های گلومرولی ذاتی [26]. این ظرفیت پایین گلومرول ها برای بیان HO{16}}، که یک مکانیسم محافظ سلولی کلیدی است، می تواند حساسیت خاص گلومرول ها به عوامل استرس زا را در پاتولوژی های خاص توضیح دهد [27].

در مجموع، این داده‌ها نشان می‌دهند که سطوح HO-1 معمولاً در آن غیرقابل شناسایی هستندکلیهاما HO{0}} در طول آسیب شناسی، به ویژه از طریق فاکتور رونویسی اصلی Nrf2، به شدت در لوله ها القا می شود. اما ظرفیت گلومرول ها برای القای HO کمتر است.

2.3. HO-1 و Nephroprotection

مانند HO-2، HO-1 افزودن وابسته به NADPH یک مولکول اکسیژن را به حلقه پورفیرین هِم هدایت می‌کند، بنابراین اکسیداسیون هِم و آزادسازی هممولار بیلی‌وردین، آهن آزاد و اکسید کربن را کاتالیز می‌کند. (CO). تمام این رویدادها با حذف هم آزاد، تنظیم جریان آهن و افزایش سطح بیلی روبین و CO باعث محافظت سلولی می شوند. در واقع، اثرات مضر هِم آزاد به‌خوبی توصیف می‌شود، به‌ویژه در محل عروق از طریق سمیت مستقیم، اما همچنین از طریق تحریک مسیرهای سیگنالینگ پیش‌التهابی (مانند DAMPs) و فعال‌سازی سیستم کمپلمان [28]. مشابه سلول‌های اندوتلیال، چنین اثرات نامطلوبی در سایر انواع سلول‌ها در صورت قرار گرفتن انبوه در معرض هم گزارش می‌شود. این مورد برای فیبرهای عضلانی اسکلتی انسان است، که در آن قرار گرفتن در معرض هم باعث اختلال عملکرد انقباضی [29] و سلول های لوله ای کلیوی [30] می شود. علاوه بر این، آهن حتی در غلظت های پایین نیز به طور قابل توجهی سمی است. در واکنش فنتون شرکت می‌کند و هیدروکسیل تولید می‌کند و می‌تواند منجر به مرگ سلولی توسط فروپتوز شود، یک مسیر مرگ سلولی که با کاهش وابسته به آهن در سطوح گلوتاتیون (GSH) و تجمع هیدروپراکسیدهای لیپیدی به سطوح کشنده مشخص می‌شود [31]. بنابراین، گزارش شده است که محافظت سلولی HO حداقل تا حدی به دلیل افزایش شار آهن [32] بوده است که پس از انتشار آن یا در فریتین ذخیره می شود یا از ماکروفاژها به پلاسما برای دوباره صادر می شود. استفاده از طریق فروپورتین صادرکننده آهن گذرنده. CO با انقباض عروق مقابله می کند و دارای خواص آنتی اکسیدانی قوی است، مانند بیلیوردین، که به طور آنزیمی از طریق بیلی وردین ردوکتاز به بیلی روبین تبدیل می شود [33].

با انتقال این خواص به سطح کلیوی، درک علاقه تحقیقاتی در مهار این مولکول به منظور درمان آسان است.کلیهمرض. اثرات مثبت تقریباً 30 سال است که به دنبال کار Nath و همکارانش، که گزارش کردند HO{1}} در یک مدل موش از نارسایی حاد کلیوی ناشی از گلیسرول محافظت می‌کند، توضیح داده شده است. در مدل آنها، یک تزریق قبلی هموگلوبین به سرعت RNA و پروتئین HO{3}} را در کلیه القا کرد که از پیشرفت به نارسایی کلیه جلوگیری کرد [34]. از آن زمان تاکنون اثرات محافظتی نفرو HO و متابولیت های آن در مدل های مختلف بیماری کلیوی گزارش شده است [8،35]. اهمیت بالقوه HO در پاتوژنز بیماری های کلیوی نیز با پیوند بین پلی مورفیسم در ژن HO و پیامد کلیوی پیشنهاد می شود. افراد با تکرار (GT)n کوتاه‌تر در ناحیه پروموتر HO، فعالیت رونویسی بالاتری دارند و بنابراین سطوح HO{11}} بالاتری نسبت به افراد با تکرار (GT)n طولانی‌تر دارند [36]. جالب توجه است که تکرارهای طولانی (GT)n در چندین زمینه با پیش آگهی بدتری همراه بوده است، یعنی خطر بالاتر برای AKI پس از جراحی قلب یا کاهش عملکرد کلیه پس از پیوند کلیه [37،38]. با این حال، شواهدی مبنی بر اثر محافظتی تکرار کوتاه (GT)n برای بقای پیوند یا گیرنده پس از پیوند کلیه [39] وجود ندارد که بر پیچیدگی مکانیسم‌های درگیر تأکید دارد. سطوح بیان HO{16}} نیز ممکن است با سن متفاوت باشد. بیان کلیوی ژن HO{17}} در موش های کنترل C57Bl6 در 18 سالگی در مقایسه با سن 3 ماهگی به طور قابل توجهی کاهش یافت [40]. در مطالعه دیگری، بیان پروتئین HO{23}} در ابتدا بین موش‌های 6-{25}هفته‌ای و موش‌های {27}ساله تفاوت معنی‌داری نداشت، اما توانایی حیوانات مسن‌تر برای تنظیم مثبت HO -1 در پاسخ به آسیب های ایسکمی-پرفیوژن مجدد (IRI) دچار اختلال شد (به ویژه در بصل النخاع)، و عملکرد کلیوی بدتری را در مقایسه با حیوانات جوان نشان دادند [41]. این نتایج نشان دهنده حساسیت کلیوی افراد مسن به عوامل نفروتوکسیک است.

به طور خلاصه، القای پیشگیرانه یا ژنتیکی بیان HO-1 در بسیاری از مطالعات نشان داده شده است که از کلیه محافظت می کند. کاهش بیان HO{1}} کلیوی ممکن است به این بیماری کمک کندکلیه هاحساسیت به پاتولوژی های خاص

3. HO-1 در جمعیت سلولی کلیه

تجزیه و تحلیل های مقایسه ای نشان داده است که HO{0}} به همان میزان در جمعیت های سلولی متمایز بیان نمی شود.کلیهبرای یک محرک معین (شکل 1). در طی همولیز داخل عروقی یا در حضور محرک‌های استرس آور یا داروهای HO در گردش خون، سلول‌های اندوتلیال اولین سلول‌هایی هستند که توسط این عوامل استرس‌زا سیستمیک به چالش کشیده می‌شوند. اگر عامل استرس زا در گلومرول ها فیلتر شود، پودوسیت ها در معرض دید قرار می گیرند و ممکن است آسیب ببینند، همانطور که در نفروپاتی دیابتی دیده می شود. علاوه بر این، عامل استرس زا می تواند با سلول های مزانژیال مواجه شود که نقش ترشحی و تعدیل کننده ایمنی دارند و در طول کمبود HO تکثیر می شوند. در نهایت، عامل استرس‌زا ممکن است به اپیتلیوم لوله‌ای برسد که بیشترین نوع سلول در رابطه با HO{4}} مورد مطالعه است (توبول‌های پروگزیمال و دیستال باید به طور جداگانه با توجه به اپیتلیوم در نظر گرفته شوند). سلول های اپیتلیال لوله ای قوی ترین ظرفیت را برای بیان بیش از حد HO دارند و در صورت کمبود آن یا در حین همولیز داخل عروقی و رابدومیولیز متحمل شدیدترین آسیب می شوند. این بخش عملکردهای کلیدی انواع سلول های اصلی کلیه و نقش خاص HO{6}} در آنها را شرح می دهد.

3.1. سلول های اندوتلیال

اندوتلیوم از تک لایه سلول های اندوتلیال (EC) تشکیل شده است که عملکردهای حیاتی را در رگ های خونی انجام می دهند. آنها داخل رگ های خونی را می پوشانند و عملکردهای سدی را انجام می دهند، اما همچنین به عنوان رابط تبادلی با بافت های مجاور، حسگر بافت و استرس داخل عروقی و به عنوان منبع واسطه های دفاعی عمل می کنند [42]. به این ترتیب، EC اولین خط سلولی است که با عوامل استرس زا در گردش مواجه می شود و بیان HO برای بقای آنها ضروری است، با بیماران دارای کمبود HO و مدل های موشی که آسیب اندوتلیال گسترده ای را نشان می دهند [19،43]. اثرات جانبی HO-1 در EC در هر اندامی رخ می دهد و در مورد القای آن توسط مولکول های مختلف کار زیادی وجود دارد [44،45]. با توجه به محلی سازی آن (در اندام های مختلف، در عروق یا مویرگ ها)، ساختار، تخصص و عملکرد EC متفاوت است. بنابراین، EC از بسترهای عروقی مختلف دارای نمایه‌های بیان پویا (هم از نظر مکانی و هم زمانی) است و این ممکن است دخالت انتخابی آنها را در فرآیندهای مختلف بیماری توضیح دهد [42].

درکلیهسه نوع اصلی اندوتلیوم را می توان تشخیص داد: گلومرولی، مویرگ اطراف لوله، و اندوتلیوم عروق متوسط/بزرگ [46]، که هر کدام دارای سطوح مختلف بیان یا عملکرد HO{1}} هستند. EC گلومرولی "فنستره" است و توسط یک گلیکوکالیکس [47] پوشیده شده است که مسئول محدود کردن عبور ماکرومولکول به اتاق ادرار است [48]. با وجود گلیکوکالیکس، مولکول های آبگریز کوچک (مانند هم) می توانند وارد غشای سلولی شده و مسیرهای پیش التهابی و پروترومبوتیک، از جمله سیگنال دهی TLR{4}} را فعال کنند، بنابراین چسبندگی سلول های خونی و انسداد عروق را افزایش می دهند (Schaer et al., 2013). EC مویرگ‌های اطراف لوله‌ای نیز دارای فنس است و روی یک استرومای نازک قرار می‌گیرد. آنها اجزای بازجذب شده را حمل می کنند و عملکرد سلول های اپیتلیال لوله ای را حفظ می کنند [46]. در نهایت، اندوتلیای هر دو عروق متوسط ​​و بزرگ به هم پیوسته است، با EC به هم پیوسته. تنوع ساختاری و عملکردی EC در کلیه به عنوان تابعی از محلی سازی آنها باعث می شود که آنها به طور متفاوتی نسبت به عوامل استرس زا خاص، مانند مولکول های تصفیه شده سمی یا پیش التهابی برای EC گلومرولی، هیپوکسی برای مویرگ های اطراف لوله، یا تغییرات در تنش برشی با ویژگی های مربوطه حساس شوند. به چنین حملاتی [46].

عوامل اصلی مؤثر بر بیان HO{0}} در EC عبارتند از هیپوکسی، تنش برشی، وجود هم، و سایر عوامل استرس زا در گردش (آمونیاک [49]، S-آدنوزیل متیونین [50] و غیره)، مواد در گردش (استاتین ها). [51]، رسوراترول [52] و غیره) یا داروها. فشار جزئی اکسیژن در امتداد مویرگ اطراف لوله کاهش می یابد، به ویژه در شرایط استرس با مصرف بیش از حد O2. جالب توجه است، گزارش شده است که بیان HO در هنگام هیپوکسی کاهش می یابد در حالی که بیان HO در EC ورید ناف ماکرو عروقی انسان (HUVEC) حفظ شده است [53]. با این حال، بیان HO در EC مویرگ‌های اطراف لوله‌ای میکروواسکولار تحت شرایط مختلف القا می‌شود که ممکن است هیپوکسی (هم، آنژیوتانسین II و غیره) را تحریک کند. تنش برشی فیزیولوژیکی یک عامل تعیین کننده اصلی بقای EC است، همانطور که در پلاک های آترواسکلروتیک کاروتید انسان [54] و کاروتیدهای خرگوش با کاهش جریان خون [55] نشان داده شده است: همچنین بیان عوامل ضد التهابی را القا می کند (In vitro در HUVEC و in vivo در آئورت خرگوش [56] و گشادکننده عروق (in vitro و in vivo در موش [57]). جالب توجه است که بیان HO توسط تنش برشی، در شرایط آزمایشگاهی در ماکروواسکولار (آئورت) و میکروواسکولار (HMEC) EC انسان [58] القا می‌شود، و این بیان در موش‌های صحرایی گزارش شده است که به طور مستقیم با سطح تنش برشی مرتبط است. : بیان بالاتر در سطوح جریان بالا (در شریان ها)، اما نیاز به عوامل دیگری برای بیان HO{18}} در سطوح جریان پایین (در عروق کوچک) [59]. این پدیده تاکنون تنها در عروق روده گزارش شده است. با این حال، اگر این نتایج در سایر اندام‌ها تأیید شود، ممکن است کاهش القای HO را در مویرگ‌ها مانند EC گلومرولی تحت استرس توضیح دهد [27]. EC به شدت در معرض محصولات سیتوتوکسیک مشتق شده از همولیز است و پاسخ های اندوتلیال به این توهین ها منعکس کننده ناهمگنی EC است. EC میکروواسکولار، و به ویژه EC گلومرولی، در مقایسه با EC ماکروواسکولار، هم در شرایط آزمایشگاهی و هم در مدل همولیز موش، کمتر مستعد افزایش تنظیم HO هستند [27]. این امر آنها را به‌ویژه از طریق تفاوت در تنظیم مکمل C3 و تخریب هم در مقایسه با EC ماکروواسکولار، مستعد آسیب می‌کند [27]. اطلاعات کمی در مورد ظرفیت القایی HO{28}} EC مویرگ های اطراف لوله ای وجود دارد.

EC ماکروواسکولار کلیوی با توجه به بیان و عملکرد HO{0} در مطالعه ضعیفی باقی مانده است. پرکاربردترین مدل در مطالعه EC ماکرو عروقی، EC ورید ناف انسان (HUVEC) است. قرار گرفتن در معرض هم در HUVEC مسئول انتقال سریع سیگنال، بسیج اجسام اندوتلیال Weibel Palade، و فعال سازی NF-kB است، بنابراین به آنها یک فنوتیپ ضد التهابی و پیش ترومبوتیک می دهد [60-62]. با این حال، قرار گرفتن در معرض طولانی‌تر به آن‌ها اجازه می‌دهد مکانیسم‌های سازگاری را توسعه دهند و در برابر آسیب‌های ناشی از استرس اکسیداتیو و محصولات پراکسیداسیون لیپیدی بسیار مقاوم شوند. اینها شامل القای فریتین و HO-1 [63] می‌شود، اگرچه القای HO{10}} در EC گلومرولی در شرایط آزمایشگاهی و در مدل‌های همولیز موش بسیار ضعیف‌تر است [27،64]. القای HO{13}} در EC ماکروواسکولار به ویژه فعال سازی کمپلمان تعدیل شده [27،65]، بیان ترومبومودولین در شرایط همولیز [27] و در زمینه سپتیککلیهآسیب [66]، و بیان مولکول های چسبندگی مرتبط با فعال سازی EC [67].

در مجموع، این داده ها نشان می دهد کهکلیهاندوتلیوم به دلیل عملکرد فیلتراسیون به شدت تحت تأثیر سموم و عوامل استرس زا قرار می گیرد. به نظر می‌رسد که چنین عوامل استرس‌زا مکانیزم‌های سازگاری قوی را در EC ماکرو عروقی ایجاد می‌کنند که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا حد مشخصی در برابر توهین مقاومت کنند، عمدتاً توسط تنظیم مثبت HO-1 و ژن‌های مرتبط با آن. در حالی که فقدان قابل توجهی از داده ها در ادبیات وجود دارد، مطالعات موجود نشان می دهد که برخلاف EC ماکرو عروقی، این تنظیم مثبت HO{1}} در اندوتلیوم میکروواسکولار گلومرولی کمتر مشخص است و آن را به ویژه به استرس محیطی حساس می کند.

3.2. پودوسیت ها

پودوسیت ها سلول های فوق تخصصی هستند که سد فیلتراسیون گلومرولی را از طریق سنتز اجزای غشای پایه گلومرولی (GBM) و تشکیل دیافراگم شکاف با اتصال فرآیندهای پای خود به سلول های اندوتلیال گلومرولی حفظ می کنند [68] (شکل 1). مکان یابی استراتژیک آنها، که عملکرد فیلتراسیون آنها را قادر می سازد، آنها را به ویژه به استرس مکانیکی، اکسیداتیو و ایمنی حساس می کند. پودوسیت ها پاسخ های تطبیقی ​​منحصر به فردی دارند، از جمله تنظیم دزمین و ویمنتین [69] یا پروتئین های آنتی اکسیدانی مانند Sirtuin1 و متالوتیونین. Sirtuin Nrf2 را تنظیم می کند، بنابراین بیان HO-1 را افزایش می دهد. [70،71] جالب توجه است که بیان sirtuin-1 (همراه با Nrf2 و HO{11}}) با قرار گرفتن در معرض محصولات نهایی گلیکاسیون پیشرفته [71] و HO{14} افزایش یافته است. } به طور خاص در سلولهای پادوسیت در بیماران دیابتی افزایش یافته است [72]. اگر چه کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است، بیان HO{16}} نیز تحت شرایط همولیتیک [27،73] توصیف شده است، با هم که بیان HO{19}} را به روشی وابسته به Nrf در سلول‌های پادوسیت القا می‌کند. جالب توجه است که موش‌های دارای کمبود Nrf به‌طور خودبه‌خودی دچار پروتئینوری شدند که باعث کاهش بیان سیناپتوپودین و نفرین و آپوپتوز پودوسیت شد [73].

اگرچه ادبیات مربوط به HO-1 در پودوسیت‌ها فراوان نیست، شواهدی که وجود دارد نشان می‌دهد که یک نقش فیزیولوژیکی محافظتی برای محور Nrf2/HO-1 با حفظ ساقه‌ها و مهار مرگ و جدا شدن سلول‌های پودوسیت وجود دارد. در زمینه های پاتولوژیک، HO{3}} به عنوان یک مکانیسم دفاعی بیش از حد بیان می شود، اما همچنین می تواند محصول جانبی مکانیسم های مقاومت خسته ناشی از استرس شدید باشد، که در این زمینه برای جلوگیری از آسیب سلولی ناکافی است.

3.3. سلول های مزانژیال

سلول‌های مزانژیال، همراه با ماتریکس مزانژیال که تولید می‌کنند، مزانژیوم را تشکیل می‌دهند که یک بافت حمایت کننده برای گلومرول فلوکولوس است. در میان سلول‌های مزانژیال، سلول‌های ایمنی، مونوسیت/ماکروفاژ مانند (5 تا 15 درصد) و سلول‌های انقباضی هستند که شبیه سلول‌های ماهیچه صاف (85 تا 95 درصد) هستند و پشتیبانی و انقباض ساختاری را ارائه می‌دهند [74،75]. هِم تکثیر سلول‌های ماهیچه‌ای صاف را تقویت می‌کند [76] و گیرنده آن TLR4 بر روی سلول‌های مزانژیال بیان می‌شود، اما نقش HO{10}} در این سلول‌ها به خوبی مطالعه نشده است. نشان داده شده است که اکسید نیتریک (NO) HO را در سلول های مزانژیال القا می کند [78]، بیماران مبتلا به کمبود HO دارای تکثیر مزانژیال خفیف هستند [17،18،43] و HO{17} } نشان داده شده است که تکثیر سلول های مزانژیال را از طریق تنظیم مثبت p21 تعدیل می کند [79]. برای تعیین اینکه آیا دانش انباشته شده برای ماکروفاژها برای سلول های مزانژیال ماکروفاژ مانند قابل استفاده است یا خیر، به کار بیشتری نیاز است.

3.4. سلول های لوله ای

اگر بیان HO{0}} مدتی پیش در لوله‌ها توصیف شده بود، اخیراً تنظیم آن به عنوان یک بخش خاص توصیف شده است. HO{1}} همچنین نقش های مشخصی را در بخش های مختلف لوله به منظور حفظ عملکرد کلیه ایفا می کند [80].

3.4.1. لوله پروگزیمال

لوله های پروگزیمال سلول های موجود درکلیهکه بیشترین ظرفیت را برای بیان بیش از حد HO-1 نشان می دهد. در واقع، سلول های اپیتلیال لوله پروگزیمال نشان داده شده است که به ویژه به استرس اکسیداتیو در شرایط آزمایشگاهی حساس هستند [81]. آن‌ها برای محافظت در برابر عوامل استرس‌زا و سازگاری با آن‌ها به شدت به HO تکیه می‌کنند، همانطور که با این واقعیت که آسیب لوله‌ای ویژگی پاتولوژیک اصلی در کمبود HO{3}} انسان است، مشهود است [82]. عملکرد اصلی لوله پروگزیمال کلیه جذب آب، یون ها، اسیدهای آمینه و پروتئین های فیلتر شده است. در غیاب آسیب گلومرولی، پروتئین های فیلتر شده عمدتاً دارای اندازه زیر 68 کیلو دالتون هستند. درونی شدن پروتئین‌ها، از جمله پروتئین‌های مرتبط با هم مانند میوگلوبین یا هموگلوبین، بلکه هموپکسین، از طریق گیرنده‌های مگالین و توبولین اتفاق می‌افتد [83]. این تابع بازجذب به مقدار زیادی انرژی (ATP) نیاز دارد که توسط بتا اکسیداسیون میتوکندریایی تامین می شود [84]. با این حال، کاهش شدید ATP منجر به آسیب میتوکندری می شود که باعث کاهش بیشتر ذخایر انرژی و تشکیل گونه های فعال اکسیژن می شود [85]. این تقاضای متابولیک بالا باعث ایجاد حالت هیپوکسی نسبی در بصل النخاع کلیه می شود و لوله های پروگزیمال به ویژه به ایسکمی/خونرسانی مجدد و هم بیش از حد حساس هستند [86}،87]. حساسیت به هم با بیان سازنده TLR4 (گیرنده هم) توسط لوله های پروگزیمال [61] توضیح داده می شود و بیان TLR4 در آسیب ایسکمی-پرفیوژن مجدد کلیه و آسیب های سپتیک افزایش می یابد [77].

در حالی که HO-1 فقط در قسمت ضعیف بیان می شودکلیهدر شرایط عادی، در لوله های پروگزیمال تحت اشکال مختلف استرس [88]، از جمله پروتئینوری [80] به شدت القا می شود. فعل و انفعال بین جذب پروتئین‌های حاوی هم، فشار اسمزی باعث هجوم هم، بیان TLR4 و افزایش سنتز هم در لوله‌های پروگزیمال می‌شود که ممکن است با هم این اختلال خاص و قوی HO را توضیح دهند. پیشنهاد شده است که بیان HO در سلول‌های اپیتلیال لوله‌ای بیشتر به قرار گرفتن پایه جانبی با هم (از مویرگ‌های اطراف لوله‌ای در شرایط همولیتیک) بستگی دارد تا محتوای هِم داخل مجرای. با این حال، در شرایط هیپوکسی و قطبیت تغییر یافته EC کلیه، افزایش تنظیم HO{6}} بیشتر به قرار گرفتن در معرض آپیکال با هم بستگی دارد [89]. در سلول‌های اپیتلیال لوله‌ای، تنظیم دگرگونی HO توسط هم وابسته به تثبیت Nrf2 است [90]. HO نقش دوگانه ای در EC لوله ای دارد و به طور همزمان یک آنتی اکسیدان و تنظیم کننده مرگ سلولی است. در واقع، HO مسئول تنظیم مثبت p21 است، یک مهارکننده کیناز وابسته به سیکلین که مسئول توقف پیشرفت چرخه سلولی است، که آپوپتوز را در EC لوله‌ای کاهش می‌دهد [91،92]. علاوه بر این، بیان HO{18}} فروپتوز را در سلول‌های لوله‌ای پروگزیمال کاهش می‌دهد، یک مرگ سلولی تنظیم‌شده غیر آپوپتوز مرتبط با تجمع گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) حاصل از پراکسیداسیون لیپیدی [93]. در نهایت نشان داده شده است که HO{21}} اتوفاژی را در سلول های لوله پروگزیمال مهار می کند [94].

در مجموع، سلول‌های لوله‌ای پروگزیمال در شرایط پاتولوژیک (فیلتراسیون هموگلوبین، میوگلوبین، کمپلکس‌های هموپکسین-هم، ایسکمی، فیلتراسیون محصولات یا داروها و غیره) در معرض القاکننده‌های HO{0}} قرار می‌گیرند و به HO متکی هستند{2 }} برای محافظت از آنها، اما HO-1 همچنین نشانگر تنش لوله ای و آسیب زمانی است که ظرفیت سازگاری آنها از بین برود.

3.4.2. توبول دیستال

EC لوله ای دیستال در امتداد بصل النخاع، به ویژه در اندام ضخیم و صعودی حلقه هنله (mTAL) و لوله پیچیده دیستال (DCT)، در غلظت و رقیق شدن ادرار و حفظ سطح نمک و املاح هموستاتیک نقش دارند. بیان کانال های مختلف مخصوص مکان یابی و نوع سلولی آنها. در طول بازجذب آب، غلظت سموم (به ویژه هم) در بخش‌های نفرون دیستال بسیار بیشتر می‌شود. به دلیل فشار جزئی کم اکسیژن در امتداد مویرگ‌های اطراف لوله، این EC لوله‌ای دیستال به ویژه در برابر هیپوکسی آسیب‌پذیر هستند و بیشتر به تولید ATP بی‌هوازی و گلیکولیتیک نسبت به سلول‌های پروگزیمال متکی هستند. لوله‌های دیستال توانایی بیشتری برای زنده ماندن و سازگاری با استرس هیپوکسیک دارند [95] و نسبت به مرگ سلولی، به ویژه پس از آسیب ایسکمیک حساسیت کمتری دارند [96].

لوله‌های دیستال، مانند لوله‌های پروگزیمال، فقط HO-1 را در سطح پایه ضعیف بیان می‌کنند. با این حال، پس از تحریک، القای آن توسط هم زیر سوال رفته است [88]. (جالب است که HO{2}} ممکن است توسط هم در لوله های دیستال [97] افزایش یابد.) با این حال، نقش HO{4}} در لوله های دیستال هنوز به طور کامل مشخص نشده است زیرا بیان آن نیز با بهبود یافته مرتبط است. عملکرد کلیوی پس از ایسکمی/ریپرفیوژن مجدد در پیوند اهداکننده جسد [98] و همچنین در CKD [99]. این ممکن است به عملکرد بازسازی سلول‌های اپیتلیال لوله‌ای دیستال مرتبط باشد، اما مطالعات بیشتری برای توصیف بهتر رابطه بین HO{7}} و عملکرد سلول‌های اپیتلیال لوله‌ای دیستال مورد نیاز است.

برای نتیجه‌گیری، در حالی که داده‌های مربوط به لوله‌های دیستال وجود ندارد، برخی شواهد نشان می‌دهند که بیان HO{0}} افزایش یافته می‌تواند به EC لوله‌های دیستال محافظت کند.