Phần 1 Đa dạng kiểu hình và Chuyên môn hóa Trao đổi chất của Tế bào Nội mô Thận

Liên hệ: Audrey Hu Whatsapp / hp: 0086 13880143964 Email: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. Rabelink⁵và Peter Carmeliet^1,4

Cistanche tubulosa ngăn ngừa bệnh thận, bấm vào đây để lấy mẫu

Tóm tắt |

Sự sống đa bào phức tạp ở động vật có vú dựa trên sự hợp tác chức năng của các cơ quan khác nhau cho sự tồn tại của cả sinh vật. Cácthậnđóng một vai trò quan trọng trong quá trình này thông qua việc duy trì thể tích chất lỏng và cân bằng nội môi thành phần, cho phép các cơ quan khác hoàn thành nhiệm vụ của chúng. Nội mạc thận thể hiện các đặc điểm kiểu hình và phân tử để phân biệt với nội mạc của các cơ quan khác. Hơn nữa, hệ thống mạch máu của thận trưởng thành bao gồm các quần thể đa dạng của hầu hết các tế bào nội mô tĩnh lặng, nhưng không hoạt động về mặt chuyển hóa (EC) cư trú trongquả thậncầu thận, vỏ não và tủy. Mỗi quần thể này hỗ trợ các chức năng cụ thể, ví dụ, trong việc lọc huyết tương, tái hấp thu và bài tiết nước và chất hòa tan, và cô đặc của nước tiểu. Hồ sơ phiên mã của các quần thể EC đa dạng này cho thấy chúng đã thích nghi với các điều kiện vi môi trường tại chỗ (thiếu oxy, căng thẳng cắt, tăng nồng độ), cho phép chúng hỗ trợ các chức năng của thận. Sự tiếp xúc của EC với các yếu tố vi sinh mạch có nguồn gốc từ môi trường ảnh hưởng đến sự trao đổi chất của chúng và duy trìquả thậnphát triển và cân bằng nội môi, trong khi các yếu tố nội tiết có nguồn gốc từ EC bảo tồn các hốc vi môi trường riêng biệt. Trong bối cảnh bệnh thận, ECs thận cho thấy sự thay đổi trong chuyển hóa và kiểu hình của chúng để đáp ứng với những thay đổi bệnh lý trong môi trường vi mô cục bộ, thúc đẩy thêm rối loạn chức năng thận. Hiểu được sự đa dạng và chuyên môn hóa của ECs thận có thể cung cấp những con đường mới để điều trị các bệnh thận vàquả thậnsự tái tạo.

Hệ thống mạch máu của động vật có vú bao gồm hai mạng lưới được kết nối và phân nhánh cao trải dài khắp cơ thể - mỗi mạng có những vai trò cụ thể. Hệ thống mạch máu cung cấp oxy và chất dinh dưỡng đến các mô nhu mô và tạo điều kiện thuận lợi cho việc loại bỏ chất thải, giám sát miễn dịch và vận chuyển tế bào miễn dịch, đông máu và sản xuất các tín hiệu nội tiết để duy trì và tái tạo mô1. Ngược lại, hệ thống mạch bạch huyết thoát dịch kẽ thoát mạch từ các mao mạch máu thấm ngược trở lại tĩnh mạch và tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển tế bào miễn dịch và vận chuyển lipid.². Tất cả các mạch máu được lót bằng các tế bào nội mô máu (BEC, sau đây gọi là EC), trong khi các tế bào nội mô bạch huyết (LEC) tạo thành lớp trong cùng của các mạch bạch huyết - với mỗi quần thể hỗ trợ các nhiệm vụ cụ thể của mạch máu. Tuy nhiên, sự không đồng nhất của nội mô vượt xa sự khác biệt lớn giữa nội mô máu và bạch huyết. Đặc biệt, EC từ các cơ quan khác nhau thể hiện cấu hình phân tử độc đáo hỗ trợ các chức năng cụ thể của cơ quan^3–6. Cácquả thậnlợi íchtừ một hệ mạch chuyên biệt cao, được liên kết chặt chẽ với hệ thống biểu mô thận⁷. Cụ thể, các quần thể tế bào nội mô thận (RECs) khác biệt về kiểu hình cùng tồn tại trong ba ngăn giải phẫu và chức năng củaquả thận, cầu thận, vỏ não và tủy - nơi chúng hỗ trợ các nhiệm vụ cụ thể của thận8,9. Quan trọng là, những tiến bộ công nghệ đã cho phép nghiên cứu sự không đồng nhất REC ở cấp độ tế bào đơn lẻ, cung cấp những hiểu biết mới về vai trò chuyên biệt của chúng đối với sức khỏe và bệnh thận^6,10,11.

Cácquả thậnrất quan trọng để duy trì cân bằng nội môi của cơ thể, điều chỉnh thể tích và thành phần của chất lỏng cơ thể⁷. Thận nhận 20–25 phần trăm cung lượng tim và thể hiện cấu trúc mạch máu theo khuôn mẫu. Kiến trúc này không chỉ cho phép cung cấp oxy và chất dinh dưỡng chothận, mà còn cho phép tham gia vào quá trình lọc huyết tương, tái hấp thu các ion và chất chuyển hóa từ dịch lọc, bài tiết các ion và các chất chuyển hóa trong nước tiểu ban đầu, và cô đặc trong nước tiểu^7,8. Các quá trình được tổ chức chặt chẽ này cho phép tinh chỉnh thể tích chất lỏng ngoại bào, huyết áp, độ thẩm thấu và nồng độ ion^7,8. Thận cũng điều chỉnh mức độ chất chuyển hóa tuần hoàn, không chỉ bằng cách bài tiết chất thải trao đổi chất mà còn bằng cách giải phóng glucose (thông qua quá trình tạo gluconeogenesis) và các axit amin, chẳng hạn.¹². Các cơ quan của động vật có vú liên tục trao đổi các chất chuyển hóa qua hệ tuần hoàn, với việc sử dụng có chọn lọc để hỗ trợ các hoạt động trao đổi chất của chính chúng¹².

Do đó, các chức năng trao đổi chất của EC trong các cơ quan khác nhau có thể thể hiện sự khác biệt theo từng cơ quan cụ thể, được hỗ trợ bởi những phát hiện từ phân tích bảng điểm chuyển hóa của EC ở các cơ quan khác nhau⁶. Hơn nữa, tính dẻo chuyển hóa của ECs cho phép chúng thích nghi và phản ứng với những thay đổi của môi trường liên quan đến nhu cầu và chức năng trao đổi chất của chúng3,13. Bằng chứng mới nổi cho thấy rằng RECs chuyên biệt củaquả thậnđiều chỉnh bảng sao chuyển hóa của chúng để hỗ trợ chức năng thận¹⁰.

Rối loạn chức năng REC đi kèm với sự mất cấp tính hoặc tiến triển củaquả thậnhàm số^14,15. Rối loạn chức năng này có liên quan đến sự gia tăng co mạch động mạch và giảm lưu lượng máu đến thận, thu nhận các kiểu hình tiền viêm và tiền huyết khối có lợi cho sự kết dính và xâm nhập của tế bào miễn dịch và sự hình thành microthrombi, sự phân ly của pericytes khỏi nội mô. lớp, sự phá vỡ hàng rào nội mô dẫn đến phù nề kẽ, hiếm gặp các mao mạch phúc mạc (do đó thúc đẩy tình trạng thiếu oxy ở thận) và sự chuyển đổi nội mô sang trung mô, góp phần gây xơ hóa thận. 16,17, cho thấy nội mô có thể được nhắm mục tiêu để bảo vệ thận chấn thương và / hoặc để tái tạo chức năng thận.

Đánh giá này tóm tắt hiểu biết hiện tại của chúng tôi vềquả thậnmạch máu, tập trung vào những tiến bộ gần đây trong hiểu biết của chúng ta về sự không đồng nhất về kiểu hình, phân tử và chuyển hóa của RECs liên quan đến vi môi trường của chúng. Chúng tôi cũng thảo luận về ứng dụng tiềm năng của việc nhắm mục tiêu chuyển hóa REC như một chiến lược điều trị trongquả thậnbệnh tậthoặc để tái tạo thận.

Những điểm chính

• Nội mô khác nhau giữa các cơ quan khác nhau, có thể là để hỗ trợ các chức năng của cơ quan riêng biệt.

• Nhiều kiểu hình tế bào nội mô chuyên biệt cùng tồn tại trong cầu thận, vỏ và tủy; những chức năng này để hỗ trợ quá trình lọc ở cầu thận, tái hấp thu và bài tiết các ion và chất chuyển hóa, cũng như cô đặc nước tiểu.

• Các môi trường vi mô cục bộ khác nhau trongquả thậnđịnh hình sự không đồng nhất về phân tử và chuyển hóa của nội mô thận; ngược lại, các yếu tố nội tiết có nguồn gốc từ tế bào nội mô duy trì các hốc của cácquả thậnmôi trường vi mô.

• Sự trao đổi chất của các tế bào nội mô thận có thể bị thay đổi trong bối cảnhquả thậnchấn thương và bệnh tật, một phần là kết quả của những thay đổi trong vi môi trường.

• Hiểu biết nhiều hơn về sự đa dạng kiểu hình và chuyên môn hóa chuyển hóa của các tế bào nội mô thận có thể giúp xác định các mục tiêu mới chođiều trịquả thậnbệnh tậtvàquả thậnsự tái tạo.

Nội mô thận không đồng nhất

Giải phẫu mạch máu thận

Cácquả thậnđược cung cấp máu qua động mạch thận, sau khi đi vàoquả thậnqua ống thận, các nhánh thành các động mạch phân đoạn, liên thùy, cung và liên cầu (Hình 1a), và cuối cùng là các tiểu động mạch hướng tâm, là những mạch có sức cản cao chịu trách nhiệm kiểm soát lưu lượng máu cầu thận và tốc độ lọc cầu thận (GFR) 18. Từ các tiểu động mạch hướng tâm, máu đi vào búi cầu thận - một mạng lưới các mao mạch cầu thận nóng đặc, nơi siêu lọc huyết tương xảy ra với tốc độ ~ 120–140 ml / phút ở người trưởng thành, tạo điều kiện cho các chất hòa tan có trọng lượng phân tử thấp đi từ cầu thận mao dẫn đến không gian của Bowman¹⁹. Sau khi một phần huyết tương đã được lọc, máu rời khỏi búi cầu thận qua các tiểu động mạch tràn ra ngoài để tuần hoàn các ống xoắn xa và ống gần, tạo thành mạng lưới mao mạch phúc mạc vỏ não. Máu trong các mao mạch phúc mạc được làm giàu bằng các chất tan có trọng lượng phân tử cao và có hàm lượng chất lỏng thấp do mất chất lỏng trong quá trình siêu lọc cầu thận. Do đó, các mao mạch phúc mạc dành riêng cho việc tái hấp thu nước, ion và các chất dinh dưỡng thiết yếu từ phần gần^7,20và ống lượn xa²¹. Một số ion như H cộng (tham khảo 22) và K cộng (tham khảo 23) cũng như các phân tử như creatinine²⁴và chất chuyển hóa thuốc²⁵- vốn không được lọc hoàn toàn bởi mao mạch cầu thận nhưng vẫn cần thải trừ khỏi cơ thể - di chuyển từ mao mạch phúc mạc vào tế bào biểu mô của ống lượn gần hoặc ống xa để bài tiết và thải trừ qua nước tiểu21. Các tiểu động mạch tràn ra từ các nephron của ống tuỷ làm phát sinh ống trực tràng đi xuống (DVR), kết nối với trực tràng ống dẫn tinh đi lên (AVR) thông qua các đám rối mao mạch. AVR và DVR chạy ngược dòng đến quai Henle và tham gia vào quá trình trao đổi ngược dòng trong tủy, như mô tả sau, là cần thiết để duy trì một gradient độ thẩm thấu đối với nồng độ nước tiểu26. Cuối cùng, hệ thống mao mạch vỏ não và tủy cùng với AVR kết hợp lại thành một hệ thống tĩnh mạch ở ngã ba vỏ não. Cụ thể hơn, mạch máu tĩnh mạch thận thoát máu từ các mao mạch phúc mạc và AVR vào các tĩnh mạch liên cầu và tĩnh mạch vòng cung và sau đó là các tĩnh mạch liên thanh, cuối cùng tạo thành tĩnh mạch thận xuất hiện từquả thậnhilum và cuối cùng phân nhánh vào tĩnh mạch chủ dưới⁷.

Cácquả thậncũng được cung cấp bởi các mạch bạch huyết, theo địa hình tổng thể củaquả thậnmạch máu²⁷(Hình 1a). Chúng chủ yếu hiện diện trong vỏ thận, nơi vai trò chính của chúng là loại bỏ chất lỏng và các đại phân tử (như albumin) khỏi khoảng kẽ giữa các ống và mao mạch.²⁸. Chúng cũng có một vai trò trong sự xâm nhập của các tế bào miễn dịch và viêm nhiễm sau đó²⁹. Ở cầu thận, chúng bao quanh nang Bowman mà không thâm nhập vào búi cầu thận.²⁸. Ngược lại, các mạch bạch huyết truyền thống hiếm khi hiện diện trong tủy thận; trong vùng này, dịch kẽ và các đại phân tử được loại bỏ bởi AVR, đại diện cho một loại mạch máu lai với các đặc điểm giống hệ bạch huyết^28,30.

Các kiểu hình tế bào nội mô thận

ECs từ các cơ quan khác nhau là dị gen về mặt kiểu hình^3–6,31. Các đặc tính độc đáo của REC, và đặc biệt là EC cầu thận, từ lâu đã được đánh giá cao. Hồ sơ phiên mã toàn cầu của ECs từ chuột đã xác nhận sự tồn tại của các ký hiệu phiên mã dành riêng cho cơ quan^3,4,6. Lưu ý, những nghiên cứu này đã chứng minh rằng RECs khác biệt nhất với EC từ các cơ quan khác bao gồm não, tim, phổi, cơ và tinh hoàn.⁴(Hình 1b) thông qua sự biểu hiện của chúng đối với các gen liên quan đến tín hiệu interferon, cũng như các gen mã hóa các yếu tố nội tiết FGF1 và IL -33 (refs^4,6). Sự không đồng nhất về cơ quan cụ thể của EC có thể làm nền tảng cho sự thích nghi phân tử của chúng để thực hiện các vai trò chức năng cụ thể^3–6,31.

Tuy nhiên, tính không đồng nhất của RECs vượt ra ngoài cấp độ kiểu cơ quan, với sự đa dạng đáng chú ý củaquả thậnmạch máu, như đã được chứng minh ban đầu bằng kính hiển vi điện tử và các nghiên cứu microarray và sau đó bằng các phân tích đơn bào^6,32,33. Cácquả thậnvỏ não, cầu thận và tủy chứa các quần thể EC duy nhất (cRECs, gRECs và mRECs, tương ứng). Sự đa dạng này trong các quần thể EC có thể phát sinh do tiếp xúc với các môi trường vi mô khác nhau của các khu vực này. Ví dụ, nội mô cầu thận tiếp xúc với áp suất mạch máu cao và tương tác chặt chẽ với tế bào podocytes để điều chỉnh quá trình siêu lọc, trong khi mREC tiếp xúc với độ thẩm thấu cao và tình trạng thiếu oxy, có liên quan đến việc duy trì gradient độ thẩm thấu và nồng độ nước tiểu.^6,9,10,32(Hình 1c). Ngoài sự không đồng nhất giữa các ngăn, RECs cũng chứng minh sự không đồng nhất trong các ngăn, có thể được xác định bởi một số yếu tố di truyền và môi trường, bao gồm loại giường mạch (động mạch, mao mạch, tĩnh mạch), tương tác của chúng với các loại tế bào khác (ví dụ , tế bào cơ trơn, tế bào pericytes, tế bào hạt, tế bào vỏ và tế bào biểu mô ống) và sự tiếp xúc của chúng với các môi trường vi mô khác nhau trong cùng một ngăn, chẳng hạn như tiếp xúc với các loại dòng chảy khác nhau hoặc các mức độ thẩm thấu khác nhau34 (Hình 1c). Sự phát triển trong công nghệ phiên mã đơn bào đã cho phép ánh xạ RECs của chuột không đồng nhất ở độ phân giải rất cao^6,10,11, tiết lộ tối đa 24 quần thể REC khác nhau về mặt phiên mã^6,10,11. Đáng lưu ý, những phát hiện từ các nghiên cứu RNA-seq tế bào đơn được tóm tắt dưới đây vẫn được xác nhận ở cấp độ protein, cả hai để xác minh toàn diện vị trí không gian của các protein được dự đoán và cũng để tích hợp kiến ​​thức về những thay đổi sau dịch mã và / hoặc các cơ chế tín hiệu có thể ảnh hưởng đến hoạt động của protein. Cũng cần lưu ý là thực tế rằng sự làm giàu tương đối của một gen trong một quần thể REC cụ thể được xác định bằng trình tự tế bào đơn không nhất thiết ngụ ý rằng sự biểu hiện của gen đó bị hạn chế trong quần thể tế bào cụ thể đó.

Sự không đồng nhất của tế bào nội mô thận cầu thận.Cácquả thậncầu thận là một cấu trúc chuyên biệt cao, chịu trách nhiệm lọc huyết tương để tạo ra dịch lọc nước tiểu ban đầu đồng thời đảm bảo rằng các protein huyết tương thiết yếu được giữ lại trong máu. Nó được cấu tạo bởi các mao mạch cầu thận nằm giữa tiểu động mạch hướng tâm và tiểu động mạch hướng tâm, là những mạch kháng kiểm soát cả lưu lượng và áp suất máu trong mao mạch. Các tiểu động mạch của nephron tiếp xúc một phần với bộ máy cầu thận (JGA) - một cấu trúc chuyên biệt bao gồm điểm vàng của ống lượn xa, các tế bào sản xuất renin dạng hạt liên kết với tiểu động mạch hướng tâm và các tế bào trung mô ngoài cầu thận (Hình. 2a). JGA điều chỉnh GFR đơn nephron và huyết áp thông qua phản hồi cầu thận, phản ứng nguyên sinh và giải phóng renin^19,35–37.

Nội mô mao mạch cầu thận được cấu tạo bởi các EC duy nhất với các màng ngăn không có màng ngăn cho phép lọc một lượng lớn chất lỏng38 (Hình 2b).

Các đám cháy có kích thước 50–100 nm và chiếm khoảng 20% ​​diện tích bề mặt tế bào, xuất hiện trên hình ảnh hiển vi điện tử dưới dạng các lỗ xuyên tế bào³⁸. Về mặt lý thuyết, đường kính của những lỗ chân lông này đủ lớn để cho phép chất lỏng và các protein lớn đi qua các ống. Tuy nhiên, các gREC mao quản cũng tạo ra một lớp glycocalyx dày bao gồm glycoprotein tích điện âm và polysaccharid hoạt động như một rào cản đối với sự di chuyển của protein^39,40. Hơn nữa, các thành phần huyết tương được hấp thụ trong glycocalyx và tạo thành một lớp áo rộng hơn gọi là lớp bề mặt nội mô⁴². Thật vậy, albumin niệu và protein niệu được quan sát thấy khi suy giảm glycocalyx^39,43,44. Cùng với podocytes, các gREC mao mạch cũng tổng hợp và chia sẻ một chất nền ngoại bào chung được gọi là màng đáy cầu thận (GBM), bao gồm chủ yếu là collagen loại IV, laminin và proteoglycans sulfat42. Các đột biến ảnh hưởng đến sự tổng hợp bất kỳ thành phần nào của GBM dẫn đến protein niệu45,46. Do đó, gRECs mao mạch, tế bào vỏ và GBM tạo thành một hàng rào lọc cầu thận hiệu quả. Cần lưu ý, nội mô mao mạch cầu thận thiếu màng ngăn và do đó không biểu hiện loại II xuyên màng glycoprotein plasmalemma protein liên kết với túi 1 (PV1), được mã hóa bởi Plvap10 và là một dấu hiệu điển hình của EC được kết hợp với màng bắc cầu của nội mô. fenestrae và caveolae⁴⁷

Sự phát triển và duy trì các lớp đệm gREC mao mạch đòi hỏi yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu có nguồn gốc podocyte (VEGF), hoạt động theo cách thức nội tiết thông qua thụ thể VEGF nội mô 2 (VEGFR2, còn được gọi là KDR)⁴⁸. Sự biểu hiện quá mức của VEGF gây sụp đổ cầu thận, mất nhanh chóng các gREC ở mao mạch và protein niệu nhiều⁴⁹. Do đó, cần phải điều chỉnh chặt chẽ VEGF của tế bào vỏ để thiết lập hệ mạch cầu thận trong quá trình phát triển phôi thai và để duy trì các cơn sốt trong các mao mạch cầu thận trưởng thành.^38,42. Tương tự, VEGF có nguồn gốc từ tế bào biểu mô ống cho phép duy trì mạng lưới mao mạch phúc mạc⁵⁰

Không giống như các EC mao mạch khác, gREC tiếp xúc với huyết áp cao và lưu lượng máu cao, điều này thúc đẩy quá trình lọc cầu thận và khiến gRECs chịu áp lực cắt đáng kể.⁵¹. Theo đó, gRECs thể hiện mức độ cao của bảng điểm điều chỉnh ứng suất cắt Pi16 (refs^6,10,11,52) (Hình 2c; Bảng bổ sung 1). Các gREC mao quản cũng thể hiện một số điểm đánh dấu khác^10,11,32,53, bao gồm Ehd3, mã hóa một thành viên của họ protein EHD^{10,11,38,54,55}điều chỉnh quá trình tái chế nội bào và được cho là điều chỉnh quá trình tái chế VEGFR2 trong các gREC mao mạch (Hình 2c), cùng với EHD4 (tham khảo 54). Do đó, EHD3 có thể góp phần duy trì sự ngưng tụ mao mạch cầu thận. GRECs mao mạch cũng cho thấy sự biểu hiện phong phú của các gen liên quan đến con đường tín hiệu TGF –BMP (Eng, Smad6, Smad7, Xiao và Hipk2 (refs10,56–58)), có liên quan đến sự hình thành mao mạch cầu thận. Sự biểu hiện quá mức của TGF gây ra protein niệu và xơ vữa cầu thận⁵⁹, và do đó, sự hiện diện của các SMAD ức chế, chẳng hạn như các SMAD được mã hóa bởi Smad6 và Smad7 trong gRECs có thể ngăn chặn quá mức tín hiệu TGF và rối loạn chức năng cầu thận. Ngược lại, BMP có nguồn gốc từ podocyte rất quan trọng đối với sự hình thành mao mạch cầu thận bình thường60. Các gREC mao mạch cũng biểu hiện cụ thể Nostrin³², sản phẩm protein trong đó liên kết với nitric oxide tổng hợp nội mô (eNOS) để kích hoạt sự chuyển vị của nó từ màng sinh chất đến các cấu trúc dưới tế bào giống như túi, và làm giảm sản xuất nitric oxide (NO) - một chất điều chỉnh quan trọng của GFR32. Hơn nữa, sự biểu hiện hạn chế của lipoprotein lipase (Lpl) đối với gRECs mao mạch gợi ý rằng nội mô cầu thận có thể cần thiết cho việc giải phóng các axit béo vào dịch siêu lọc, sau đó có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng bởi các tế bào biểu mô ống hoặc để điều hòa hàm lượng lipid trong máu hoặc có thể góp phần vào sự tích tụ lipid cầu thận như được quan sát trong các bối cảnh bệnh lý^6,10,61,62. Điều thú vị là, biểu hiện ở thận của các gen liên quan đến chuyển hóa lipid tương quan với GFR và tình trạng viêm ở bệnh nhânbệnh nhân tiểu đườngquả thậndịch bệnh, trong khi quá trình oxy hóa axit béo bị lỗi (FAO) trong các tế bào hình ống góp phần vào sự phát triển củaquả thậnxơ hóa^61,62.

Các yếu tố phiên mã, chẳng hạn như SOX17 và COUP-TFII (được mã hóa bởi Nr2f2) trong RECs động mạch và tĩnh mạch, tương ứng, các dấu hiệu phiên mã ổ đĩa và nhận dạng của các giường mạch cụ thể63,64. Nhận dạng của các gREC dựa trên hoạt động của ít nhất hai yếu tố phiên mã: GATA5 và TBX3 (refs10,11,32) (Hình 2c), làm trung gian cho việc thu nhận hồ sơ biểu hiện gen giống gREC khi biểu hiện quá mức cùng nhau trong tĩnh mạch rốn của con người EC (HUVEC), một mô hình EC thường được sử dụng11. Quy định GATA5 được kiểm soát trong các gREC nhưng không được kiểm soát trong các quần thể REC khác^10,11và sự xóa bỏ chọn lọc Gata5 trong ECs gây ra các tổn thương ở cầu thận65. Hơn nữa, sự loại bỏ đặc hiệu EC của Tbx3 gây ra các khuyết tật về hình thái như vi mạch trong các tập hợp con của cầu thận, giảm số lượng gREC mao mạch và quá trình chân podocyte bị biến dạng, cho thấy vai trò của yếu tố phiên mã này trong việc duy trì tổ chức cấu trúc của mao mạch cầu thận.¹¹. Ngoài ra, cả GATA5 và TBX3 đều tham gia vào quá trình điều chỉnh huyết áp. GATA5 ảnh hưởng đến chức năng mạch máu điển hình, protein kinase A và đường truyền tín hiệu NO⁶⁵, trong khi TBX3 được cho là có tác dụng điều chỉnh huyết áp thông qua việc điều chỉnh bài tiết renin trongquả thận¹¹.

Cần có sự điều chỉnh nhịp mạch của tiểu động mạch hướng tâm và tiểu động mạch ra để duy trì áp lực mao mạch cầu thận cao liên tục cần thiết cho quá trình lọc cầu thận.¹⁸. Quá trình điều tiết này cho phép duy trì GFR liên tục bất chấp những thay đổi về áp lực toàn thân và cung lượng tim66. Các tiểu động mạch bên trong có một đến ba lớp tế bào cơ trơn mạch máu (VSMC), gần với JGA, được thay thế một phần bằng các tế bào hạt sản xuất renin67 (Hình 2d). Sự không đồng nhất EC cũng tồn tại trong tiểu động mạch hướng tâm, với sự lắng đọng không có màng ngăn của nội mạc gần nhất với JGA68,69 - tương tự như của nội mô mao mạch cầu thận - có lẽ để tạo điều kiện thuận lợi cho sự vận chuyển nhanh chóng của renin vào máu18 (Hình 2d). Biểu thức của Gja5 (mã hóa liên kết 40), được bổ sung thêm trong tập con gREC này^10,70và có một vai trò quan trọng trong giao tiếp giữa nội mô và tế bào hạt trong JGA để điều chỉnh việc giải phóng renin^35,70,71. Các EC này cũng được làm giàu trong các gen khác liên quan đến tương tác giữa tế bào với tế bào, chẳng hạn như các gen liên quan đến các con đường tín hiệu Wnt và Notch, Ephrin và cytokine, và chemokine (Hình 2c), có thể làm trung gian nhiễu xuyên âm giữa các tế bào trung bì và / hoặc các tế bào dạng hạt và gREC trong JGA, và có khả năng góp phần vào quá trình tự điều chỉnh và điều hòa huyết áp¹⁰.

Ngược lại, các gREC ở phần thượng nguồn (xa nhất) của tiểu động mạch hướng tâm biểu hiện các gen liên quan đến điều tiết xăng như Edn1 (mã hóa endothelin 1), Alox12 (arachidonate 12- lipoxygenase) và S1pr1 (sphingosine {{6 }} thụ thể photphat 1)^10,72,73(Hình 2c). Đường dẫn tín hiệu S1P – S1PR1 điều chỉnh mạnh mẽ xăng từ động mạch hướng tâm bằng cách kích hoạt hệ thống eNOS^74–76. Phù hợp với vai trò này, thụ thể S1P được làm giàu trong gRECs ở tiểu động mạch hướng tâm và không được phát hiện ở tiểu động mạch hướng tâm.¹⁰.

Ngược lại với gREC trong tiểu động mạch hướng tâm, gREC trong tiểu động mạch hướng tâm cho thấy biểu hiện của liên kết thấp hơn77, đặc biệt là liên kết 37 và liên kết 40 (được mã hóa bởi Gja4 và Gja5, tương ứng) 10. Tương tự như EC từ các tiểu động mạch hướng tâm, tuy nhiên, phân tích bảng điểm của EC từ các tiểu động mạch hướng tâm cho thấy sự hiện diện của hai quần thể gREC: một quần thể có lẽ liên quan đến JGA (biểu hiện các gen liên quan đến sự kết dính và thoát mạch của tế bào miễn dịch, và tính thấm EC) và một quần thể thứ hai tương ứng với phần xa của tiểu động mạch tràn ra ngoài (được làm giàu các gen liên quan đến phản ứng siêu dị cực) 10 (Hình 2c).

Những hiểu biết này gợi ý rằng sự đa dạng về kiểu hình và chức năng của các gREC làm cơ sở cho khả năng duy trì GFR của các lớp nội mạc này thông qua việc điều hòa tích cực lưu lượng máu cầu thận và bằng cách đảm bảo hiệu quả lọc cầu thận. Thông qua sự tích hợp của phản hồi cầu thận và tín hiệu myogenic, các gREC liên quan đến JGA, đặc biệt, có lẽ là những bộ điều chỉnh quan trọng của GFR.

Sự không đồng nhất của tế bào nội mô vỏ thận.Ngoài nội mô mao mạch cầu thận và các tiểu động mạch hướng tâm trước và sau cầu thận,quả thậnvỏ não chứa các mạch bạch huyết, các động mạch và tĩnh mạch lớn cùng với các mạch máu liên quan, các tiểu tĩnh mạch sau mao mạch và các mao mạch phúc mạc. Cùng với vai trò của chúng trong việc tái hấp thu và bài tiết các chất hòa tan, ion và nước, mao mạch phúc mạc vỏ não là những mao mạch thành mỏng bao gồm các EC có chức năng kết hợp với biểu mô ống9 (Hình 3a). So với gREC và mREC, cREC - đặc biệt là EC mao mạch màng bụng - biểu hiện mức độ cao của Igfbp3 (mã hóa protein liên kết yếu tố tăng trưởng giống insulin 3) và Npr3 (mã hóa thụ thể peptide natri lợi tiểu 3) 10,11 (Hình 3b) .

Các mao mạch phúc mạc vỏ não phát sinh từ các tiểu động mạch tràn ra và bao quanh các ống xoắn gần và xa (Hình 3a), cung cấp oxy và chất dinh dưỡng, đồng thời góp phần vào việc hấp thu các chất hòa tan và tái hấp thu nước từ lòng ống.⁹. Không giống như mao mạch cầu thận, EC ở mao mạch màng bụng biểu hiện Plvap, sản phẩm protein của nó (PV1) kéo dài qua EC fenestrae của mao mạch phúc mạc. Các fenestrae có màng ngăn này có đường kính 62–68 nm và có thể tạo điều kiện chotrao đổi nước, ion và các chất hòa tan nhỏ với ống gần và ống xa9,10

Cầu thận lọc khoảng 180 g glucose mỗi ngày78 và trong các điều kiện sinh lý, hầu hết tất cả được tái hấp thu ở các ống lượn gần. Đầu tiên, glucose đã lọc được tái hấp thu từ lòng ống gần bên trong tế bào biểu mô thông qua các chất vận chuyển natri-glucose (SGLTs). Một khi nồng độ glucose nội bào vượt quá nồng độ của kẽ, nó sẽ khuếch tán vào khoảng kẽ thông qua các chất vận chuyển glucose được tạo điều kiện cụ thể (GLUT), từ đó nó được tái hấp thu vào máu79. Phù hợp với vai trò của chúng trong quá trình này, EC ở mao mạch màng bụng biểu hiện mức độ Slc2a1 (mã hóa GLUT1) cao hơn so với EC của các giường mạch thận khác11 (Hình 3b), cho thấy rằng có thể tạo điều kiện thuận lợi cho tái hấp thu glucose bởi GLUT1 trong EC mao mạch phúc mạc.

Các mao mạch phúc mạc vỏ não bao gồm hai quần thể EC - một biểu hiện mức Apoe cao (mã hóa apolipoprotein E) và một biểu hiện ít hoặc không có Apoe10 (Hình 3b). Quần thể Apoe-high cho thấy sự biểu hiện phong phú của các gen khác liên quan đến chuyển hóa lipid như Plpp3 và Thrsp10,80,81. Ngược lại, quần thể Apoe-low biểu hiện các gen mã hóa các thụ thể VEGF (Kdr, Flt1 và Nrp1, mã hóa VEGFR2, VEGFR1 và neuropilin 1, tương ứng), các protein và thụ thể gắn với yếu tố tăng trưởng giống insulin (Igfbp5, Igfbp3 và Insr) , và Npr3, mã hóa một thụ thể cho peptit lợi tiểu natri, điều chỉnh lượng máu và bài tiết natri 10,82–85. Liệu hai quần thể EC này tồn tại trong các mao mạch riêng biệt tương tác với các ống lượn gần hoặc ống lượn xa, hoặc liệu chúng có tồn tại trong cùng một mao mạch hay không hiện vẫn chưa được biết rõ.

Đáng ngạc nhiên, hai quần thể EC mao mạch bổ sung cũng đã được mô tả trong vỏ thận chuột - một quần thể EC giống gen và một quần thể được đặc trưng bởi sự biểu hiện của các gen được kích thích bởi interferon và các gen liên quan đến quá trình xử lý và trình bày kháng nguyên10 (Hình 3b) . Các EC giống gen có thể có vai trò trong việc tái tạo các REC bị hư hỏng, trong khi các EC được kích hoạt bởi interferon có thể tham gia vào quá trình giám sát miễn dịch, mặc dù cần có các nghiên cứu sâu hơn để điều tra khả năng này10.

cREC trong các động mạch lớn được đặc trưng bởi sự biểu hiện của gen yếu tố phiên mã động mạch Sox17 và gen nối chặt Cldn5 (claudin 5), trong khi cREC trong các tĩnh mạch lớn được đặc trưng bởi sự biểu hiện của yếu tố phiên mã Nr2f2 (COUP-TFII), và điểm đánh dấu fenestration Plvap^{6,10,11,47,63,64,86}(Hình 3b).

Các cREC trong động mạch biểu hiện gen mã hóa semaphorin Sema3g, có tác động tự tiết và nội tiết lên EC và VSMC, tương ứng, các gen mã hóa liên kết Gja4 và Gja5, là các thành phần của các điểm nối nội mô và thành viên gia đình Notch Jag1 (refs6,10, 11,87–90) (Hình 3b). Các động mạch lớn tiếp xúc với huyết áp cao và trương lực mạch của chúng được điều chỉnh để đáp ứng với những thay đổi của huyết áp. Khả năng đáp ứng các tín hiệu cơ học của chúng được kích hoạt nhờ sự hiện diện của một lớp đàn hồi trong môi trường tunica có nhiều sợi đàn hồi^9,91và thông qua sự biểu hiện của các gen liên quan đến sự lắp ráp sợi đàn hồi như Eln (elastin), Ltbp4 (yếu tố tăng trưởng tiềm ẩn biến đổi - - protein liên kết 4), Fbln5 (fibulin 5) và Bmp4 (refs6,10,11,92 –95). Chúng cũng biểu hiện hàm lượng cao của Mgp (protein nền Gla) 6,10, ngăn chặn quá trình vôi hóa mạch máu có thể thông qua việc ức chế ký hiệu BMP2 và BMP496. Phù hợp với vai trò của chúng trong việc điều chỉnh lưu lượng máu ở thận, cREC của các động mạch lớn cũng biểu hiện các gen chịu trách nhiệm điều tiết xăng như Ace, Edn1 và S1pr1 (refs6,10,97–99) (Hình 3b).

Việc cung cấp oxy và chất dinh dưỡng cũng như loại bỏ các chất thải thải ra bên trong thành mạch của các động mạch và tĩnh mạch lớn được tạo điều kiện thuận lợi bởi vasa vasora100. Vasa vasora RECs không được xác định trong các nghiên cứu đã công bố về RECs đơn bào của chuột, có lẽ là do các mạch có đường kính lumen là<0.5mm (the="" diameter="" of="" normal="" vessels="" in="" mice)="" do="" not="" normally="" have="" vasa="">^6,10,11,100. Thực hiện các nghiên cứu như vậy ở động vật lớn hơn hoặc ở người, những loài có mạch thận lớn hơn, có thể làm tăng khả năng bắt giữ các REC của vasa vasora. Hiện tại không có dấu hiệu mô tả cho RECs có nguồn gốc từ vasa vasora.

Ngoài hệ thống mạch máu, vỏ thận còn chứa hai bộ mạch bạch huyết thận. Cả hai đều bắt nguồn từ các mao mạch mù trong tiểu thùy thận, từ đó một bộ đi theo các động mạch về phía hilum để kết nối hệ thống hilar và bao và bộ còn lại xuyên qua bao để tham gia vào hệ bạch huyết của bao .28.101 (Hình 1a). Các mao mạch bạch huyết thận có thể được phân biệt với các mao mạch mạch máu vì chúng chủ yếu hiện diện ở kẽ, bị mù và không có pericyte.^28,29. Các mao mạch bạch huyết trong thận bao gồm các LECs 28,29 một lớp, hình 'lá sồi', chồng lên nhau một phần, có thể được phân biệt với BEC bằng sự biểu hiện của một số dấu hiệu⁶, trong đó nổi tiếng nhất là Pdpn (podoplanin) 102, gen mã hóa thụ thể hyaluronan Lyve1 (tham chiếu 103), Flt4 (mã hóa VEGFR3) 104 và gen yếu tố phiên mã Prox1 (tham chiếu 105) (Hình 3b) . Mặc dù các điểm đánh dấu này cũng được thể hiện trong các loại ô khác, chúng có thể được sử dụng để phân biệt giữa hai loại EC chính29. Trong con ngườiquả thận, podoplanin đã được mô tả là chất đánh dấu đáng tin cậy nhất của LEC^28,29. Tuy nhiên, cả hai đều không biếtquả thậnCác quần thể LEC đã được xác định trong các nghiên cứu RNA-seq tế bào đơn đã được công bố^6,10,11, có thể do chúng bị mất trong các bước xử lý kỹ thuật (ví dụ, trong quá trình phân hủy bằng enzym hoặc tinh chế EC), và / hoặc do chúng thể hiện một phần EC quá nhỏ so với quần thể BEC ở thận. Do đó, cần có những nghiên cứu sâu hơn để xác định tính chất không đồng nhất của nội mô bạch huyết thận.

Sự không đồng nhất của tế bào nội mô tủy thận.Vai trò chính của tủy thận là cô đặc nước tiểu⁹. Sự sắp xếp giải phẫu của trực tràng ống dẫn tinh và lưu lượng máu thấp của tủy thận (10% tổng lưu lượng máu đến thận9), ngăn cản quá trình rửa trôi các chất hòa tan, chẳng hạn như urê và NaCl, tạo ra một gradient độ thẩm thấu từ tủy ngoài đến nhú thận , rất cần thiết cho nồng độ nước tiểu 26,106. Gradient này thay đổi tùy theo trạng thái hydrat hóa106.

Nội mô tủy thận được đặc trưng bởi sự biểu hiện của Igfbp7 (refs10,11), một dấu hiệu tiết niệu củaquả thậnchấn thương dự đoán sự phục hồi của thận sau chấn thương thận cấp tính (AKI) 107, và Cd36 (refs10,32), mã hóa một thụ thể xác thối có trách nhiệm hấp thu các axit béo chuỗi dài từ tuần hoàn108 (Hình 3c). Do đó, lipid có thể vận chuyển theo cách thức phụ thuộc CD 36- qua nội mô tủy đến các tế bào kẽ tủy, một quần thể tế bào giống như nguyên bào sợi được đặc trưng bởi các giọt lipid, lượng lipid dồi dào tương quan với tình trạng bài niệu109. Việc loại bỏ Cd36 ở chuột có liên quan đến việc tăng nguy cơ tăng huyết áp tự phát phụ thuộc vào thận^10,110, nhưng làm giảm sự phát triển củaquả thậnxơ hóa để đáp ứng với chế độ ăn nhiều chất béo111 (Hình 3c), do đó gợi ý cả vai trò bảo vệ và bệnh lý đối với sự vận chuyển lipid trong các quá trình này.

Giống như nội mô vỏ não và cầu thận, nội mô tủy thận thể hiện sự không đồng nhất trong khoang rộng rãi.^10,11. DVR là các mạch giống như động mạch bao gồm một nội mô liên tục được bao quanh bởi các pericyte hoặc VSMC giống như cơ trơn, đáp ứng với các kích thích hoạt động mạch để kiểm soát lưu lượng máu đến tủy thận. Phù hợp với kiểu hình giống như động mạch của chúng, DVR EC thể hiện Sox17 (refs10,55), Cldn5 (refs10,55, 86, 112), Fbln5, Gja4 và Cxcl12 (CXCL12, còn được gọi là SDF1 - một protein chemokine hoạt động như một phối tử cho CXCR4 và CXCR7 được biểu thị bởi VSMC và pericyte)^10,63,113. DVR EC cũng thể hiện Slc14a1 và Aqp1 mã hóa chất vận chuyển urê B (UTB)^10,11,112và aquaporin kênh nước 1 (refs^10,11,55), cả hai đều được yêu cầu cho nồng độ nước tiểu114,115 (Hình 3c, d). Các EC này cũng biểu hiện Scin, mã hóa cinder in - một protein liên kết aquaporin 2 trong một phức hợp đa protein trong tế bào biểu mô ống góp, có lẽ là để tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển aquaporin 2116. Sự đồng biểu hiện của Aqp1 và Scin trong DVR EC cho thấy sự tương tác tương tự trong nội mô tủy¹⁰.

Gradient độ thẩm thấu thiết lập một môi trường thù địch đối với các tế bào của tủy thận, đặc biệt là đối với các tế bào trong nhú thận, nơi độ thẩm thấu cao nhất (tương ứng với tình trạng tăng nồng độ sinh lý trong đó độ thẩm thấu cao hơn trong huyết tương toàn thân) 117. Các EC DVR của chuột có thể được phân tách thành hai kiểu hình chính tùy theo vị trí của chúng trong nhú thận hoặc ở bên ngoài hoặc bên trong tủy10, và được phân biệt bởi sự biểu hiện của các gen điều hòa mạch máu và hyperosmolarity10 (Hình 3c). DVR ECs ở nhú thận biểu hiện các gen đáp ứng siêu âm, bao gồm các gen mục tiêu của yếu tố phiên mã cảm ứng siêu âm NFAT5, chẳng hạn như S100a4 và S100a6 (refs10,118), trong khi DVR EC từ trong và ngoài tủy cho thấy biểu hiện phong phú của Hpgd, mã hóa một enzym chính liên quan đến quá trình dị hóa các prostaglandin có hoạt tính, Edn1, mã hóa chất co mạch endothelin 1, và Adipor2, mã hóa một thụ thể cho adiponectin gây ra tác dụng giãn mạch119,120 (Hình 3c). Mô hình biểu hiện này phù hợp với sự hiện diện nổi bật hơn của các pericyte giống cơ trơn ở phần tủy ngoài của DVR và do đó, vùng này đáp ứng nhiều hơn với các yếu tố hoạt động mạch máu, so với các phần DVR thấp hơn 9.121.

Không giống như DVR, AVR là các mạch giống như tĩnh mạch được làm nóng (Hình 3d). Các mạch này tái hấp thu nước từ các kẽ thận tích tụ trong quá trình cô đặc nước tiểu bởi các ống góp, quai Henle và DVR, thu thập nó trở lại tuần hoàn chung theo cách tương tự như chức năng của mạch bạch huyết30. Phù hợp với vai trò này, AVR EC thể hiện yếu tố phiên mã tĩnh mạch Nr2f2 (refs10,11,64) và Plvap - có lẽ để duy trì vai trò của chúng trong tái hấp thu nước^10,11,47,122(Hình 3c). AVR EC cũng biểu hiện Tek, mã hóa thụ thể angiopoietin Tie2, cần thiết cho sự hình thành AVR trong quá trình phát triển. Việc loại bỏ Tek ở chuột gây ra sự tích tụ nhanh chóng của chất lỏng và nang trong kẽ tủy và làm mất các bó mạch tủy và dẫn đến giảm khả năng cô đặc nước tiểu³⁰.

Tương tự như DVR, AVR có thể được tách thành hai quần thể EC khác nhau về mặt phiên mã nằm trong nhú và trong tủy ngoài và trong. Những người trong nhú được đặc trưng bởi sự biểu hiện của các gen đáp ứng siêu tương đồng (Cryab, Fxyd2 và Cd9 (refs10,123,124)), các gen đường phân (Ldha, Aldoa và Gapdh10,125,126) và Car2, mã hóa enzym carbonic anhydrase 2 , sự vắng mặt của chất này làm giảm nồng độ nước tiểu và gây ra chứng đa niệu ở chuột127 (Hình 3c). Các AVR EC ở dạng nhú biểu hiện cụ thể gen mã hóa tiểu đơn vị Na plus / K cộng với ATPase Fxyd2, trong khi gen mã hóa tiểu đơn vị thay thế Fxyd6 được điều chỉnh trong AVR EC ở tủy ngoài và tủy trong.¹⁰ (Hình 3c).

Các phần nhú của AVR và DVR hiển thị các cấu hình biểu hiện gen riêng biệt nhưng có chung biểu hiện của một số gen đáp ứng siêu tương đối, bao gồm Akr1b3, mã hóa aldose reductase - enzyme giới hạn tốc độ của con đường polyol chịu trách nhiệm chuyển đổi glucose thành sorbitol, một chất thẩm thấu hữu cơ trơ rất quan trọng để duy trì thể tích tế bào trong các điều kiện siêu nồng độ117. Chúng cũng biểu hiện S100a6, cũng như các gen khác - chẳng hạn như Fxyd5 (mã hóa một tiểu đơn vị Na plus / K cộng với ATPase khác), Nrgn (mã hóa neurogranin protein liên kết calmodulin) và Crip1 (mã hóa protein giàu cysteine ​​1) 10,118 - có thể có khả năng liên quan đến môi trường siêu hút ẩm (Hình 3c).

Đám rối mao mạch tủy thận, kết nối DVR và AVR (Hình 3a), được đặc trưng bởi một lớp nội mô được nung chảy dương tính với Plvap và biểu hiện nội mô phong phú của các gen mã hóa các thụ thể VEGF, chẳng hạn như Kdr, Flt1 và Nrp1, cũng như như các gen liên quan đến vận chuyển và chuyển hóa axit béo (Cd36 và Plpp3) 10 (Hình 3c). mREC cũng bao gồm EC từ các tiểu tĩnh mạch sau mao mạch, cũng như các quần thể EC hoạt hóa mạch và interferon, tương tự như các mao mạch của vỏ thận10.

REC không đồng nhất và bệnh thận

Trong các điều kiện sinh lý, nội mô ở trạng thái tĩnh - một trạng thái được duy trì phần lớn thông qua quá trình S-nitrosyl hóa của protein và các yếu tố phiên mã bởi NO128,129 có nguồn gốc từ eNOS. Bản thân hoạt động của eNOS được điều chỉnh bởi ứng suất cắt¹³⁰và các chất chuyển hóa nội bào, chẳng hạn như chất nền eNOS, l-arginine, và đồng yếu tố của nó, tetrahydrobiopterin¹³¹. Trong các điều kiện cụ thể - ví dụ, để phản ứng với nhiễm trùng - trạng thái tĩnh này có thể bị tắt, gây ra sự kích hoạt các EC và tuyển dụng các tế bào miễn dịch. Quá trình truyền tín hiệu oxy hóa khử và đặc biệt, sự tách rời của enzyme eNOS dẫn đến việc tạo ra superoxide thay vì NO là rất quan trọng đối với quá trình hoạt hóa này. Sự tách rời của eNOS thiết lập một dòng chuyển động dẫn đến việc tái tạo lại lớp bề mặt nội mô và gây ra sự biểu hiện của các thụ thể có thể tương tác với tiểu cầu và tế bào miễn dịch¹³². Mặc dù kích hoạt nội mô là một phần của hệ thống phòng thủ vật chủ, nhưng bộ máy phân tử này có thể được kích hoạt không thích hợp trong các tình trạng bệnh tật như bệnh tự miễn dịch hoặc trong bối cảnh các yếu tố nguy cơ tim mạch hoặc nhiễm trùng. Lưu ý, sự không đồng nhất tồn tại trong phản ứng của REC đối với các tín hiệu gây hại¹³³. Ví dụ, trong hội chứng tan máu tan máu không điển hình, đột biến trong yếu tố ức chế bổ thể H có liên quan đến yếu tố H giảm gắn với heparan sulfat134 nội mô cầu thận, do đó gây ra bệnh vi mạch huyết khối cầu thận. Một ví dụ khác là từ chối allograft dịch thể mãn tính trong đó các mao mạch phúc mạc dường như là mục tiêu chính của chấn thương¹³⁵; sự mất liên quan của mạng lưới mao mạch phúc mạc dự báo sự xuất hiện củaquả thậnthất bại136. Trong bối cảnh của đại dịch COVID -19, cần lưu ý rằng AKI thường được quan sát thấy ở những bệnh nhân mắc bệnh nặng (ảnh hưởng đến 50 phần trăm bệnh nhân trong các đơn vị chăm sóc đặc biệt)¹³⁷, trong đó rối loạn chức năng EC lan rộng có thể thúc đẩy bệnh leo thang do rò rỉ mạch máu, rối loạn đông máu và tình trạng viêm trầm trọng hơn^138,139.

Ngoài sự không đồng nhất trong phản ứng hoạt hóa nội mô, phản ứng của REC đối với các tín hiệu môi trường từ tuần hoàn có thể đặc trưng theo vị trí. Ví dụ, gRECs từ bệnh nhân đái tháo đường týp 1 Mellitus cho thấy phản ứng tạo mạch bị rối loạn điều hòa dẫn đến tăng trưởng cầu thận và bệnh podocytopathy thứ phát.^140,141. Trong chấn thương do thiếu máu cục bộ - cụ thể là trong các mao mạch phúc mạc - sự kích hoạt nội mô và bong tróc của EC dẫn đến cái gọi là hiện tượng 'không tái tạo dòng chảy', theo đó sự tưới máu không được phục hồi ngay cả khi phục hồi lưu lượng, dẫn đến tổn thương tế bào biểu mô ống và AKI.¹⁴². Bệnh lý lâm sàng gây ra bởi kích hoạt REC được thảo luận chi tiết ở phần khác.

Sự xuất hiện của các kỹ thuật phân giải cao như RNA-seq đơn bào đã cung cấp những hiểu biết mới về quy định phân tử của sự không đồng nhất kiểu hình nội mô và các quá trình liên quan đếnquả thậnvết thương. Một số nghiên cứu trong vài năm qua, từ nhóm của chúng tôi và những người khác, đã nâng cao khái niệm rằng sự không đồng nhất của nội mô có liên quan đến sự trao đổi chất nội bào.^{3,6,10,143–145}. Như được mô tả bên dưới, các môi trường vi mô khác nhau mà REC được tiếp xúc giúp thiết lập cả sự đa dạng về kiểu hình và chuyên môn hóa trao đổi chất của chúng.

Chuyên môn hóa trao đổi chất của REC

ECs thể hiện sự trao đổi chất tích cực ngay cả khi ngừng hoạt động để duy trì các quá trình như sản xuất năng lượng, tổng hợp sinh khối và cân bằng nội môi oxy hóa khử, cần thiết cho việc duy trì tính toàn vẹn của hàng rào mạch máu, chức năng điều hòa mạch máu, vận chuyển chất tan và ức chế hình thành huyết khối và viêm mạch máu. Ví dụ: ECs tĩnh duy trì mức FAO cao, giúp duy trì tính toàn vẹn của hàng rào mạch máu một phần thông qua việc tái tạo NADPH, giúp bảo vệ chống lại các loại oxy phản ứng (ROS) 146. Phù hợp với vai trò này, sự ức chế FAO trong ECs làm tăng stress oxy hóa, tính thấm hàng rào nội mô, thâm nhập bạch cầu146, và chuyển đổi nội mô sang trung mô.¹⁴⁷, cho thấy FAO là cần thiết để duy trì chức năng nội mô và kiểu hình. REC cho thấy các cấu hình trao đổi chất khác nhau và các transcriptomes sang EC được phân lập từ các cơ quan khác ở chuột^3,6. Đặc biệt, chúng được đặc trưng bởi sự điều hòa của các gen liên quan đến sinh tổng hợp axit amin và pyrimidine cũng như chuyển hóa glucose⁶. Hơn nữa, một số gen chuyển hóa được làm giàu một cách chọn lọc trong EC động mạch, mao mạch hoặc tĩnh mạch, cho thấy sự không đồng nhất về chuyển hóa nội tạng⁶. Như đã thảo luận bên dưới, các điều kiện vi môi trường khác nhau mà các quần thể REC khác nhau tiếp xúc cũng có thể ảnh hưởng đến cấu hình trao đổi chất của chúng, và hỗ trợ sự không đồng nhất về kiểu hình REC cũng như phản ứng của chúng với các kích thích bệnh tật.

REC phản ứng với những thay đổi về sức căng oxy

Mặc dùthậnlà những cơ quan được tưới máu nhiều nhất trong cơ thể, ít hơn 10% lượng oxy tuần hoàn được tiêu thụ trong quá trình vận chuyển máu quathận¹⁴⁸. Cácquả thậntủy tiếp xúc với sức căng oxy thấp, với pO2 10–20 mmHg (thiếu oxy) so với 50 mmHg ở vỏ thận117 (Hình 4a). Gradient oxy theo trục mao mạch là hậu quả của một số yếu tố, bao gồm cả một ống chuyển oxy qua động mạch là kết quả của sự sắp xếp song song của AVR và DVR trong tủy, lưu lượng máu hạn chế đến và trong tủy để giảm thiểu sự rửa trôi các chất hòa tan. , và việc sử dụng quá trình phosphoryl hóa oxy hóa để tạo ra mức năng lượng cao cần thiết cho Na plus / K cộng với ATPase để tái hấp thu Na plus và cho phép hoạt động thích hợp của các chất vận chuyển chất tan màng tế bào khác117. Như vậy, tình trạng thiếu oxy vốn có trong cơ chế cô đặc nước tiểu của tủy.^10,117.

Nó cũng được yêu cầu cho thích hợpquả thậnphát triển149. Tuy nhiên, tình trạng thiếu oxy có thể gây bất lợi và được coi là nguyên nhân chính gây ra AKI150, và là một yếu tố nguy cơ của bệnh thận mãn tính (CKD) 151 (Hình 4a). Thiếu oxy ở thận có thể do thiếu máu cục bộ, chẳng hạn như có thể xảy ra trong quá trình ghép thận hoặc do tưới máu thận bất thường do hiếm mao mạch phúc mạc, tổn thương cầu thận, xơ vữa động mạch, rối loạn điều hòa trương lực mạch máu, thiếu máu và suy giảm khuếch tán oxy do xơ hóa152 ( Hình 4a). Trong hệ thống mạch máu, tiếp xúc ngắn hạn với tình trạng thiếu oxy gây ra sự điều chỉnh có hồi phục của trương lực mạch và lưu lượng máu, trong khi tiếp xúc lâu dài dẫn đến việc tái tạo mạch máu và các mô xung quanh không thể phục hồi với sự tăng sinh và xơ hóa VSMC.¹⁵³. Đáp ứng của tế bào đối với tình trạng thiếu oxy phụ thuộc vào sự bất hoạt của oxygenase phụ thuộc Fe2 và oxygenase phụ thuộc vào 2- oxoglutarate (2- OG), và sự kích hoạt tiếp theo của yếu tố phiên mã cảm ứng giảm oxy (HIF) và Các con đường độc lập với HIF. Tiếp xúc với tình trạng thiếu oxy sẽ kích hoạt cả HIF1 và HIF2 trong ECs154 (Hình 4b). bên trongquả thận, REC biểu hiện rộng rãi HIF2 khi thiếu oxy, trong khi biểu hiện protein của HIF1 chỉ giới hạn ở mREC trong nhú155–157, nơi nó có thể kích thích quá trình đường phân (Hình 4b). Nói chung, sự kích hoạt HIF2 trong RECs làm trung gian bảo vệ và phục hồi sau chấn thương thận do thiếu máu cục bộ bằng cách thúc đẩy quá trình tạo hồng cầu, và bằng cách ức chế tình trạng viêm thận, hiếm mao mạch và xơ hóa156 (Hình 4b). Tiếp xúc RECs với tình trạng thiếu oxy trong bối cảnhquả thậndo đó bệnh có thể gây ra các phản ứng khác nhau ở gREC và cREC so với mREC. Ví dụ, tình trạng thiếu oxy thúc đẩy sự tăng sinh phụ thuộc HIF 1 - và sự di chuyển của các EC được nuôi cấy158,159; tuy nhiên, trong điều kiện không hợp lưu, các gREC được nuôi cấy trải qua quá trình chết rụng phụ thuộc vào ty thể khi tiếp xúc với tình trạng thiếu oxy155,160,161, cho thấy sự biến đổi của các gREC thành tình trạng thiếu oxy. Mặc dù các gREC dường như khá chống lại tình trạng thiếu oxy trong cơ thể sống, có thể do tác dụng nội tiết của VEGF161 có nguồn gốc từ tế bào podocyte, tình trạng thiếu oxy có thể gây ra sự mất dần dần các protein tiếp giáp chặt chẽ là Tắcludin và ZO -1 trong gREC trong HIF {{ 11}} theo cách phụ thuộc, cuối cùng làm tăng tính thấm của hàng rào nội mô162. Người ta biết rất ít về phản ứng của mRECs đối với tình trạng thiếu oxy. Đặc biệt, mREC trong AVR và DVR tiếp xúc với sức căng oxy thấp trong nhú trong điều kiện sinh lý, và bộ điều chỉnh Epas1 (mã hóa HIF2) được điều chỉnh trong mRECs khi thiếu nước, có thể là để đáp ứng với sự gia tăng tình trạng thiếu oxy do quá trình cô đặc nước tiểu¹⁰.

Sự thích ứng trao đổi chất của ECs với sự thay đổi của sức căng oxy.Trong điều kiện không độc hại, ECs chủ yếu dựa vào quá trình đường phân để sản xuất ATP hơn là quá trình phosphoryl hóa oxy hóa ty thể163. Để đối phó với tình trạng thiếu oxy, các phản ứng chuyển hóa này càng trầm trọng hơn, với việc tăng cường hơn nữa quá trình đường phân và ức chế hô hấp ty thể (Hình 4b), giải thích tại sao các EC có thể chống lại tình trạng thiếu oxy miễn là vẫn còn glucose164. Khi tiếp xúc với tình trạng thiếu oxy cấp tính như thiếu máu cục bộ, ECs cho thấy sự gia tăng nhanh chóng ROS có nguồn gốc từ enzym oxydase của ty thể và / hoặc NAD (P) H, giúp ổn định HIF1 và cho phép thông lượng đường phân cao hơn164 - các phản ứng phù hợp với HIF {{6 }} gây ra sự điều hòa chuyển hóa glucose và điều hòa hoạt động của ty thể^164,165 (Hình 4b). Hơn nữa, phân tích đường chuyển hóa của ECs tiếp xúc với tình trạng thiếu oxy mãn tính, chẳng hạn như có thể xảy ra trong tủy hoặc trong bối cảnh CKD, cho thấy sự điều hòa phụ thuộc HIF 2 - của các gen đường phân¹⁶⁶. Điều thú vị là một số gen đường phân như Eno1 và Aldoa, mã hóa các enzym enolase 1 và aldolase A cần thiết để sản xuất ATP và pyruvate từ glucose, đã được điều chỉnh ở mức độ lớn hơn trong mREC so với cREC và gRECs10. Cụ thể hơn, mREC từ phần nhú của AVR - tức là phần của giường mạch thận tiếp xúc nhiều nhất với tình trạng thiếu oxy - cho thấy sự biểu hiện cao nhất của các gen đường phân Aldoa, Ldha và Gapdh trong số tất cả các mREC ở chuột10. Do đó, mREC dạng nhú có thể chứng tỏ thông lượng đường phân kỵ khí cao hơn so với các REC khác do môi trường vi sinh thiếu oxy của chúng. Tương tự, các tế bào biểu mô tuỷ có khả năng sản xuất ATP đường phân kỵ khí cao hơn các tế bào ống gần.¹¹⁷. mREC cũng điều chỉnh một số gen glycolytic khi thiếu nước, đồng thời với sự gia tăng hoạt động HIF2 đã đề cập ở trên¹⁰.

Trong ECs, HIF2 được điều chỉnh một phần sau khi kích hoạt NAD của ty thể cộng với deacetylase sirtuin 3 (SIRT3) (tham chiếu 167) (Hình 4b). Mất SIRT3 làm suy giảm tín hiệu thiếu oxy trong EC và dẫn đến sự hình thành mạch bị lỗi và rối loạn chức năng vi mạch, thứ phát sau sự chuyển đổi trao đổi chất từ ​​đường phân không phụ thuộc oxy sang hô hấp ty thể. Chuyển đổi trao đổi chất này có liên quan đến việc giảm biểu hiện của 6- phosphofructo -2- kinase (PFKFB3), một enzym hoạt động như một chất điều hòa tích cực quá trình đường phân và hình thành ROS¹⁶⁷(Hình 4b). Khi thiếu oxy, SIRT3 điều chỉnh các enzym chống oxy hóa ty thể theo cách phụ thuộc vào FOXO3 (tham khảo.¹⁶⁸) - một yếu tố phiên mã cũng được điều chỉnh bởi HIF1¹⁶⁹ (Hình 4b). Điều thú vị là, con đường chống oxy hóa SIRT3 – FOXO3 hoạt động trong các gREC, ngăn chặn quá trình chuyển đổi nội mô sang trung mô vàquả thậnxơ hóa ở mô hình động vật bị tăng huyết áp do angiotensin-II¹⁷⁰(Hình 4b). Các phương pháp tiếp cận dược lý làm tăng SIRT3 cũng hạn chế AKI do cisplatin gây ra bằng cách bảo vệ chống lại tổn thương ống thận và bằng cách cải thiệnquả thậnhàm số¹⁷¹. Ngược lại, chuột loại trực tiếp Sirt 3- biểu hiện AKI nghiêm trọng hơn, mặc dù chưa xác định được sự đóng góp của REC đối với những tác động này¹⁷¹. Liệu con đường chống oxy hóa SIRT3 – FOXO3 này có liên quan đến phản ứng sinh lý của mRECs đối với tình trạng thiếu oxy trong tủy hay không vẫn còn được xác định.

Sự trao đổi chất của axit béo cũng bị ảnh hưởng bởi sự sẵn có của oxy, vì tình trạng thiếu oxy gây ra sự gia tăng biểu hiện và hoạt động của axit béo tổng hợp (FAS), một loại enzyme kiểm soát tốc độ quan trọng của con đường sinh tổng hợp axit béo, dẫn đến giảm malonyl. -CoA pool và tăng mức độ vòm miệng trong ECs172 (Hình 4b). Trong EC động mạch phổi người, ức chế FAS dẫn đến suy giảm ổn định HIF1, và các thay đổi qua trung gian HIF 1 - sau đó trong vận chuyển và chuyển hóa glucose và phục hồi chức năng eNOS, cho thấy rằng việc ức chế tổng hợp axit béo có thể có lợi. cho chức năng EC trong tình trạng thiếu oxy¹⁷²(Hình 4b). bên trongquả thận, Quạt - mã hóa FAS - được điều chỉnh trong một mô hình thử nghiệm về suy thận mãn tính và góp phần làm tăng triglyceride máu¹⁷³. Sự điều chỉnh của Quạt và các gen đáp ứng với tình trạng thiếu oxy khác cũng được quan sát thấy trongquả thậnvỏ não của mô hình chuột bị thiếu máu hồng cầu hình liềm biểu hiện tổn thương cầu thận và ống thận tiến triển¹⁷⁴. Thay đổi chuyển hóa lipid là một đặc điểm của CKD proteinuric và cả bằng chứng lâm sàng và thực nghiệm đều ủng hộ quan điểm rằng chuyển hóa lipid bị thay đổi có thể góp phần vào cơ chế bệnh sinh và sự tiến triển của bệnh thận.¹⁷⁵. Tuy nhiên, vai trò của RECs trong chuyển hóa axit béo bị rối loạn điều hòa trong bối cảnhquả thậndịch bệnhvẫn còn được làm rõ thêm.

Tình trạng thiếu oxy cũng gây ra sự điều tiết của arginase II theo cách phụ thuộc vào sự hoạt hóa của HIF2¹⁷⁶hoặc HIF1¹⁷⁷, và làm giảm sự tổng hợp và vận chuyển chất nền của nó, arginine, trong ECs^178,179(Hình 4b). Arginase II là một metalloenzyme được biểu hiện đặc biệt trongthậnvà xúc tác quá trình thủy phân l-arginine thành urê và l-ornithine. Sự gia tăng hoạt động của arginase II làm giảm khả dụng sinh học của arginine, làm giảm hoạt động của eNOS, giảm sản xuất NO nội mô và kích hoạt sự tách rời eNOS, cuối cùng dẫn đến việc sản xuất ROS và stress nitrosative¹⁷⁶. Các bước này rất quan trọng trong việc thúc đẩy rối loạn chức năng nội mô, bệnh thận do tiểu đường vàquả thậnviêm trong bối cảnh béo phì do chế độ ăn uống^180,181. Trong các điều kiện sinh lý, arginase II chủ yếu được biểu hiện ở ngoài tủy, cho thấy rằng sự thích ứng chuyển hóa này có lẽ không xảy ra ở các mREC tiếp xúc nhiều nhất với tình trạng thiếu oxy.¹⁸¹.

Cuối cùng, sự tiếp xúc của các mREC dạng nhú với tình trạng thiếu oxy cấp tính sẽ kích hoạt giải phóng purin và ATP, cùng với UTP và UDP, trong không gian ngoại bào.^182–184. ATP kích hoạt các thụ thể P2Y nội mô, dẫn đến sản xuất NO, giãn mạch và tăng tưới máu mô¹⁸⁵. ATP cũng tạo thành adenosine sau quá trình chuyển hóa ATP bởi ectoenzyme^185,186. Quan trọng là, tình trạng thiếu oxy gây ra sự điều hòa phụ thuộc HIF 2 - của thụ thể adenosine A2a (được mã hóa bởi ADORA2A) trong ECs^187,188, sự kích hoạt làm tăng tổng hợp protein HIF1, thúc đẩy hơn nữa biểu hiện gen glycolytic và dòng glycolytic¹⁸⁷(Hình 4b). Trong hầu hết các trường hợp, sự hoạt hóa của các thụ thể A2a và A2b được biểu hiện bởi EC và VSMC làm trung gian cho tác dụng giãn mạch của adenosine được giải phóng trong tình trạng thiếu oxy. bên trongquả thận, các thụ thể adenosine khác nhau có trong các phần khác nhau của hệ mạch¹⁸⁹, và ATP và adenosine ngoại bào đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa huyết động của thận và vi tuần hoàn^185,190. Trong tủy, adenosine được sản xuất ở chi tăng dần dày của tủy của quai Henle (TALH) sau stress oxy hóa¹⁹¹và hoạt động như một chất giãn mạch, làm tăng lưu lượng máu đến tủy thông qua một cơ chế có thể liên quan đến DVR mRECs¹⁹². Tuy nhiên, trái với tác dụng của nó ở hầu hết các mạch máu khác, sự hoạt hóa qua trung gian adenosine của các thụ thể A2a, được biểu hiện đặc biệt ở các tiểu động mạch hướng tâm, gây ra sự co mạch của hệ mạch thận, do đó có khả năng ảnh hưởng đến lưu lượng máu đến thận và lọc cầu thận.^185,193. Lưu ý, một vai trò của các thụ thể purinergic trong tiến triển CKD đã được xác định¹⁹⁴.