بخش 1 تنوع فنوتیپی و تخصص متابولیک سلول های اندوتلیال کلیه

تماس: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 ایمیل:audrey.hu@wecistanche.com

سباستین جی دوما^1,6، الدا متا^1,6، میلا بوری^1,6یونگلون لو ^2,3ژوری لی⁴تون جی. رابلینک⁵و پیتر کارملیت^1,4

Cistanche tubulosa از بیماری کلیوی جلوگیری می کند، برای دریافت نمونه اینجا را کلیک کنید

چکیده |

حیات چند سلولی پیچیده در پستانداران به همکاری عملکردی اندام های مختلف برای بقای کل ارگانیسم متکی است. راکلیه هااز طریق حفظ حجم مایع و هموستاز ترکیب، که سایر اندام ها را قادر می سازد وظایف خود را انجام دهند، نقش مهمی در این فرآیند بازی می کنند. اندوتلیوم کلیه دارای ویژگی های فنوتیپی و مولکولی است که آن را از اندوتلیوم سایر اندام ها متمایز می کند. علاوه بر این، عروق کلیه بزرگسالان شامل جمعیت‌های متنوعی از سلول‌های اندوتلیال (ECs) که عمدتاً ساکن هستند، اما از نظر متابولیکی غیرفعال نیستند، می‌باشد.کلیهگلومرول، قشر و مدولا. هر یک از این جمعیت ها از عملکردهای خاصی پشتیبانی می کنند، به عنوان مثال، در فیلتراسیون پلاسمای خون، بازجذب و ترشح آب و املاح، و غلظت ادرار. پروفایل رونویسی این جمعیت‌های متنوع EC نشان می‌دهد که آنها با شرایط ریزمحیطی محلی (هیپوکسی، تنش برشی، هیپراسمولاریته) سازگار شده‌اند و آنها را قادر می‌سازد از عملکرد کلیه پشتیبانی کنند. قرار گرفتن ECs در معرض عوامل رگ زایی ناشی از ریزمحیط بر متابولیسم آنها تأثیر می گذارد و حفظ می کند.کلیهتوسعه و هموستاز، در حالی که عوامل غدد درون ریز مشتق از EC حفره های ریزمحیط متمایز را حفظ می کنند. در زمینه بیماری کلیوی، ECs کلیوی تغییر در متابولیسم و ​​فنوتیپ خود را در پاسخ به تغییرات پاتولوژیک در ریزمحیط محلی نشان می‌دهند که باعث افزایش بیشتر اختلال عملکرد کلیه می‌شود. درک تنوع و تخصص EC های کلیه می تواند راه های جدیدی برای درمان بیماری های کلیوی وکلیهبازسازی

سیستم عروقی پستانداران متشکل از دو شبکه متصل و بسیار منشعب است که تمام بدن را فرا گرفته است - هر کدام نقش های خاصی دارند. سیستم عروقی خون، اکسیژن و مواد مغذی را به بافت‌های پارانشیمی می‌رساند و حذف مواد زائد، نظارت بر سیستم ایمنی و قاچاق سلول‌های ایمنی، انعقاد و تولید سیگنال‌های غدد درون ریز را برای نگهداری و بازسازی بافت تسهیل می‌کند. در مقابل، سیستم عروقی لنفاوی مایع بینابینی خارج‌شده را از مویرگ‌های خونی نفوذپذیر به وریدها تخلیه می‌کند و قاچاق سلول‌های ایمنی و انتقال چربی را تسهیل می‌کند.². همه رگ‌های خونی با سلول‌های اندوتلیال خون پوشیده شده‌اند (BECs که از این به بعد ECs نامیده می‌شوند)، در حالی که سلول‌های اندوتلیال لنفاوی (LECs) داخلی‌ترین لایه عروق لنفاوی را تشکیل می‌دهند - با هر جمعیتی که وظایف خاص عروق خود را پشتیبانی می‌کند. با این حال، ناهمگونی اندوتلیال بسیار فراتر از تفاوت های گسترده بین خون و اندوتلیوم لنفاوی است. به طور خاص، EC ها از اندام های مختلف پروفایل های مولکولی منحصر به فردی را نشان می دهند که از عملکردهای خاص اندام پشتیبانی می کند.^3–6. راکلیهفوایداز یک عروق بسیار تخصصی، که به شدت با سیستم اپیتلیال کلیه مرتبط است⁷. به طور خاص، جمعیت‌های متمایز از نظر فنوتیپی از سلول‌های اندوتلیال کلیه (RECs) در سه بخش آناتومیکی و عملکردی کلیوی وجود دارند.کلیه، گلومرول ها، قشر مغز و مدولا - جایی که از وظایف خاص کلیه پشتیبانی می کنند. مهمتر از همه، پیشرفت های تکنولوژیکی مطالعه ناهمگونی REC را در سطح تک سلولی امکان پذیر کرده است و بینش جدیدی در مورد نقش های تخصصی آنها در سلامت و بیماری کلیه ارائه می دهد.^6,10,11.

راکلیهبرای حفظ هموستاز ارگانیسمی، تنظیم حجم و ترکیب مایعات بدن حیاتی است⁷. کلیه ها 20 تا 25 درصد برون ده قلبی را دریافت می کنند و ساختار رگ های خونی کلیشه ای از خود نشان می دهند. این معماری نه تنها امکان رساندن اکسیژن و مواد مغذی به بدن را فراهم می کندکلیه هاو همچنین مشارکت در فیلتراسیون پلاسمای خون، بازجذب یون ها و متابولیت ها از فیلتر، ترشح یون ها و متابولیت ها در ادرار اولیه و غلظت ادرار را ممکن می سازد.^7,8. این فرآیندهای بسیار هماهنگ، تنظیم دقیق حجم مایع خارج سلولی، فشار خون، اسمولالیته و غلظت یون را ممکن می‌سازد.^7,8. کلیه ها همچنین سطوح متابولیت های در گردش را تنظیم می کنند، نه تنها با دفع مواد زائد متابولیک، بلکه با آزاد کردن گلوکز (از طریق گلوکونئوژنز) و اسیدهای آمینه، به عنوان مثال.¹². اندام های پستانداران به طور مداوم متابولیت ها را از طریق گردش خون با استفاده انتخابی برای حمایت از فعالیت های متابولیکی خود مبادله می کنند.¹².

بر این اساس، عملکردهای متابولیکی ECs در اندام‌های مختلف احتمالاً تفاوت‌های خاص اندام را نشان می‌دهند، همانطور که با یافته‌های حاصل از تجزیه و تحلیل رونویسی متابولیک ECs در اندام‌های مختلف پشتیبانی می‌شود.⁶. علاوه بر این، انعطاف پذیری متابولیکی EC ها به آنها اجازه می دهد تا با توجه به نیازها و عملکردهای متابولیکی خود، به تغییرات محیطی سازگار شوند و به آنها پاسخ دهند. شواهد در حال ظهور نشان می دهد که REC های تخصصی ازکلیهرونوشت متابولیک خود را برای حمایت از عملکرد کلیه تنظیم کنید¹⁰.

اختلال عملکرد REC با از دست دادن حاد یا پیشرونده همراه استکلیهعملکرد^14,15. این اختلال با افزایش انقباض عروق شریانی و کاهش جریان خون کلیوی، کسب فنوتیپ‌های پیش‌التهابی و پیش‌ترومبوتیک که به چسبندگی و نفوذ سلول‌های ایمنی کمک می‌کنند و تشکیل میکروترومب‌ها، جدا شدن پری‌سیت‌های دیواری از اندوتلیال همراه است. لایه، شکسته شدن سد اندوتلیال که منجر به ادم بینابینی می شود، نادر شدن مویرگ های اطراف لوله ای (در نتیجه باعث هیپوکسی کلیه می شود) و انتقال اندوتلیال به مزانشیمی، که به فیبروز کلیه کمک می کند، نشان می دهد که اندوتلیوم می تواند برای محافظت در برابر کلیه مورد هدف قرار گیرد. آسیب و/یا برای بازسازی عملکرد کلیه.

این بررسی، درک کنونی ما از آن را خلاصه می کندکلیهعروق، با تمرکز بر پیشرفت های اخیر در درک ما از ناهمگونی فنوتیپی، مولکولی و متابولیکی RECs در رابطه با ریزمحیط آنها. ما همچنین کاربرد بالقوه هدف قرار دادن متابولیسم REC را به عنوان یک استراتژی درمانی در مورد بحث می کنیمکلیهبیماری هایا برای بازسازی کلیه

امتیاز کلیدی

• اندوتلیوم بین اندام های مختلف متفاوت است، احتمالاً برای پشتیبانی از عملکردهای اندام متمایز.

• چندین فنوتیپ سلول های اندوتلیال تخصصی در گلومرول ها، قشر و بصل النخاع کلیه وجود دارند. اینها برای پشتیبانی از فیلتراسیون گلومرولی، بازجذب و ترشح یون ها و متابولیت ها و غلظت ادرار عمل می کنند.

• ریزمحیط های مختلف محلی درکلیهشکل دادن به ناهمگونی مولکولی و متابولیکی اندوتلیوم کلیه. برعکس، عوامل غدد درون ریز مشتق از سلول های اندوتلیال، حفره های مختلف را حفظ می کنندکلیهریزمحیط ها

• متابولیسم سلول های اندوتلیال کلیه را می توان در زمینه تغییر دادکلیهآسیب و بیماری، تا حدی در نتیجه تغییرات در ریزمحیط.

• درک بیشتر از تنوع فنوتیپی و تخصص متابولیک سلول های اندوتلیال کلیه ممکن است به شناسایی اهداف جدید برایدرمانکلیهبیماری هاوکلیهبازسازی

ناهمگنی اندوتلیوم کلیه

آناتومی عروق کلیه

راکلیهاز طریق شریان کلیوی که پس از ورود به شریان کلیه، خون تامین می شودکلیهاز طریق ناف کلیوی، به شریان های سگمنتال، بین لوبار، کمانی و بین لوبولار (شکل 1a)، و در نهایت، شریان های آوران منشعب می شود که رگ هایی با مقاومت بالا هستند که مسئول کنترل جریان خون گلومرولی و نرخ فیلتراسیون گلومرولی (GFR) هستند. 18. از شریان‌های آوران، خون وارد توف گلومرولی می‌شود - شبکه‌ای از مویرگ‌های گلومرولی بسیار دم‌دار که در آن اولترافیلتراسیون پلاسمای خون با سرعت 120 تا 140 میلی‌لیتر در دقیقه در انسان بالغ انجام می‌شود و املاح با وزن مولکولی پایین را قادر می‌سازد تا از گلومرولی عبور کنند. مویرگ ها به فضای بومن¹⁹. پس از فیلتر شدن بخشی از پلاسما، خون از میان شریان‌های وابران، تافت گلومرولی را ترک می‌کند تا لوله‌های پیچ‌خورده دیستال و پروگزیمال را عروق کند و شبکه مویرگی اطراف لوله‌ای قشری را تشکیل دهد. خون در مویرگ های اطراف لوله با املاح با وزن مولکولی بالا غنی شده است و به دلیل از دست دادن مایع در طول اولترافیلتراسیون گلومرولی، محتوای مایع کمی دارد. بنابراین، مویرگ های اطراف لوله ای به بازجذب آب، یون ها و مواد مغذی ضروری از ناحیه پروگزیمال اختصاص دارند.^7,20و لوله های دیستال²¹. چندین یون مانند H plus (مرجع 22) و K plus (مرجع 23) و همچنین مولکول هایی مانند کراتینین²⁴و متابولیت های دارو²⁵- که به طور کامل توسط مویرگ های گلومرولی فیلتر نشده اند اما هنوز باید از بدن حذف شوند - از مویرگ های اطراف لوله ای به سلول های اپیتلیال پروگزیمال 20 یا لوله های دیستال حرکت می کنند تا در ادرار ترشح و دفع شوند. شریان‌های وابران از نفرون‌های مجاورت مدولاری باعث ایجاد وازا رکتا نزولی (DVR) می‌شوند که از طریق شبکه‌های مویرگی با وازا رکتا صعودی (AVR) به هم متصل می‌شوند. AVR و DVR خلاف جریان حلقه هنله هستند و در تبادل جریان مخالف مدولاری شرکت می کنند، که همانطور که در ادامه توضیح داده شد، برای حفظ شیب اسمولاریته برای غلظت ادرار ضروری است. در نهایت، سیستم های مویرگی قشر و مدولاری همراه با AVR به یک سیستم وریدی در محل اتصال کورتیکومدولاری متصل می شوند. به طور خاص، عروق وریدی کلیوی خون را از مویرگ های اطراف لوله و AVR به وریدهای بین لوبولی و کمانی و سپس وریدهای بین لوبار تخلیه می کند و در نهایت ورید کلیوی را تشکیل می دهد که از ورید خارج می شود.کلیهناف و در نهایت به ورید اجوف تحتانی منشعب می شود⁷.

راکلیههمچنین توسط عروق لنفاوی، که از توپوگرافی کلی پیروی می کنند، تامین می شودکلیهعروق خونی²⁷(شکل 1a). آنها عمدتا در قشر کلیه وجود دارند، جایی که نقش اصلی آنها حذف مایع و ماکرومولکول ها (مانند آلبومین) از فضای بینابینی بین لوله ها و مویرگ ها است.²⁸. آنها همچنین در نفوذ سلول های ایمنی و التهاب متعاقب آن نقش دارند²⁹. در گلومرول ها، کپسول بومن را بدون نفوذ به توفت گلومرولی احاطه می کنند.²⁸. در مقابل، عروق لنفاوی سنتی به ندرت در مدولای کلیه وجود دارند. در این ناحیه، مایع بینابینی و ماکرومولکول‌ها توسط AVR حذف می‌شوند که نشان دهنده نوعی رگ خونی هیبریدی با ویژگی‌های لنفاوی مانند است.^28,30.

فنوتیپ های سلول اندوتلیال کلیه

EC ها از اندام های مختلف از نظر فنوتیپی ناهمگن هستند^3–6,31. خواص منحصر به فرد REC ها، و به ویژه EC های گلومرولی، مدت هاست که مورد توجه قرار گرفته است. پروفایل رونویسی جهانی ECs از موش وجود امضاهای رونویسی خاص اندام را تأیید کرده است.^3,4,6. شایان ذکر است، این مطالعات نشان داده اند که REC ها بیشترین شباهت را به EC های سایر اندام ها از جمله مغز، قلب، ریه، ماهیچه و بیضه دارند.⁴(شکل 1b) از طریق بیان ژن های مرتبط با سیگنال دهی اینترفرون، و همچنین ژن هایی که فاکتورهای غدد درون ریز FGF1 و IL{2}} را رمزگذاری می کنند.^4,6). ناهمگونی ارگان خاص EC ها احتمالاً زمینه ساز سازگاری مولکولی آنها برای انجام نقش های عملکردی خاص است.^3–6,31.

با این حال، ناهمگنی REC ها فراتر از سطح ارگانوتیپی است، با تنوع قابل توجهی ازکلیهعروق، همانطور که در ابتدا توسط میکروسکوپ الکترونی و مطالعات ریزآرایه و متعاقباً با تجزیه و تحلیل تک سلولی نشان داده شد.^6,32,33. راکلیهقشر، گلومرول و مدولا حاوی جمعیت های منحصر به فرد EC (به ترتیب cRECs، gRECs و mRECs) هستند. این تنوع در جمعیت های EC ممکن است از قرار گرفتن در معرض ریزمحیط های مختلف این مناطق ناشی شود. به عنوان مثال، اندوتلیوم گلومرولی در معرض فشار عروقی بالا قرار می گیرد و برای تنظیم اولترافیلتراسیون به شدت با سلول های پادوسیت تعامل می کند، در حالی که mRECs در معرض اسمولاریته بالا و هیپوکسی قرار می گیرند که به حفظ گرادیان اسمولاریته و غلظت ادرار مربوط می شود.^6,9,10,32(شکل 1c). فراتر از ناهمگنی بین بخشی، REC ها ناهمگنی درون بخشی را نیز نشان می دهند، که احتمالاً توسط تعدادی از عوامل ژنتیکی و محیطی، از جمله نوع بستر عروقی (شریانی، مویرگی، وریدی)، برهمکنش آنها با سایر انواع سلول (به عنوان مثال) تعیین می شود. سلول‌های ماهیچه صاف، پری‌سیت‌ها، سلول‌های دانه‌ای، پودوسیت‌ها و سلول‌های اپیتلیال توبولی) و قرار گرفتن آنها در معرض محیط‌های ریز مختلف در یک بخش، مانند قرار گرفتن در معرض انواع مختلف جریان یا سطوح مختلف اسمولاریته34 (شکل 1c). پیشرفت‌ها در فناوری‌های رونویسی تک سلولی، ناهمگونی REC‌های موش را قادر می‌سازد تا با وضوح بسیار بالا نقشه‌برداری شوند.^6,10,11، تا 24 جمعیت REC متفاوت از نظر رونویسی را نشان می دهد^6,10,11. شایان ذکر است، یافته‌های حاصل از مطالعات RNA-seq تک سلولی که در زیر خلاصه شده‌اند، همچنان در سطح پروتئین تأیید می‌شوند، هم برای تأیید جامع محلی‌سازی فضایی پروتئین‌های پیش‌بینی‌شده و هم برای ادغام دانش تغییرات پس از ترجمه و/یا مکانیسم های سیگنال دهی که ممکن است بر فعالیت پروتئین تأثیر بگذارد. همچنین نکته قابل توجه این واقعیت است که غنی سازی نسبی یک ژن در یک جمعیت REC خاص که توسط توالی یابی تک سلولی تعیین می شود لزوماً به این معنی نیست که بیان آن ژن به آن جمعیت سلولی خاص محدود می شود.

ناهمگنی سلول های اندوتلیال کلیه گلومرولی.راکلیهگلومرول یک ساختار بسیار تخصصی است که مسئول فیلتراسیون پلاسمای خون برای تولید فیلتر ادرار اولیه است و در عین حال تضمین می کند که پروتئین های ضروری پلاسما در خون باقی می مانند. از مویرگ‌های گلومرولی تشکیل شده است که بین شریان‌های آوران و وابران قرار دارند که رگ‌های مقاومتی هستند که هم جریان خون مویرگی و هم فشار را کنترل می‌کنند. شریان‌های نفرون در تماس نسبی با دستگاه juxtaglomerular (JGA) هستند - یک ساختار تخصصی که شامل ماکولا دنسا لوله پیچیده دیستال، سلول‌های گرانولار تولیدکننده رنین است که با شریان‌های آوران و سلول‌های مزانژیال خارج گلومرولی مرتبط هستند. 2 الف). JGA GFR تک نفرون و فشار خون را از طریق بازخورد توبولوگلومرولی، پاسخ میوژنیک و آزادسازی رنین تنظیم می کند.^19,35–37.

اندوتلیوم مویرگی گلومرولی از EC های منحصر به فرد با فنستراسیون های غیر دیافراگم تشکیل شده است که امکان فیلتر کردن حجم بالایی از مایع را فراهم می کند (شکل 2b).

این فنسترها 50 تا 100 نانومتر اندازه دارند و حدود 20 درصد از سطح سلول را اشغال می کنند و در تصویربرداری میکروسکوپی الکترونی به صورت سوراخ های بین سلولی ظاهر می شوند.³⁸. قطر این فنسترها از نظر تئوری به اندازه کافی بزرگ است که اجازه عبور مایع و پروتئین های بزرگ را به داخل لوله ها می دهد. با این حال، gREC های مویرگی همچنین یک لایه ضخیم از گلیکوکالیکس شامل گلیکوپروتئین ها و پلی ساکاریدهایی با بار منفی تولید می کنند که به عنوان مانعی برای عبور پروتئین عمل می کنند.^39,40. علاوه بر این، اجزای پلاسما در گلیکوکالیکس جذب می‌شوند و پوشش وسیع‌تری به نام لایه سطحی اندوتلیال تشکیل می‌دهند که با ساختار رشته‌ای خود نفوذپذیری سد اندوتلیال گلومرولی را بیشتر می‌کند.⁴². در واقع، آلبومینوری و پروتئینوری با اختلال گلیکوکالیکس مشاهده می شود^39,43,44. همراه با پودوسیت ها، gREC های مویرگی همچنین یک ماتریکس خارج سلولی مشترک به نام غشای پایه گلومرولی (GBM) را سنتز کرده و به اشتراک می گذارند که عمدتاً شامل کلاژن نوع IV، لامینین و پروتئوگلیکان های سولفاته است. جهش های موثر بر سنتز هر یک از اجزای GBM منجر به پروتئینوری می شود45،46. بنابراین، gREC های مویرگی، پودوسیت ها و GBM یک سد فیلتراسیون گلومرولی کارآمد را تشکیل می دهند. شایان ذکر است، اندوتلیوم مویرگی گلومرولی فاقد دیافراگم است و بنابراین پروتئین 1 مرتبط با وزیکول پلاسمالمای پلاسمالما غشایی نوع II را بیان نمی کند، که توسط Plvap10 کدگذاری می شود و یک نشانگر معمولی EC های بالدار مرتبط با پل زدن دیاپهل انتهایی است. fenestrae و caveolae⁴⁷

توسعه و نگهداری بالش های مویرگی gREC به فاکتور رشد اندوتلیال عروقی مشتق از پودوسیت (VEGF) نیاز دارد که به روشی پاراکرین از طریق گیرنده 2 VEGF اندوتلیال (VEGFR2، همچنین به عنوان KDR) عمل می کند.⁴⁸. بیان بیش از حد VEGF باعث فروپاشی گلومرولی، از بین رفتن سریع gRECهای مویرگی و پروتئینوری شدید می شود.⁴⁹. بنابراین، تنظیم دقیق VEGF پودوسیت برای ایجاد عروق گلومرولی در طول رشد جنینی، و برای حفظ بالش‌ها در مویرگ‌های گلومرولی بالغ مورد نیاز است.^38,42. به طور مشابه، VEGF مشتق از سلول های اپیتلیال لوله ای امکان نگهداری شبکه مویرگی اطراف لوله را فراهم می کند.⁵⁰

برخلاف سایر EC های مویرگی، gREC ها در معرض فشار خون بالا و جریان خون بالا هستند که فرآیند فیلتراسیون گلومرولی را هدایت می کند و gREC ها را در معرض تنش برشی قابل توجهی قرار می دهد.⁵¹. بر این اساس، gRECها سطوح بالایی از رونوشت تنش برشی تنظیم‌شده Pi16 را بیان می‌کنند^6,10,11,52) (شکل 2c؛ جدول تکمیلی 1). gRECهای مویرگی تعدادی نشانگر دیگر را نیز بیان می کنند^10,11,32,53از جمله Ehd3 که عضوی از خانواده پروتئین EHD را کد می کند^{10,11,38,54,55}که بازیافت اندوسیتی را تنظیم می کند و تصور می شود که بازیافت VEGFR2 در gRECهای مویرگی را تنظیم می کند (شکل 2c)، همراه با EHD4 (مراجعه 54). بنابراین، EHD3 ممکن است به حفظ و نگهداری فنستراسیون های مویرگی گلومرولی کمک کند. gRECهای مویرگی همچنین بیان غنی‌شده‌ای از ژن‌های مرتبط با مسیر سیگنالینگ TGF-BMP (Eng، Smad6، Smad7، Xiao، و Hipk2 (refs10،56-58)) را نشان می‌دهند که در تشکیل مویرگ‌های گلومرولی نقش دارند. بیان بیش از حد TGF باعث پروتئینوری و گلومرولواسکلروز می شود⁵⁹و بنابراین وجود SMADهای بازدارنده، مانند آنهایی که توسط Smad6 و Smad7 در gRECها کدگذاری می شوند، ممکن است از سیگنال دهی بیش از حد TGF و اختلال عملکرد گلومرولی جلوگیری کند. در مقابل، BMP مشتق از پودوسیت برای تشکیل مویرگی طبیعی گلومرولی بسیار مهم است. gRECهای مویرگی نیز به طور خاص Nostrin را بیان می کنند³²محصول پروتئینی که به آنزیم نیتریک اکساید سنتاز (eNOS) متصل می شود تا انتقال آن از غشای پلاسمایی به ساختارهای زیر سلولی وزیکول مانند را آغاز کند و تولید اکسید نیتریک (NO) - تنظیم کننده مهم GFR32 - را کاهش می دهد. علاوه بر این، بیان محدود لیپوپروتئین لیپاز (Lpl) به gRECs مویرگی نشان می‌دهد که اندوتلیوم گلومرولی ممکن است برای آزادسازی اسیدهای چرب در اولترافیلترات ضروری باشد، که متعاقباً می‌تواند به عنوان منبع انرژی توسط سلول‌های اپیتلیال توبول یا برای تنظیم محتوای چربی خون یا می تواند به تجمع لیپیدهای گلومرولی که در زمینه های پاتولوژیک مشاهده می شود کمک کند.^6,10,61,62. جالب توجه است که بیان کلیوی ژن های دخیل در متابولیسم لیپید با GFR و التهاب در بیماران مبتلا بهدیابتیکلیهمرضدر حالی که اکسیداسیون اسیدهای چرب معیوب (FAO) در سلول های لوله ای به توسعه کمک می کندکلیهفیبروز^61,62.

فاکتورهای رونویسی، مانند SOX17 و COUP-TFII (کدگذاری شده توسط Nr2f2) به ترتیب در REC های شریانی و وریدی، امضاهای ترانسکریپتومیک و هویت بسترهای عروقی خاص را هدایت می کنند63،64. هویت gRECها بر فعالیت حداقل دو فاکتور رونویسی متکی است: GATA5 و TBX3 (refs10,11,32) (شکل 2c)، که در هنگام بیان بیش از حد با هم در ورید ناف انسان واسطه کسب پروفایل بیان ژنی مانند gREC است. ECs (HUVECs)، یک مدل EC رایج 11. رگولون GATA5 در gREC ها تنظیم می شود اما در سایر جمعیت های REC تنظیم نمی شود^10,11و حذف انتخابی Gata5 در EC ها باعث ضایعات گلومرولی می شود65. علاوه بر این، حذف Tbx3 اختصاصی EC باعث نقص‌های مورفوژنیک مانند میکروآنوریسم‌ها در زیر مجموعه‌های گلومرول‌ها، کاهش تعداد فنستراسیون‌های gREC مویرگی و تغییر شکل فرآیندهای پاهای پودوسیت می‌شود که نقش این فاکتور رونویسی را در حفظ سازمان ساختاری مویرگ‌های گلومرولی نشان می‌دهد.¹¹. علاوه بر این، هر دو GATA5 و TBX3 در تنظیم فشار خون نقش دارند. GATA5 بر عملکرد معمول عروق، پروتئین کیناز A و مسیرهای سیگنالینگ NO تأثیر می گذارد⁶⁵در حالی که تصور می شود TBX3 فشار خون را از طریق تنظیم ترشح رنین در بدن تعدیل می کندکلیه¹¹.

تنظیم لحن عروقی شریان های آوران و وابران برای حفظ فشار مویرگی دائماً بالای گلومرولی مورد نیاز برای فیلتراسیون گلومرولی لازم است.¹⁸. این فرآیند تنظیمی، GFR ثابت را قادر می سازد علیرغم تغییرات فشار سیستمیک و برون ده قلبی، حفظ شود. شریان های آوران دارای یک تا سه لایه سلول های عضله صاف عروقی (VSMCs) هستند که در مجاورت JGA، تا حدی با سلول های دانه ای تولید کننده رنین جایگزین می شوند (شکل 2d). ناهمگونی EC در شریان آوران نیز وجود دارد، با بالش های غیردیافراگم شده اندوتلیوم که نزدیک به JGA68,69 - شبیه اندوتلیوم مویرگی گلومرولی - احتمالاً برای تسهیل انتقال سریع رنین به خون 18 (شکل 2d). بیان Gja5 (کانکسین کد کننده 40)، در این زیر مجموعه از gRECها غنی شده است.^10,70و نقش مهمی در ارتباط بین اندوتلیوم و سلول های دانه ای در JGA برای تنظیم ترشح رنین دارد.^35,70,71. این ECها همچنین در سایر ژن‌های دخیل در تعامل سلول به سلول، مانند ژن‌های مربوط به مسیرهای سیگنال‌دهی Wnt و Notch، افرین و سیتوکین‌ها و کموکاین‌ها (شکل 2c) غنی می‌شوند، که ممکن است باعث ایجاد تداخل بین سلول‌های مزانژیال و/ یا سلول های دانه ای و gREC ها در JGA، و به طور بالقوه به تنظیم خودکار و تعدیل فشار خون کمک می کنند.¹⁰.

در مقابل، gRECها در قسمت بالادست (دیستال) شریان‌های آوران، ژن‌های دخیل در تنظیم بنزین مانند Edn1 (که اندوتلین 1 را کد می‌کند)، Alox12 (آراشیدونات 12-لیپوکسیژناز)، و S1pr1 (اسفنگوزین{6) بیان می‌کنند. }}گیرنده فسفات 1)^10,72,73(شکل 2c). مسیر سیگنالینگ S1P-S1PR1 با فعال کردن سیستم eNOS، بنزین شریان آوران را به شدت تنظیم می کند.^74–76. در راستای این نقش، گیرنده S1P با gREC در شریان‌های آوران غنی می‌شود و در شریان‌های وابران شناسایی نمی‌شود.¹⁰.

برخلاف gRECها در شریان‌های آوران، gRECها در شریان‌های وابران بیان کانکسین کمتری را نشان می‌دهند، به ویژه کانکسین 37 و کانکسین 40 (به ترتیب با Gja4 و Gja5 کدگذاری می‌شوند)10. با این حال، مشابه EC های سرخرگ های آوران، تجزیه و تحلیل رونویسی EC ها از شریان های وابران وجود دو جمعیت gREC را نشان می دهد: یکی احتمالاً مرتبط با JGA (بیان کننده ژن های مرتبط با چسبندگی و برون ریزی سلول های ایمنی، و نفوذپذیری EC) و دومی که مربوط به قسمت دیستال شریان وابران (غنی شده در ژن های دخیل در پاسخ هایپراسمولاریته) 10 (شکل 2c).

این بینش ها نشان می دهد که تنوع فنوتیپی و عملکردی gRECها زمینه ساز توانایی این اندوتلیاها برای حفظ GFR از طریق مدولاسیون فعال جریان خون گلومرولی و با اطمینان از کارایی فیلتراسیون گلومرولی است. از طریق ادغام فیدبک توبولوگلومرولی و سیگنال های میوژنیک، gREC های مرتبط با JGA، به ویژه، احتمالاً تنظیم کننده های مهم GFR هستند.

ناهمگونی سلول های اندوتلیال کلیه قشر مغز.علاوه بر اندوتلیوم مویرگی گلومرولی و شریان های آوران و وابران پیش گلومرولی و پس از گلومرولی،کلیهکورتکس شامل عروق لنفاوی، شریان‌ها و وریدهای بزرگ همراه با وازووازورا، وریدهای پست مویرگ و مویرگ‌های اطراف لوله است. مویرگ‌های اطراف لوله‌ای قشری، مطابق با نقشی که در جذب مجدد و ترشح املاح، یون‌ها و آب دارند، مویرگ‌های دیواره نازک هستند که شامل EC‌هایی هستند که از نظر عملکردی با اپیتلیوم لوله‌ای جفت می‌شوند (شکل 3a). در مقایسه با gRECها و mRECها، cRECها - به ویژه ECهای مویرگی دور لوله ای - سطوح بالایی از Igfbp3 (رمزکننده پروتئین اتصال دهنده فاکتور رشد شبه انسولین 3) و Npr3 (رمزکننده گیرنده پپتید ناتریورتیک 3) 10،11 (شکل 3b) را بیان می کنند. .

مویرگ‌های اطراف لوله‌ای قشری از شریان‌های وابران به وجود می‌آیند و لوله‌های پیچیده پروگزیمال و دیستال را احاطه می‌کنند (شکل 3a)، اکسیژن و مواد مغذی را فراهم می‌کنند و به جذب املاح و بازجذب آب از مجرای لوله‌ای کمک می‌کنند.⁹. بر خلاف مویرگ های گلومرولی، EC های مویرگی دور لوله ای Plvap را بیان می کنند، محصول پروتئینی آن (PV1) روی EC fenestrae مویرگی اطراف لوله ای قرار می گیرد. قطر این فنسترهای دیافراگمی 62 تا 68 نانومتر است و احتمالاً این امر را تسهیل می کندتبادل آب، یون ها و املاح کوچک با لوله های پروگزیمال و دیستال 9،10

گلومرول ها تقریباً 180 گرم گلوکز در روز را فیلتر می کنند و در شرایط فیزیولوژیکی تقریباً تمام آن در لوله های پروگزیمال بازجذب می شود. گلوکز فیلتر شده ابتدا از مجرای لوله های پروگزیمال داخل سلول های اپیتلیال از طریق انتقال دهنده های سدیم-گلوکز (SGLTs) دوباره جذب می شود. هنگامی که غلظت گلوکز درون سلولی از غلظت بینابینی فراتر رفت، از طریق انتقال دهنده های گلوکز تسهیل شده خاص (GLUTs) به فضای بین بافتی منتشر می شود و از آنجا دوباره به جریان خون جذب می شود. مطابق با نقش خود در این فرآیند، EC های مویرگی دور لوله ای سطوح بالاتری از Slc2a1 (رمزکننده GLUT1) نسبت به EC های سایر بسترهای عروق کلیوی (شکل 3b) بیان می کنند، که نشان می دهد که بازجذب گلوکز ممکن است توسط GLUT1 در EC های مویرگی اطراف لوله ای تسهیل شود.

مویرگ‌های اطراف لوله‌ای قشر شامل دو جمعیت EC هستند - یکی که سطح بالایی از Apoe را بیان می‌کند (کدکننده آپولیپوپروتئین E) و دیگری که Apoe10 کم یا اصلاً بیان نمی‌کند (شکل 3b). جمعیت بالای Apoe بیان غنی‌شده‌ای از سایر ژن‌های مرتبط با متابولیسم لیپید مانند Plpp3 و Thrsp10,80,81 را نشان می‌دهد. در مقابل، جمعیت Apoe-low ژن‌های کدکننده گیرنده‌های VEGF (Kdr، Flt1، و Nrp1، به ترتیب کدکننده‌های VEGFR2، VEGFR1 و نوروپیلین 1)، پروتئین‌های متصل‌کننده به فاکتور رشد شبه انسولین و گیرنده (Igfbp5، Igfbp3، و Insr) را بیان می‌کنند. و Npr3، که یک گیرنده برای پپتید ناتریورتیک را کد می کند، که حجم خون و دفع سدیم را تنظیم می کند 10،82-85. اینکه آیا این دو جمعیت EC در مویرگ‌های جداگانه وجود دارند که با لوله‌های پیچ خورده پروگزیمال یا لوله‌های دیستال تعامل دارند یا اینکه در مویرگ‌های یکسان وجود دارند یا خیر، در حال حاضر ناشناخته است.

با کمال تعجب، دو جمعیت EC مویرگی اضافی نیز در قشر کلیوی موش توصیف شده است - یک جمعیت EC شبیه رگ زایی و جمعیتی که با بیان ژن‌های تحریک‌شده با اینترفرون و ژن‌های دخیل در پردازش و ارائه آنتی‌ژن مشخص می‌شود (شکل 3b). . EC های شبه رگ زایی ممکن است در بازسازی REC های آسیب دیده نقش داشته باشند، در حالی که EC های فعال شده با اینترفرون ممکن است در نظارت ایمنی شرکت کنند، اگرچه مطالعات بیشتری برای بررسی این احتمالات مورد نیاز است.

cREC ها در شریان های بزرگ با بیان ژن فاکتور رونویسی شریانی Sox17 و ژن اتصال محکم Cldn5 (کلودین 5) مشخص می شوند، در حالی که cREC ها در وریدهای بزرگ با بیان فاکتور رونویسی Nr2f2 (COUP-TFII) مشخص می شوند. نشانگر فنستراسیون Plvap^{6,10,11,47,63,64,86}(شکل 3b).

cREC های شریانی ژن Sema3g رمزکننده سمافورین را بیان می کنند که به ترتیب اثرات اتوکرین و پاراکرین روی EC ها و VSMC ها دارد، ژن های کد کننده کانکسین Gja4 و Gja5 که اجزای اتصالات میواندوتلیال هستند و عضو خانواده Notch Jag1 (refs6,10). 11،87-90) (شکل 3b). شریان های بزرگ در معرض فشار خون بالا هستند و تون عروقی آنها در پاسخ به تغییرات فشار خون تعدیل می شود. توانایی آنها در پاسخ به سیگنال های مکانیکی با وجود یک لایه الاستیک در محیط تونیک که غنی از الیاف الاستیک است فعال می شود.^9,91و از طریق بیان ژن‌های مرتبط با مجموعه فیبر الاستیک مانند Eln (الاستین)، Ltbp4 (فاکتور رشد تبدیل‌کننده پنهان- -پروتئین اتصال 4)، Fbln5 (فیبولین 5) و Bmp4 (refs6,10,11,92). -95). آنها همچنین سطوح بالایی از Mgp (پروتئین ماتریکس Gla) 6،10 را بیان می کنند که کلسیفیکاسیون عروقی را احتمالاً از طریق مهار سیگنال دهی BMP2 و BMP4 سرکوب می کند. مطابق با نقش آنها در تنظیم جریان خون کلیوی، cREC های شریان های بزرگ نیز ژن هایی را بیان می کنند که مسئول تنظیم بنزین هستند مانند Ace، Edn1 و S1pr1 (refs6,10,97-99) (شکل 3b).

تحویل اکسیژن و مواد مغذی و حذف مواد زائد آزاد شده در دیواره عروقی شریان‌ها و وریدهای بزرگ توسط vasa vasora100 تسهیل می‌شود. RECهای Vasa vasora در مطالعات منتشر شده روی RECهای تک سلولی موش شناسایی نشدند، احتمالاً به این دلیل که عروق با قطر لومن<0.5mm (the="" diameter="" of="" normal="" vessels="" in="" mice)="" do="" not="" normally="" have="" vasa="">^6,10,11,100. انجام چنین مطالعاتی در حیوانات بزرگتر یا در انسانها، که عروق کلیوی بزرگتری دارند، ممکن است احتمال ابتلا به RECهای vasa vasora را افزایش دهد. در حال حاضر هیچ نشانگری برای RECهای مشتق شده از vasa vasora توصیف نشده است.

فراتر از سیستم عروقی خون، قشر کلیه همچنین شامل دو مجموعه از عروق لنفاوی کلیه است. هر دوی اینها به صورت مویرگ های کور در لوبول کلیوی منشأ می گیرند که از آنجا یک مجموعه شریان ها را به سمت ناهل دنبال می کند تا سیستم ناف و کپسولی را به هم متصل کند و دیگری به کپسول نفوذ می کند تا به لنفاوی کپسولی بپیوندد 28,101 (شکل 1a). مویرگ های لنفاوی کلیوی را می توان از مویرگ های رگ های خونی متمایز کرد زیرا آنها عمدتاً در بینابینی وجود دارند، دارای انتهای کور هستند و فاقد پری سیت هستند.^28,29. مویرگ های لنفاوی کلیوی از LEC های تک لایه به شکل برگ بلوط و تا حدی همپوشانی دارند 28،29 که با بیان چندین نشانگر می توان آنها را از BEC ها متمایز کرد.⁶که شناخته شده ترین آنها Pdpn (پودوپلانین)102، ژن رمزکننده گیرنده هیالورونان Lyve1 (مرجع 103)، Flt4 (که VEGFR3 را کد می کند) 104 و ژن فاکتور رونویسی Prox1 (مرجع 105) هستند (شکل 3b) . اگرچه این نشانگرها در انواع سلولی دیگر نیز بیان می شوند، اما می توان از آنها برای تمایز بین دو نوع اصلی EC استفاده کرد. در انسانکلیهپودوپلانین به عنوان قابل اعتمادترین نشانگر LEC توصیف شده است^28,29. با این حال، هیچ یک از این دو شناخته شده نیستکلیهجمعیت LEC در مطالعات منتشر شده RNA-seq تک سلولی شناسایی شده است^6,10,11احتمالاً به دلیل از بین رفتن آنها در طی مراحل پردازش فنی (به عنوان مثال، در طی هضم آنزیمی یا خالص سازی EC)، و/یا به این دلیل که در مقایسه با جمعیت BEC های کلیوی، کسری EC بسیار کوچک را نشان می دهند. بنابراین مطالعات بیشتری برای مشخص کردن ناهمگنی اندوتلیوم لنفاوی کلیه مورد نیاز است.

ناهمگنی سلول های اندوتلیال مدولاری کلیهنقش اصلی مدولای کلیه غلظت ادرار است⁹. آرایش آناتومیک وازا رکتا و جریان خون پایین مدولای کلیه (10 درصد از کل جریان خون کلیوی 9)، از شستشوی املاح مانند اوره و نمک طعام جلوگیری می کند و باعث ایجاد شیب اسمولاریته از بصل النخاع خارجی به پاپیلای کلیه می شود. که برای غلظت ادرار ضروری است26106. این گرادیان با توجه به وضعیت هیدراتاسیون106 متفاوت است.

اندوتلیوم مدولاری کلیه با بیان Igfbp7 (refs10,11)، یک نشانگر ادراری مشخص می شود.کلیهآسیبی که بهبود کلیوی را پس از آسیب حاد کلیه (AKI)107 پیش بینی می کند و Cd36 (refs10,32) که یک گیرنده روبنده را رمزگذاری می کند که مسئول جذب اسیدهای چرب با زنجیره بلند از گردش خون است (شکل 3c). از این رو، لیپیدها ممکن است به شیوه‌ای وابسته به CD از طریق اندوتلیوم مدولاری به سلول‌های بینابینی مدولاری، یک جمعیت سلولی فیبروبلاست‌مانند که با قطرات چربی مشخص می‌شود، که فراوانی آن با وضعیت دیورز ارتباط دارد، جابه‌جا می‌شوند. حذف Cd36 در موش با افزایش خطر ابتلا به فشار خون خودبخودی وابسته به کلیه مرتبط بود.^10,110، اما کاهش توسعهکلیهفیبروز در پاسخ به رژیم غذایی پرچرب111 (شکل 3c)، بنابراین نقش محافظتی و آسیب شناختی را برای انتقال چربی در این فرآیندها نشان می دهد.

مانند اندوتلیوم قشری و گلومرولی، اندوتلیوم مدولاری کلیوی ناهمگنی گسترده درون بخشی را نشان می دهد.^10,11. DVR رگ‌های شریانی است که شامل یک اندوتلیوم پیوسته است که توسط پری‌سیت‌های ماهیچه‌مانند صاف یا VSMCs احاطه شده است که به محرک‌های وازواکتیو برای کنترل جریان خون مدولاری کلیوی پاسخ می‌دهند. مطابق با فنوتیپ شریان مانند، DVR EC ها Sox17 (refs10,55)، Cldn5 (refs10,55,86,112)، Fbln5، Gja4، و Cxcl12 (CXCL12، همچنین به عنوان SDF1 شناخته می شود - یک کموکین بیان می کنند. که به عنوان لیگاند برای CXCR4 و CXCR7 بیان شده توسط VSMC ها و پری سیت ها عمل می کند)^10,63,113. EC های DVR همچنین Slc14a1 و Aqp1 را بیان می کنند که انتقال دهنده اوره B (UTB) را رمزگذاری می کنند.^10,11,112و کانال آب آکواپورین 1 (مراجعه^10,11,55) که هر دوی آنها برای غلظت ادرار 114115 مورد نیاز هستند (شکل 3c,d). این EC ها همچنین Scin را بیان می کنند که سیندر را کد می کند - پروتئینی که آکواپورین 2 را در یک مجموعه چند پروتئینی در جمع آوری سلول های اپیتلیال مجرای متصل می کند، احتمالاً برای تسهیل قاچاق آکواپورین 2116. بیان مشترک Aqp1 و Scin در EC های DVR نشان دهنده یک تعامل مشابه در اندوتلیوم مدولاری است.¹⁰.

گرادیان اسمولاریته یک محیط خصمانه برای سلول‌های مدولای کلیه ایجاد می‌کند، به‌ویژه برای آنهایی که در پاپیلای کلیوی هستند، جایی که اسمولاریته بالاترین میزان است (مطابق با شرایط هیپراسمولاریته فیزیولوژیکی که در آن اسمولاریته بالاتر از پلاسمای سیستمیک است)117. EC های DVR موش را می توان با توجه به محل قرارگیری آنها در پاپیلای کلیوی یا در بصل النخاع خارجی یا داخلی به دو فنوتیپ اصلی جدا کرد و با بیان ژن های 10 ناشی از هیپراسمولاریته و تنظیم کننده وازوتون متمایز شد (شکل 3c). ECهای DVR پاپیلای کلیوی، ژن‌های پاسخ‌دهنده به هیپراسمولاریته، از جمله ژن‌های هدف فاکتور رونویسی القایی با هیپراسمولاریته NFAT5، مانند S100a4 و S100a6 (refs10,118) را بیان می‌کنند، در حالی که EC‌های DVR از داخل و خارج بصل‌الاحساب بیان غنی‌شده‌ای نشان می‌دهند. یک آنزیم اصلی که در کاتابولیسم پروستاگلاندین های فعال عروقی دخیل است، Edn1، که اندوتلین 1 منقبض کننده عروق را کد می کند، و Adipor2، که گیرنده ای برای آدیپونکتین را کد می کند که اثرات گشادکننده عروق را القا می کند 119120 (شکل 3c). این الگوی بیان با حضور برجسته‌تر پری‌سیت‌های عضله‌مانند صاف در بخش مدولاری بیرونی DVR و در نتیجه پاسخ‌دهی بیشتر این ناحیه به فاکتورهای وازواکتیو در مقایسه با بخش‌های DVR پایین‌تر مطابقت دارد.

برخلاف DVR، AVR عروقی شبیه وریدی هستند (شکل 3d). این رگ‌ها آب را از بینابینی مدولاری کلیه که در طول غلظت ادرار توسط مجاری جمع‌آوری، حلقه هنله و دستگاه DVR جمع می‌شود، دوباره جذب می‌کنند و آن را به طور مشابه عملکرد عروق لنفاوی به گردش عمومی بازمی‌گردانند. در راستای این نقش، AVR ECها فاکتور رونویسی وریدی Nr2f2 (refs10،11،64) و Plvap را بیان می‌کنند - احتمالاً نقش خود را در بازجذب آب حفظ می‌کنند.^10,11,47,122(شکل 3ج). AVR EC ها Tek را نیز بیان می کنند و گیرنده آنژیوپویتین Tie2 را کد می کنند که برای تشکیل AVR در طول توسعه ضروری است. حذف Tek در موش باعث تجمع سریع مایع و کیست در بینابینی مدولاری و از بین رفتن بسته‌های عروقی مدولاری و کاهش توانایی تمرکز ادرار می‌شود.³⁰.

مشابه DVR، AVR را می توان به دو جمعیت EC متفاوت از نظر رونویسی که در پاپیلا و در بصل النخاع خارجی و داخلی قرار دارند، جدا کرد. آنهایی که در پاپیلا هستند با بیان ژن‌های پاسخگو به هیپراسمولاریته (Cryab، Fxyd2 و Cd9 (refs10،123،124))، ژن‌های گلیکولیتیک (Ldha، Aldoa، و Gapdh10،125،126)، و Car2، که آنزیم کربنیک را کد می‌کند، مشخص می‌شوند. فقدان آن غلظت ادرار را مختل می کند و باعث ایجاد پلی اوری در موش می شود 127 (شکل 3 ج). EC های AVR پاپیلاری به طور خاص ژن کد کننده زیرواحد Na + / K به علاوه ATPase Fxyd2 را بیان می کنند، در حالی که یک ژن رمزکننده زیرواحد جایگزین Fxyd6 در EC های AVR در بصل النخاع خارجی و داخلی تنظیم می شود.¹⁰ (شکل 3ج).

بخش‌های پاپیلری AVR و DVR نمایه‌های بیان ژن متمایز را نشان می‌دهند، اما بیان چندین ژن پاسخگو به هیپراسمولاریته، از جمله Akr1b3، که آلدوز ردوکتاز را رمزگذاری می‌کند - آنزیم محدودکننده سرعت مسیر پلیول که مسئول تبدیل گلوکز به سوربیتول، یک اسمولیت آلی بی اثر که برای حفظ حجم سلولی در شرایط هیپراسمولاریته مهم است. آن‌ها همچنین S100a6 و همچنین ژن‌های دیگر را بیان می‌کنند - مانند Fxyd5 (که زیرواحد Na + K به اضافه ATPase دیگر را کد می‌کند)، Nrgn (که پروتئین متصل‌کننده به کالمودولین نوروگرانین را کد می‌کند) و Crip1 (که پروتئین غنی از سیستئین 1 را کد می‌کند). 10118 - که ممکن است به طور بالقوه به محیط هیپراسموتیک مرتبط باشد (شکل 3c).

شبکه مویرگی مدولاری کلیه، که DVR و AVR را به هم متصل می کند (شکل 3a)، با یک اندوتلیوم پردار Plvap مثبت و بیان اندوتلیال غنی شده ژن هایی که گیرنده های VEGF مانند Kdr، Flt1 و Nrp1 را رمزگذاری می کنند، مشخص می شود. به عنوان ژن های دخیل در انتقال اسید چرب و متابولیسم (Cd36 و Plpp3)10 (شکل 3c). mRECها همچنین شامل EC ها از وریدهای پس مویرگی، و همچنین جمعیت EC های رگ زا و فعال شده با اینترفرون، شبیه به مویرگ های قشر کلیوی هستند.

ناهمگونی REC و بیماری کلیوی

تحت شرایط فیزیولوژیکی، اندوتلیوم ساکن است - حالتی که تا حد زیادی از طریق S-nitrosylation پروتئین ها و فاکتورهای رونویسی توسط NO128,129 مشتق از eNOS حفظ می شود. فعالیت eNOS خود توسط تنش برشی تنظیم می شود¹³⁰و متابولیت های داخل سلولی، مانند سوبسترا eNOS، ال-آرژنین، و کوفاکتور آن، تتراهیدروبیوپترین¹³¹. تحت شرایط خاص - به عنوان مثال، در پاسخ به عفونت - این حالت سکون می تواند خاموش شود و باعث فعال شدن ECs و به کارگیری سلول های ایمنی شود. سیگنال دهی ردوکس و به ویژه، جداسازی آنزیم eNOS که منجر به تولید سوپراکسید به جای NO می شود برای این فرآیند فعال سازی حیاتی است. جدا شدن eNOS آبشاری را به حرکت در می آورد که منجر به بازسازی لایه سطحی اندوتلیال می شود و باعث بیان گیرنده هایی می شود که می توانند با پلاکت ها و سلول های ایمنی تعامل داشته باشند.¹³². اگرچه فعال‌سازی اندوتلیال بخشی از سیستم دفاعی میزبان را تشکیل می‌دهد، اما این ماشین مولکولی می‌تواند در شرایط بیماری مانند بیماری خودایمنی یا در شرایط عوامل خطر قلبی عروقی یا عفونت به‌طور نامناسب فعال شود. قابل توجه، ناهمگونی در پاسخ RECها به سیگنال‌های مضر وجود دارد¹³³. به عنوان مثال، در سندرم اورمیک همولیتیک آتیپیک، جهش در فاکتور H مهارکننده کمپلمان با کاهش اتصال فاکتور H به هپاران سولفات 134 اندوتلیال گلومرولی همراه است، بنابراین میکروآنژیوپاتی ترومبوتیک گلومرولی را القا می کند. مثال دیگر رد مزمن آلوگرافت هومورال است که در آن به نظر می رسد مویرگ های اطراف لوله هدف اصلی آسیب هستند.¹³⁵; از دست دادن همراه شبکه مویرگی اطراف لوله ای وقوع را پیش بینی می کندکلیهشکست 136. در زمینه همه‌گیری COVID{1}، قابل توجه است که AKI اغلب در بیماران مبتلا به بیماری شدید مشاهده می‌شود (تا ۵۰ درصد از بیماران در بخش‌های مراقبت‌های ویژه را تحت تأثیر قرار می‌دهد).¹³⁷در آنها اختلال عملکرد گسترده EC ممکن است باعث تشدید بیماری در نتیجه نشت عروقی، انعقاد و التهاب تشدید شود.^138,139.

علاوه بر ناهمگونی در پاسخ فعال‌سازی اندوتلیال، پاسخ RECs به نشانه‌های محیطی از گردش خون ممکن است مختص مکان باشد. به عنوان مثال، gRECs از بیماران مبتلا به دیابت نوع 1 یک پاسخ رگ زایی نامنظم را نشان می دهد که منجر به رشد گلومرولی و پودوسیتوپاتی ثانویه می شود.^140,141. در آسیب ایسکمیک - به ویژه در مویرگ های اطراف لوله - فعال شدن اندوتلیال و از بین رفتن EC ها منجر به پدیده موسوم به "بدون جریان مجدد" می شود که به موجب آن پرفیوژن حتی با بازیابی باز بودن بازیابی نمی شود و منجر به آسیب سلول های اپیتلیال لوله ای و AKI می شود.¹⁴². آسیب شناسی بالینی ناشی از فعال سازی REC در جای دیگر به تفصیل مورد بحث قرار گرفته است.

ظهور تکنیک های با وضوح بالا مانند RNA-seq تک سلولی بینش جدیدی را در مورد تنظیم مولکولی ناهمگنی فنوتیپی اندوتلیال و فرآیندهای دخیل درکلیهصدمه. تعدادی از مطالعات در چند سال گذشته، از گروه ما و دیگران، این مفهوم را ارتقا داده اند که ناهمگنی اندوتلیال با متابولیسم داخل سلولی مرتبط است.^{3,6,10,143–145}. همانطور که در زیر توضیح داده شد، ریزمحیط های مختلف که REC ها در معرض آنها قرار می گیرند، به ایجاد تنوع فنوتیپی و تخصص متابولیک آنها کمک می کند.

تخصص متابولیک RECها

EC ها حتی زمانی که برای حفظ فرآیندهایی مانند تولید انرژی، سنتز زیست توده و هموستاز ردوکس که برای حفظ یکپارچگی سد عروقی، عملکرد تنظیم عروق، انتقال املاح و مهار ترومبوز و التهاب عروقی ضروری هستند، متابولیسم فعالی را نشان می دهند. به عنوان مثال، EC های ساکن سطوح بالایی از FAO را حفظ می کنند، که به حفظ یکپارچگی سد عروقی تا حدی از طریق بازسازی NADPH کمک می کند، که محافظت در برابر گونه های فعال اکسیژن (ROS)146 را فراهم می کند. در راستای این نقش، مهار FAO در EC ها باعث افزایش استرس اکسیداتیو، نفوذپذیری سد اندوتلیال، نفوذ لکوسیتی 146 و انتقال اندوتلیال به مزانشیمی می شود.¹⁴⁷، نشان می دهد که FAO برای حفظ عملکرد و فنوتیپ اندوتلیال مورد نیاز است. REC ها پروفایل های متابولیکی و رونوشت های متفاوتی را به EC های جدا شده از سایر اندام ها در موش نشان می دهند.^3,6. به طور خاص، آنها با تنظیم مثبت ژن های دخیل در بیوسنتز اسید آمینه و پیریمیدین و همچنین متابولیسم گلوکز مشخص می شوند.⁶. علاوه بر این، برخی از ژن های متابولیک به طور انتخابی در EC های شریانی، مویرگی یا وریدی غنی می شوند که نشان دهنده ناهمگنی متابولیک درون اندامی است.⁶. همانطور که در زیر بحث شد، شرایط ریزمحیطی مختلف که جمعیت‌های REC مختلف در معرض آن قرار می‌گیرند نیز ممکن است بر پروفایل‌های متابولیکی آن‌ها تأثیر بگذارد و از ناهمگونی فنوتیپی REC و همچنین پاسخ آن‌ها به محرک‌های بیماری پشتیبانی کند.

پاسخ REC به تغییرات در کشش اکسیژن

با اينكهکلیه هاپرفیوژن ترین اندام های بدن هستند، کمتر از 10 درصد از اکسیژن در گردش در طی عبور خون از طریق بدن مصرف می شود.کلیه ها¹⁴⁸. راکلیهبصل النخاع در معرض کشش کم اکسیژن، با pO2 10-20 میلی متر جیوه (هیپوکسی) در مقایسه با 50 میلی متر جیوه در قشر کلیه 117 قرار می گیرد (شکل 4a). شیب اکسیژنی که از محور کورتیکوپاپیلاری پیروی می کند، نتیجه عوامل متعددی است، از جمله یک شانت اکسیژن شریانی وریدی که از آرایش موازی AVR و DVR در بصل النخاع، جریان خون محدود به داخل و داخل مدولا برای به حداقل رساندن شستشوی املاح ناشی می شود. و استفاده از فسفوریلاسیون اکسیداتیو برای تولید سطوح بالای انرژی مورد نیاز برای Na + K + ATPase برای بازجذب Na plus و فعال کردن عملکرد مناسب سایر ناقلین املاح غشای سلولی. بنابراین، هیپوکسی ذاتی مکانیسم غلظت ادرار مدولا است^10,117.

برای مناسب نیز لازم استکلیهتوسعه149. با این حال، هیپوکسی می تواند مضر باشد و به عنوان یک علت اصلی AKI150، و یک عامل خطر برای بیماری مزمن کلیوی (CKD) 151 در نظر گرفته می شود (شکل 4a). هیپوکسی کلیه می تواند ناشی از حوادث ایسکمیک باشد، مانند ممکن است در طول پیوند کلیه یا در نتیجه پرفیوژن غیر طبیعی کلیه به دلیل نادر شدن مویرگی اطراف لوله، آسیب گلومرولی، آترواسکلروز، اختلال در تنظیم تون عروق شریانی، کم خونی، و اختلال در انتشار اکسیژن به دلیل فیبروز رخ دهد. شکل 4a). در داخل سیستم عروقی، مواجهه کوتاه مدت با هیپوکسی باعث تعدیل برگشت پذیر تون عروق و جریان خون می شود، در حالی که قرار گرفتن در معرض طولانی مدت منجر به بازسازی غیرقابل برگشت عروق و بافت های اطراف با تکثیر VSMC و فیبروز می شود.¹⁵³. پاسخ سلولی به هیپوکسی به غیرفعال شدن اکسیژنازهای وابسته به Fe2 به اضافه و اکسیژنازهای وابسته به اکسگلوتارات (2-OG152) و متعاقب آن وابسته به فاکتور رونویسی القایی هیپوکسی (HIF) بستگی دارد. مسیرهای مستقل از HIF قرار گرفتن در معرض هیپوکسی باعث فعال شدن هر دو HIF1 و HIF2 در ECs154 می شود (شکل 4b). درکلیهREC ها به طور گسترده HIF2 را در هنگام هیپوکسی بیان می کنند، در حالی که بیان پروتئین HIF1 به mRECs در پاپیلا 155-157 محدود می شود، جایی که احتمالا گلیکولیز را تحریک می کند (شکل 4b). فعال سازی HIF2 در REC ها، به طور کلی، حفاظت و بهبودی از آسیب ایسکمیک کلیه را با ترویج erythropoiesis، و با سرکوب التهاب کلیه، نادر شدن مویرگی، و فیبروز156 واسطه می کند (شکل 4b). قرار گرفتن در معرض RECs به هیپوکسی در زمینهکلیهبنابراین ممکن است بیماری در gRECها و cRECها نسبت به mRECها پاسخهای متفاوتی ایجاد کند. برای مثال، هیپوکسی تکثیر و مهاجرت وابسته به HIF را ترویج می‌کند158,159 ECs. با این حال، در شرایط نامتجانس، gREC های کشت شده پس از قرار گرفتن در معرض هیپوکسی 155،160،161، تحت آپوپتوز وابسته به میتوکندری قرار می گیرند، که نشان دهنده ناسازگاری gRECs با هیپوکسی است. اگرچه به نظر می‌رسد که gRECها در مقابل هیپوکسی در داخل بدن کاملاً مقاوم هستند، احتمالاً به دلیل تأثیر پاراکرین VEGF161 مشتق از پودوسیت، هیپوکسی می‌تواند باعث از بین رفتن تدریجی پروتئین‌های اتصال محکم اکلودین و ZO{10}} در gRECها در HIF شود. 11}}روشی وابسته، در نهایت افزایش نفوذپذیری سد اندوتلیال162. اطلاعات کمی در مورد پاسخ mRECs به هیپوکسی وجود دارد. mRECها در AVR و DVR، به ویژه، تحت شرایط فیزیولوژیکی در معرض کشش کم اکسیژن در پاپیلا قرار می‌گیرند، و تنظیم Epas1 (که HIF2 را کد می‌کند) در mRECها در صورت محرومیت از آب تنظیم مثبت می‌شود، احتمالاً در پاسخ به افزایش هیپوکسی ناشی از فرآیند غلظت ادرار¹⁰.

سازگاری متابولیک ECs با تغییرات در کشش اکسیژن.در شرایط عادی، ECها عمدتاً به گلیکولیز برای تولید ATP متکی هستند تا فسفوریلاسیون اکسیداتیو میتوکندری. در پاسخ به هیپوکسی، این پاسخ‌های متابولیک با افزایش بیشتر گلیکولیز و سرکوب تنفس میتوکندری تشدید می‌شوند (شکل 4b)، که توضیح می‌دهد چرا ECs تا زمانی که گلوکز در دسترس است در برابر هیپوکسی مقاومت می‌کنند. پس از قرار گرفتن در معرض هیپوکسی حاد مانند یک رویداد ایسکمیک، EC ها افزایش سریع ROS مشتق از اکسیداز NAD(P)H را نشان می‌دهند که HIF1 را تثبیت می‌کند و جریان گلیکولیتیک بالاتری را ممکن می‌سازد - پاسخ‌هایی که با HIF سازگار هستند{6 }}تغییر تنظیم متابولیسم گلوکز و کاهش فعالیت میتوکندری^164,165 (شکل 4b). علاوه بر این، تجزیه و تحلیل مسیر متابولیک EC های در معرض هیپوکسی مزمن، مانند ممکن است در بصل النخاع یا در زمینه CKD رخ دهد، یک تنظیم مثبت وابسته به HIF در ژن های گلیکولیتیک را نشان داد.¹⁶⁶. جالب توجه است که برخی از ژن‌های گلیکولیتیک مانند Eno1 و Aldoa که آنزیم‌های انولاز 1 و آلدولاز A را که برای تولید ATP و پیرووات از گلوکز ضروری است کد می‌کنند، به میزان بیشتری در mRECs نسبت به cRECs و gRECs10 تنظیم مثبت شدند. به طور خاص، mRECs از بخش پاپیلاری AVR - یعنی بخشی از بستر عروقی کلیه که بیشتر در معرض هیپوکسی است - بیشترین بیان ژن‌های گلیکولیتیک Aldoa، Ldha و Gapdh را در بین تمام mRECها در موش نشان داد. بنابراین، mREC های پاپیلاری ممکن است شار گلیکولیتیک بی هوازی بالاتری را نسبت به سایر REC ها در نتیجه ریزمحیط هیپوکسیک خود نشان دهند. به طور مشابه، سلول های اپیتلیال مدولاری ظرفیت بالاتری برای تولید ATP گلیکولیتیک بی هوازی نسبت به سلول های لوله پروگزیمال دارند.¹¹⁷. mRECها همچنین همزمان با افزایش فعالیت HIF2 که در بالا ذکر شد، چندین ژن گلیکولیتیک را به دلیل کمبود آب تنظیم می کنند.¹⁰.

در EC ها، HIF2 تا حدودی به دنبال فعال شدن NAD میتوکندریایی به همراه دی استیلاز سیرتوئین 3 وابسته به داستیلاز 3 (SIRT3) (مرجع 167) تنظیم مثبت می شود (شکل 4b). از دست دادن SIRT3 سیگنال دهی هیپوکسیک در EC ها را مختل می کند و منجر به رگزایی معیوب و اختلال عملکرد میکروواسکولار می شود که ثانویه به تغییر متابولیک از گلیکولیز مستقل از اکسیژن به تنفس میتوکندریایی منجر می شود. این سوئیچ متابولیک با کاهش بیان {{8}فسفوفروکتو-2-کیناز (PFKFB3) همراه است، آنزیمی که به عنوان تنظیم کننده مثبت گلیکولیز و تشکیل ROS عمل می کند.¹⁶⁷(شکل 4b). در صورت هیپوکسی، SIRT3 آنزیم های آنتی اکسیدانی میتوکندریایی را به شیوه ای وابسته به FOXO3 تنظیم مثبت می کند.¹⁶⁸) - یک فاکتور رونویسی که توسط HIF1 نیز تنظیم می شود¹⁶⁹ (شکل 4b). جالب توجه است که مسیر آنتی اکسیدانی SIRT3-FOXO3 در gRECها عمل می کند و از انتقال اندوتلیال به مزانشیمی جلوگیری می کند.کلیهفیبروز در مدل حیوانی فشار خون ناشی از آنژیوتانسین II¹⁷⁰(شکل 4b). روش‌های دارویی که SIRT3 را افزایش می‌دهند، AKI ناشی از سیس پلاتین را با محافظت در برابر آسیب لوله‌ای و با بهبود محدود می‌کنند.کلیهعملکرد¹⁷¹. در مقابل، موش‌های ناک‌آوت Sirt AKI شدیدتری نشان می‌دهند، اگرچه سهم REC در این اثرات مشخص نشده است.¹⁷¹. اینکه آیا این مسیر آنتی اکسیدانی SIRT3-FOXO3 نیز در پاسخ فیزیولوژیکی mRECs به هیپوکسی در بصل النخاع دخیل است، هنوز مشخص نیست.

متابولیسم اسیدهای چرب نیز تحت تأثیر در دسترس بودن اکسیژن قرار می گیرد، زیرا هیپوکسی باعث افزایش بیان و فعالیت سنتاز اسید چرب (FAS) می شود، یک آنزیم کلیدی کنترل کننده سرعت مسیر بیوسنتز اسیدهای چرب، که منجر به کاهش مالونیل می شود. - مخزن CoA و افزایش سطح پالمیتات در ECs172 (شکل 4b). در ECهای شریان ریوی انسان، مهار FAS منجر به اختلال در تثبیت HIF1 و تغییرات بعدی HIF در انتقال و متابولیسم گلوکز و بازیابی عملکرد eNOS می‌شود که نشان می‌دهد مهار سنتز اسیدهای چرب ممکن است مفید باشد. برای عملکرد EC در هیپوکسی¹⁷²(شکل 4b). درکلیهفن ها - که FAS را کد می کند - در یک مدل تجربی نارسایی مزمن کلیه تنظیم مثبت شد و به هیپرتری گلیسیریدمی کمک کرد.¹⁷³. دگرگونی فن ها و سایر ژن های پاسخگو به هیپوکسی نیز در این گروه مشاهده شدکلیهقشر یک مدل موش از کم خونی سلول داسی شکل که آسیب گلومرولی و لوله ای پیشرونده را نشان می دهد¹⁷⁴. تغییر متابولیسم چربی یکی از مشخصه های CKD پروتئینوری است و شواهد بالینی و تجربی از این تصور حمایت می کنند که تغییر متابولیسم لیپید ممکن است به پاتوژنز و پیشرفت بیماری کلیوی کمک کند.¹⁷⁵. با این وجود، نقش RECs در متابولیسم اسیدهای چرب نامنظم در زمینهکلیهمرضباقی مانده است که بیشتر روشن شود.

هیپوکسی همچنین باعث افزایش تنظیم آرژیناز II به روشی وابسته به فعال شدن HIF2 می شود.¹⁷⁶یا HIF1¹⁷⁷و سنتز و انتقال بستر آن، آرژنین، را در EC کاهش می دهد^178,179(شکل 4b). آرژیناز II یک متالوآنزیم است که به ویژه درکلیه هاو هیدرولیز ال-آرژنین را به اوره و ال-اورنیتین کاتالیز می کند. افزایش فعالیت آرژیناز II، فراهمی زیستی آرژنین را کاهش می دهد، که فعالیت eNOS را کاهش می دهد، تولید NO اندوتلیال را کاهش می دهد و باعث جدا شدن eNOS می شود و در نهایت منجر به تولید ROS و استرس نیتروزاتیو می شود.¹⁷⁶. این مراحل در ترویج اختلال عملکرد اندوتلیال، بیماری کلیوی دیابتی وکلیهالتهاب در زمینه چاقی ناشی از رژیم غذایی^180,181. در شرایط فیزیولوژیکی، آرژیناز II عمدتاً در بصل النخاع خارجی بیان می شود، که نشان می دهد این سازگاری متابولیکی احتمالاً در mRECهایی که بیشتر در معرض هیپوکسی هستند رخ نمی دهد.¹⁸¹.

در نهایت، قرار گرفتن در معرض mRECs پاپیلاری در معرض هیپوکسی حاد باعث آزاد شدن پورین ها و ATP به همراه UTP و UDP در فضای خارج سلولی می شود.^182–184. ATP گیرنده های اندوتلیال P2Y را فعال می کند و در نتیجه تولید NO، اتساع عروق و افزایش پرفیوژن بافتی را به همراه دارد.¹⁸⁵. ATP همچنین به دنبال متابولیسم ATP توسط اکتوآنزیم ها، آدنوزین را تشکیل می دهد^185,186. مهمتر از همه، هیپوکسی باعث ایجاد یک HIF{0}}واتنظیم وابسته به گیرنده آدنوزین A2a (کدگذاری شده توسط ADORA2A) در ECها می‌شود.^187,188فعال شدن آن سنتز پروتئین HIF1 را افزایش می دهد و بیان ژن گلیکولیتیک و شار گلیکولیتیک را افزایش می دهد.¹⁸⁷(شکل 4b). در بیشتر موارد، فعال شدن گیرنده‌های A2a و A2b که توسط ECs و VSMC بیان می‌شوند، واسطه اثرات گشادکننده عروق آدنوزین آزاد شده در طول هیپوکسی است. درکلیهگیرنده های مختلف آدنوزین در قسمت های مختلف عروق وجود دارد¹⁸⁹و ATP خارج سلولی و آدنوزین نقش کلیدی در تنظیم همودینامیک کلیوی و میکروسیرکولاسیون دارند.^185,190. در مدولا، آدنوزین در اندام بالارونده ضخیم مدولاری حلقه هنله (TALH) پس از استرس اکسیداتیو تولید می شود.¹⁹¹و به عنوان یک گشادکننده عروق عمل می کند و از طریق مکانیسمی که ممکن است شامل mRECs DVR باشد، باعث افزایش جریان خون مدولاری می شود.¹⁹². با این حال، برخلاف اثرات آن در بسیاری از عروق دیگر، فعال شدن گیرنده‌های A2a با واسطه آدنوزین، که به‌ویژه در شریان‌های آوران بیان می‌شوند، باعث انقباض عروقی عروق کلیوی می‌شود و در نتیجه بر جریان خون کلیوی و فیلتراسیون گلومرولی تأثیر می‌گذارد.^185,193. نکته قابل توجه، نقش گیرنده های پورینرژیک در پیشرفت CKD شناسایی شده است¹⁹⁴.