الجزء 1 التنوع المظهري والتخصص الأيضي للخلايا البطانية الكلوية

جهة الاتصال: Audrey Hu Whatsapp / hp: 0086 13880143964 البريد الإلكتروني:audrey.hu@wecistanche.com

سيباستيان جيه دوماس^1,6، إلدا ميتا^1,6ميلا بوري^1,6، Yonglun Luo ^2,3، كسوري لي⁴، تون جيه رابلينك⁵وبيتر كرمليت^1,4

يمنع Cistanche tubulosa أمراض الكلى ، انقر هنا للحصول على العينة

الملخص |

تعتمد الحياة المعقدة متعددة الخلايا في الثدييات على التعاون الوظيفي للأعضاء المختلفة لبقاء الكائن الحي بأكمله. الالكلىتلعب دورًا مهمًا في هذه العملية من خلال الحفاظ على حجم السوائل وتوازن التركيب ، مما يمكّن الأعضاء الأخرى من أداء مهامها. تُظهر البطانة الكلوية سمات نمطية وجزيئية تميزها عن البطانة للأعضاء الأخرى. علاوة على ذلك ، تتكون الأوعية الدموية للكلى البالغة من مجموعات متنوعة من الخلايا البطانية (ECs) الهادئة في الغالب ، ولكن ليست غير نشطة أيضيًا (ECs) الموجودة داخلالكلىالكبيبات والقشرة والنخاع. يدعم كل من هذه المجموعات وظائف محددة ، على سبيل المثال ، في ترشيح بلازما الدم ، وإعادة امتصاص وإفراز الماء والمواد المذابة ، وتركيز البول. يقترح التنميط النسخي لهذه المجموعات المتنوعة من المجموعات الأوروبية أنها تكيفت مع الظروف البيئية المكروية المحلية (نقص الأكسجة ، إجهاد القص ، فرط التسمم) ، مما يمكنهم من دعم وظائف الكلى. يؤثر تعرض ECs لعوامل المنشأ الوعائية المشتقة من البيئة المكروية على عملية التمثيل الغذائي الخاصة بهم ، ويحافظ عليهاالكلىالتنمية والتوازن ، في حين أن عوامل الغدد الصماء المشتقة من EC تحافظ على منافذ بيئية مكروية متميزة. في سياق أمراض الكلى ، تظهر ECs الكلوية تغيرًا في التمثيل الغذائي والنمط الظاهري استجابةً للتغيرات المرضية في البيئة الدقيقة المحلية ، مما يزيد من تعزيز ضعف الكلى. يمكن أن يوفر فهم تنوع وتخصصات الكلى الأوروبية طرقًا جديدة لعلاج أمراض الكلى والكلىتجديد.

يتكون الجهاز الوعائي للثدييات من شبكتين متصلتين ومتشعبتين للغاية تنتشران في الجسم كله - ولكل منهما أدوار محددة. يقوم نظام الأوعية الدموية في الدم بتوصيل الأكسجين والمغذيات إلى الأنسجة المتنيّة ويسهل إزالة الفضلات ومراقبة المناعة وتهريب الخلايا المناعية والتخثر وإنتاج إشارات الغدد الصماء للحفاظ على الأنسجة وتجديدها. على النقيض من ذلك ، يقوم الجهاز الوعائي اللمفاوي بتصريف السائل الخلالي المتسرب من الشعيرات الدموية المنفصلة إلى الأوردة ويسهل تهريب الخلايا المناعية ونقل الدهون². تصطف جميع الأوعية الدموية بخلايا بطانية دموية (BECs ، يشار إليها فيما بعد بـ ECs) ، بينما تشكل الخلايا البطانية اللمفاوية (LECs) الطبقة الأعمق من الأوعية اللمفاوية - حيث يدعم كل مجتمع مهامه الخاصة بالأوعية الدموية. ومع ذلك ، فإن عدم التجانس البطاني يمتد إلى ما هو أبعد من الاختلافات الواسعة بين الدم والبطانة اللمفاوية. على وجه الخصوص ، تُظهر ECs من أعضاء مختلفة ملامح جزيئية فريدة تدعم الوظائف المحددة للعضو^3–6. الالكلىفوائدمن الأوعية الدموية المتخصصة للغاية ، والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالجهاز الظهاري للكلى⁷. على وجه التحديد ، تتعايش المجموعات المتميزة ظاهريًا للخلايا البطانية الكلوية (RECs) داخل الأجزاء التشريحية والوظيفية الثلاثة فيالكلى، والكبيبات ، والقشرة ، والنخاع - حيث تدعم وظائف الكلى المحددة. الأهم من ذلك ، أتاحت التطورات التكنولوجية دراسة عدم تجانس REC على مستوى الخلية المفردة ، مما يوفر رؤى جديدة حول أدوارهم المتخصصة في صحة الكلى وأمراضها.^6,10,11.

الالكلىأمر بالغ الأهمية للحفاظ على التوازن العضوي ، وتنظيم حجم وتركيب سوائل الجسم⁷. تتلقى الكلى 20-25 في المائة من النتاج القلبي وتظهر بنية الأوعية الدموية النمطية. هذه البنية لا تتيح فقط توصيل الأكسجين والمواد المغذية إلىالكلى، ولكنه يتيح أيضًا المشاركة في ترشيح بلازما الدم ، وإعادة امتصاص الأيونات والمستقلبات من المرشح ، وإفراز الأيونات ، والمستقلبات في البول الأساسي ، وتركيز البول^7,8. تتيح هذه العمليات المنسقة للغاية ضبط حجم السائل خارج الخلية وضغط الدم والأسمولية وتركيز الأيونات^7,8. تنظم الكلى أيضًا مستويات الأيض المنتشرة ، ليس فقط عن طريق إفراز النفايات الأيضية ولكن أيضًا عن طريق إطلاق الجلوكوز (عن طريق استحداث السكر) والأحماض الأمينية ، على سبيل المثال¹². تتبادل أعضاء الثدييات المستقلبات باستمرار عبر الدورة الدموية ، مع استخدام انتقائي لدعم أنشطتها الأيضية¹².

وفقًا لذلك ، من المحتمل أن تُظهر وظائف التمثيل الغذائي للمفاصل داخل الأعضاء المختلفة اختلافات خاصة بالأعضاء ، على النحو المدعوم بالنتائج المستخلصة من تحليلات النسخ الأيضية للـ ECs في الأعضاء المختلفة⁶. علاوة على ذلك ، تسمح اللدونة الأيضية للـ ECs بالتكيف والاستجابة للتغيرات البيئية فيما يتعلق باحتياجاتها ووظائفها الأيضية. تشير الأدلة الناشئة إلى أن المجموعات الاقتصادية الإقليمية المتخصصة فيالكلىتفصيل نسختهم الأيضية لدعم وظائف الكلى¹⁰.

يصاحب الخلل الوظيفي REC الخسارة الحادة أو التدريجية لـالكلىوظيفة^14,15. يرتبط هذا الخلل الوظيفي بزيادة في تضيق الأوعية الشريانية وانخفاض تدفق الدم الكلوي ، واكتساب أنماط ظاهرية مؤيدة للالتهابات ومؤيدة للتخثر والتي تفضل التصاق الخلايا المناعية وتسللها وتشكيل الخثرة الدقيقة ، وتفكك الخلايا الجدارية من البطانية. الطبقة ، وانهيار الحاجز البطاني مما يؤدي إلى الوذمة الخلالية ، وخلخلة الشعيرات الدموية المحيطة بالنبيبات (وبالتالي تعزيز نقص الأكسجة في الكلى) ، والانتقال البطاني إلى اللحمة المتوسطة ، مما يساهم في تليف الكلى ، مما يشير إلى أنه يمكن استهداف البطانة للحماية من الكلى إصابة و / أو لتجديد وظائف الكلى.

تلخص هذه المراجعة فهمنا الحالي لـالكلىالأوعية الدموية ، مع التركيز على التطورات الحديثة في فهمنا للتباين الظاهري والجزيئي والاستقلابي للمجموعات الاقتصادية الإقليمية فيما يتعلق ببيئتها المكروية. نناقش أيضًا التطبيق المحتمل لاستهداف استقلاب REC كاستراتيجية علاجية فيالكلىالأمراضأو لتجديد الكلى.

النقاط الرئيسية

• البطانة تختلف بين الأعضاء المختلفة ، ربما لدعم وظائف الأعضاء المتميزة.

• تتواجد عدة أنماط ظاهرية متخصصة من الخلايا البطانية داخل الكبيبات الكلوية والقشرة والنخاع. هذه الوظائف لدعم الترشيح الكبيبي ، وإعادة امتصاص وإفراز الأيونات والمستقلبات ، وتركيز البول.

• البيئات الدقيقة المحلية المختلفة فيالكلىتشكيل عدم التجانس الجزيئي والأيضي للبطانة الكلوية ؛ على العكس من ذلك ، فإن عوامل الغدد الصماء المشتقة من الخلايا البطانية تحافظ على منافذ مختلفةالكلىالبيئات الدقيقة.

• يمكن تغيير التمثيل الغذائي للخلايا البطانية الكلوية في سياقالكلىالإصابة والأمراض ، جزئيًا نتيجة للتغيرات في البيئة المكروية.

• قد يساعد الفهم الأكبر للتنوع المظهري والتخصص الأيضي للخلايا البطانية الكلوية في تحديد أهداف جديدة لـعلاجالكلىالأمراضوالكلىتجديد.

عدم تجانس البطانة الكلوية

تشريح الأوعية الدموية الكلوية

الالكلىيتم إمدادها بالدم عن طريق الشريان الكلوي الذي بعد دخولهالكلىعبر نقير الكلى ، تتفرع إلى شرايين قطعية وشرايين بين الفصوص المقوسة والشرايين بين الفصوص (الشكل 1 أ) ، وفي النهاية ، الشرايين الواردة ، وهي أوعية عالية المقاومة مسؤولة عن التحكم في تدفق الدم الكبيبي ومعدل الترشيح الكبيبي (GFR) 18. من الشرايين الواردة ، يدخل الدم إلى الخصلة الكبيبية - وهي شبكة من الشعيرات الدموية الكبيبية عالية النتوء حيث يحدث الترشيح الفائق لبلازما الدم بمعدل 120-140 مل / دقيقة في البشر البالغين ، مما يسمح بمرور المواد المذابة ذات الوزن الجزيئي المنخفض من الكبيبات. الشعيرات الدموية في فضاء بومان¹⁹. بعد ترشيح جزء من البلازما ، يترك الدم الخصلة الكبيبية من خلال الشرايين الصادرة لتوعية الأنابيب الملتفة البعيدة والدانية ، وتشكيل الشبكة الشعرية القشرية المحيطة بالنبيبات. يتم إثراء الدم داخل الشعيرات الدموية حول الأنبوب بمذابات عالية الوزن الجزيئي ويحتوي على نسبة منخفضة من السوائل بسبب فقدان السوائل أثناء الترشيح الفائق الكبيبي. وبالتالي ، فإن الشعيرات الدموية حول الأنبوب مكرسة لإعادة امتصاص الماء والأيونات والعناصر الغذائية الأساسية من الداني.^7,20والأنابيب البعيدة²¹. عدة أيونات مثل H plus (المرجع 22) و K plus (المرجع 23) بالإضافة إلى جزيئات مثل الكرياتينين²⁴ومستقلبات الدواء²⁵- التي لم يتم ترشيحها بالكامل بواسطة الشعيرات الدموية الكبيبية ولكن لا تزال بحاجة إلى إزالتها من الجسم - انتقل من الشعيرات الدموية المحيطة بالنبيبات إلى الخلايا الظهارية للنبيبات القريبة أو الأنابيب البعيدة ليتم إفرازها والتخلص منها في البول. تؤدي الشرايين الصادرة من النيفرون المجاور للنخاع إلى ظهور المستقيم الوعائي النازل (DVR) ، والذي يترابط مع المستقيم الوعائي الصاعد (AVR) من خلال الضفائر الشعرية. يقوم كل من AVR و DVR بتشغيل تيار معاكس إلى حلقة Henle والمشاركة في تبادل التيار المعاكس النخاعي ، والذي كما هو موضح لاحقًا ، ضروري للحفاظ على تدرج الأسمولية لتركيز البول. في نهاية المطاف ، تتحد الأنظمة الشعرية القشرية والنخية مع AVR في نظام وريدي عند التقاطع القشري النخاعي. وبشكل أكثر تحديدًا ، تستنزف الأوعية الدموية الوريدية الكلوية الدم من الشعيرات الدموية المحيطة بالنبيبات و AVR إلى الأوردة بين الفصيصات والأوردة المقوسة ثم الأوردة البينية ، مما يؤدي في النهاية إلى تشكيل الوريد الكلوي الذي ينشأ منالكلىhilum وأخيراً تتفرع إلى الوريد الأجوف السفلي⁷.

الالكلىيتم توفيره أيضًا عن طريق الأوعية اللمفاوية ، التي تتبع التضاريس العامة للالكلىالأوعية الدموية في الدم²⁷(الشكل 1 أ). توجد بشكل أساسي في قشرة الكلى حيث يتمثل دورها الأساسي في إزالة السوائل والجزيئات الكبيرة (مثل الألبومين) من الفراغ الخلالي بين الأنابيب والشعيرات الدموية²⁸. كما أن لها دورًا في تسلل الخلايا المناعية والالتهابات اللاحقة²⁹. في الكبيبات ، يحيطون بكبسولة بومان دون اختراق الخصلة الكبيبية²⁸. على النقيض من ذلك ، نادرًا ما توجد الأوعية اللمفاوية التقليدية في لب الكلى. في هذه المنطقة ، يتم إزالة السائل الخلالي والجزيئات الكبيرة بواسطة AVR ، والذي يمثل نوعًا من الأوعية الدموية الهجينة ذات السمات اللمفاوية^28,30.

أنماط الخلايا البطانية الكلوية

الموصلية الكهربائية من الأعضاء المختلفة هي وراثية غير متجانسة ظاهريًا^3–6,31. لطالما تم تقدير الخصائص الفريدة للمجموعات الاقتصادية الإقليمية ، ولا سيما ECs الكبيبي. أكد التنميط النسخي العالمي للـ ECs من الفئران وجود تواقيع نسخ خاصة بالأعضاء^3,4,6. من الجدير بالملاحظة أن هذه الدراسات أظهرت أن المجموعات الاقتصادية الإقليمية هي الأكثر تباينًا مع ECs من الأعضاء الأخرى بما في ذلك الدماغ والقلب والرئة والعضلات والخصية⁴(الشكل 1 ب) من خلال تعبيرهم عن الجينات المرتبطة بإشارات الإنترفيرون ، وكذلك الجينات التي تشفر عوامل الغدد الصماء FGF1 و IL -33 (المراجع^4,6). ربما يكمن عدم التجانس الخاص بالأعضاء في ECs في تكيفها الجزيئي للوفاء بأدوار وظيفية محددة^3–6,31.

ومع ذلك ، فإن عدم تجانس المجموعات الاقتصادية الإقليمية يمتد إلى ما وراء المستوى العضوي ، مع تنوع ملحوظ فيالكلىالأوعية الدموية ، كما يتضح في البداية من خلال دراسات المجهر الإلكتروني والميكروأري وبعد ذلك من خلال تحليلات الخلية الواحدة^6,32,33. الالكلىتحتوي القشرة والكبيبات والنخاع على مجموعات EC فريدة (cRECs و gRECs و mRECs ، على التوالي). قد ينشأ هذا التنوع في المجتمعات الأوروبية من التعرض للبيئات الدقيقة المختلفة لهذه المناطق. على سبيل المثال ، تتعرض البطانة الكبيبية لضغط وعائي مرتفع وتتفاعل بإحكام مع الخلايا البادئة لتنظيم الترشيح الفائق ، في حين تتعرض mRECs لأسمولية عالية ونقص الأكسجة ، والتي ترتبط بالحفاظ على تدرج الأسمولية وتركيز البول^6,9,10,32(الشكل 1 ج). بالإضافة إلى عدم التجانس بين الأقسام ، تُظهر المجموعات الاقتصادية الإقليمية أيضًا عدم التجانس داخل الأقسام ، والذي ربما يتم تحديده من خلال عدد من العوامل الوراثية والبيئية ، بما في ذلك نوع السرير الوعائي (الشرايين ، والشعيرات الدموية ، والوريدية) ، وتفاعلاتها مع أنواع الخلايا الأخرى (على سبيل المثال ، وخلايا العضلات الملساء ، والخلايا الحبيبية ، والخلايا الحبيبية ، والخلايا الظهارية النبيبية) وتعرضها لبيئات ميكروية مختلفة داخل نفس الحجرة ، مثل التعرض لأنواع مختلفة من التدفق أو مستويات مختلفة من الأسمولية (الشكل 1 ج). مكنت التطورات في تقنيات النسخ أحادية الخلية من تعيين التباين في مجموعات الماوس RECs بدقة عالية جدًا^6,10,11، مما يكشف عن ما يصل إلى 24 مجموعة مختلفة نسبيًا من REC^6,10,11. من الجدير بالملاحظة أن النتائج المستخلصة من دراسات تسلسل الحمض النووي الريبي أحادية الخلية الملخصة أدناه لا تزال بحاجة إلى تأكيد على مستوى البروتين ، للتحقق بشكل شامل من التوطين المكاني للبروتينات المتوقعة وأيضًا لدمج المعرفة بالتغييرات اللاحقة للترجمة و / أو آليات الإشارات التي قد تؤثر على نشاط البروتين. وتجدر الإشارة أيضًا إلى حقيقة أن الإثراء النسبي للجين داخل مجموعة REC معينة كما هو محدد بواسطة تسلسل الخلية الواحدة لا يعني بالضرورة أن التعبير عن هذا الجين يقتصر على تلك المجموعة الخلوية المحددة.

عدم تجانس الخلايا البطانية الكبيبية الكلوية.الالكلىالكبيبة هي بنية عالية التخصص مسؤولة عن ترشيح بلازما الدم لتوليد ترشيح أولي للبول مع ضمان الاحتفاظ ببروتينات البلازما الأساسية في الدم. وهي تتألف من شعيرات دموية كُبيبية تقع بين الشرايين الواردة والصادرة ، وهي أوعية مقاومة تتحكم في كل من تدفق الدم الشعري والضغط. تكون الشرايين في النيفرون على اتصال جزئي مع الجهاز المجاور للكبيبة (JGA) - وهو هيكل متخصص يشتمل على بقعة كثيفة للنبيبات الملتوية البعيدة ، والخلايا الحبيبية المنتجة للرينين المرتبطة بالخلايا الشريانية والخلايا خارج الكبيبة (الشكل. 2 أ). ينظم JGA GFR أحادي النيفرون وضغط الدم من خلال ردود الفعل الأنبوبية الكبيبية ، والاستجابة العضلية ، وإطلاق الرينين^19,35–37.

تتكون البطانة الشعرية الكبيبية من ECs فريدة مع فتحات غير مغطاة تسمح بترشيح كميات كبيرة من السوائل (الشكل 2 ب).

يبلغ حجم النوافذ 50-100 نانومتر وتشغل حوالي 20 بالمائة من مساحة سطح الخلية ، وتظهر على التصوير الإلكتروني المجهري كثقوب عبر الخلايا³⁸. قطر هذه الفتحات كبير من الناحية النظرية بما يكفي للسماح بمرور السوائل والبروتينات الكبيرة إلى الأنابيب. ومع ذلك ، فإن gRECs الشعرية تنتج أيضًا طبقة سميكة من glycocalyx تشتمل على البروتينات السكرية والسكريات السالبة الشحنة التي تعمل كحاجز لمرور البروتين.^39,40. علاوة على ذلك ، يتم امتصاص مكونات البلازما في الكاليكس وتشكيل طبقة أوسع تسمى الطبقة السطحية البطانية ، والتي بفضل بنيتها الخيطية تعزز انتقائية التجويف الكبيبي للحاجز البطاني⁴². في الواقع ، لوحظ الزلال والبيلة البروتينية عند ضعف الجليكوكاليكس^39,43,44. جنبًا إلى جنب مع الخلايا البادوسية ، تصنع gRECs الشعرية أيضًا وتشترك في مصفوفة مشتركة خارج الخلية تُعرف باسم الغشاء القاعدي الكبيبي (GBM) ، والتي تشتمل بشكل أساسي على النوع الرابع من الكولاجين واللامينين والبروتيوغليكان الكبريت. تؤدي الطفرات التي تؤثر على تخليق أي من مكونات GBM إلى بروتينية. وبالتالي ، فإن gRECs الشعرية وخلايا podocytes و GBM تشكل حاجز ترشيح كبيبي فعال. من الجدير بالملاحظة أن البطانة الشعرية الكبيبية تفتقر إلى الحجاب الحاجز ، وبالتالي لا تعبر عن النوع الثاني من البروتين الغشائي المرتبط بالحويصلة البلازمية 1 (PV1) ، والذي تم ترميزه بواسطة Plvap10 وهو علامة نموذجية لـ ECs fenestrated المرتبطة بأغشية سد من البطانية fenestrae و caveolae⁴⁷

يتطلب تطوير وصيانة fenestrations gREC الشعرية عامل نمو بطاني وعائي مشتق من خلايا podocyte (VEGF) ، والذي يعمل بطريقة paracrine من خلال مستقبل VEGF البطاني 2 (VEGFR2 ، المعروف أيضًا باسم KDR)⁴⁸. يؤدي الإفراط في التعبير عن VEGF إلى انهيار الكبيبات ، وفقدان سريع في gRECs الشعرية ، وبيلة ​​بروتينية ضخمة⁴⁹. وبالتالي ، هناك حاجة إلى تنظيم صارم لخلايا بودوسيت VEGF لتأسيس الأوعية الدموية الكبيبية أثناء التطور الجنيني ، وللحفاظ على fenestrations في الشعيرات الدموية الكبيبية الناضجة^38,42. وبالمثل ، يسمح VEGF المشتق من الخلايا الطلائية الأنبوبية بصيانة شبكة الشعيرات الدموية حول الأنبوب⁵⁰

على عكس ECs الشعرية الأخرى ، تتعرض gRECs لارتفاع ضغط الدم وتدفق الدم المرتفع ، مما يدفع عملية الترشيح الكبيبي ويعرض gRECs لضغط القص الكبير⁵¹. وفقًا لذلك ، تعبر gRECs عن مستويات عالية من النص المنظم لإجهاد القص Pi16 (المراجع^6,10,11,52) (الشكل 2 ج ؛ الجدول التكميلي 1). كما تعبر gRECs الشعرية عن عدد من العلامات الأخرى^10,11,32,53، بما في ذلك Ehd3 ، الذي يشفر عضوًا من عائلة بروتين EHD^{10,11,38,54,55}الذي ينظم إعادة التدوير الداخلي ويعتقد أنه ينظم إعادة تدوير VEGFR2 في gRECs الشعرية (الشكل 2 ج) ، جنبًا إلى جنب مع EHD4 (المرجع 54). وبالتالي ، قد يساهم EHD3 في الحفاظ على fenestrations الشعرية الكبيبية. تُظهر gRECs الشعرية أيضًا تعبيرًا غنيًا عن الجينات المرتبطة بمسار إشارات TGF –BMP (Eng ، Smad6 ، Smad7 ، Xiao ، و Hipk2 (المراجع 10 ، 56-58)) ، والتي تشارك في تكوين الشعيرات الدموية الكبيبية. يؤدي الإفراط في التعبير عن TGF إلى حدوث بيلة بروتينية وتصلب كبيبات⁵⁹، وبالتالي فإن وجود SMADs المثبط ، مثل تلك المشفرة بواسطة Smad6 و Smad7 في gRECs قد تمنع إشارات TGF المفرطة والخلل الكبيبي. على النقيض من ذلك ، يعد BMP المشتق من الخلايا البادئة أمرًا حاسمًا للتكوين الشعري الكبيبي الطبيعي. الشعيرات الدموية gRECs تعبر أيضًا بشكل خاص عن Nostrin³²، وهو منتج البروتين الذي يربط سينثاس أكسيد النيتريك البطاني (eNOS) لتحفيز انتقاله من غشاء البلازما إلى الهياكل الخلوية الشبيهة بالحويصلة ، ويقلل من إنتاج أكسيد النيتريك (NO) - وهو منظم مهم لـ GFR32. علاوة على ذلك ، يشير التعبير المقيد لليباز البروتين الدهني (Lpl) إلى gRECs الشعرية إلى أن البطانة الكبيبية قد تكون ضرورية لإطلاق الأحماض الدهنية في الترشيح الفائق ، والتي يمكن استخدامها لاحقًا كمصدر للطاقة بواسطة الخلايا الظهارية الأنبوبية أو لتنظيم محتوى الدهون في الدم أو يمكن أن يساهم في تراكم الدهون الكبيبية كما لوحظ في السياقات المرضية^6,10,61,62. ومن المثير للاهتمام ، أن التعبير الكلوي عن الجينات المشاركة في استقلاب الدهون يرتبط بـ GFR والالتهاب في المرضى الذين يعانون منمريض بالسكرالكلىمرض، في حين أن أكسدة الأحماض الدهنية المعيبة (الفاو) في الخلايا الأنبوبية تساهم في تطويرالكلىتليف^61,62.

عوامل النسخ ، مثل SOX17 و COUP-TFII (المشفرة بواسطة Nr2f2) في الشرايين والأوردة RECs ، على التوالي ، تدفع التواقيع النسخية وهوية الأسرة الوعائية المحددة. تعتمد هوية gRECs على نشاط عاملي نسخ على الأقل: GATA5 و TBX3 (المراجع 10 ، 11 ، 32) (الشكل 2 ج) ، التي تتوسط في الحصول على ملف تعريف تعبير جيني يشبه gREC عند الإفراط في التعبير معًا في الوريد السري البشري ECs (HUVECs) ، نموذج EC شائع الاستخدام. يتم تنظيم GATA5 regulon في gRECs ولكن ليس في مجموعات REC أخرى^10,11والحذف الانتقائي لـ Gata5 في ECs يسبب آفات كبيبية. علاوة على ذلك ، يتسبب الحذف الخاص بالمفوضية الأوروبية لـ Tbx3 في حدوث عيوب مورفوجينية مثل تمدد الأوعية الدموية الدقيقة في مجموعات فرعية من الكبيبات ، وانخفاض أعداد fenestrations gREC الشعرية ، وعمليات القدم podocyte المشوهة ، مما يشير إلى دور لعامل النسخ هذا في الحفاظ على التنظيم الهيكلي للشعيرات الدموية الكبيبية¹¹. بالإضافة إلى ذلك ، يشارك كل من GATA5 و TBX3 في تنظيم ضغط الدم. يؤثر GATA5 على وظيفة الأوعية الدموية النموذجية ، وبروتين كيناز أ ، وليس مسارات إشارات⁶⁵، في حين يعتقد أن TBX3 يعدل ضغط الدم عن طريق تنظيم إفراز الرينين فيالكلى¹¹.

مطلوب تنظيم النغمة الوعائية للشرايين الواردة والصادرة للحفاظ على الضغط الشعري الكبيبي المرتفع باستمرار اللازم للترشيح الكبيبي¹⁸. تتيح هذه العملية التنظيمية الحفاظ على معدل الترشيح الكبيبي الثابت على الرغم من التغيرات في الضغط النظامي والناتج القلبي. تحتوي الشرايين الوافدة على طبقة إلى ثلاث طبقات من خلايا العضلات الملساء الوعائية (VSMCs) ، والتي ، بالقرب من JGA ، يتم استبدالها جزئيًا بخلايا حبيبية منتجة للرينين (الشكل 2 د). يوجد أيضًا عدم تجانس EC داخل الشريان الوارد ، مع وجود فتحات غير حجاب حاجز من البطانة الأقرب إلى JGA68،69 - على غرار البطانة الشعرية الكبيبية - ربما لتسهيل النقل السريع للرينين إلى الدم (الشكل 2 د). يتم إثراء التعبير عن Gja5 (ترميز connexin 40) في هذه المجموعة الفرعية من gRECs^10,70وله دور مهم في الاتصال بين البطانة والخلايا الحبيبية في JGA لتنظيم إطلاق الرينين^35,70,71. يتم إثراء هذه ECs أيضًا في الجينات الأخرى المشاركة في التفاعل من خلية إلى خلية ، مثل تلك المتعلقة بمسارات إشارات Wnt و Notch ، Ephrin و cytokines ، و chemokines (الشكل 2 ج) ، والتي قد تتوسط في الحديث المتبادل بين الخلايا ميسانجيل و / أو الخلايا الحبيبية و gRECs في JGA ، ومن المحتمل أن تساهم في التنظيم الذاتي وتعديل ضغط الدم¹⁰.

على النقيض من ذلك ، فإن gRECs في الجزء العلوي (البعيد) من الشرايين الواردة تعبر عن الجينات المشاركة في تنظيم البنزين مثل Edn1 (الذي يشفر endothelin 1) ، Alox12 (arachidonate 12- lipoxygenase) ، و S1pr1 (sphingosine {{6 }} مستقبلات الفوسفات 1)^10,72,73(الشكل 2 ج). ينظم مسار الإشارات S1P-S1PR1 بشكل فعال البنزين الشرياني الوارد عن طريق تنشيط نظام eNOS^74–76. تماشياً مع هذا الدور ، يتم إثراء مستقبل S1P في gRECs في الشرايين الواردة ولا يتم اكتشافه في الشرايين الصادرة¹⁰.

على النقيض من gRECs في الشرايين الواردة ، تُظهر gRECs في الشرايين الصادرة تعبيرًا أقل للكونكسين ، خاصةً connexin 37 و connexin 40 (المشفرة بواسطة Gja4 و Gja5 ، على التوالي). على غرار ECs من الشرايين الواردة ، ومع ذلك ، تشير تحليلات النسخ من ECs من الشرايين الصادرة إلى وجود مجموعتين من مجموعات gREC: أحدهما يرتبط على الأرجح بـ JGA (معربًا عن الجينات المرتبطة بالتصاق الخلايا المناعية والتسرب ، ونفاذية EC) والثانية الذي يتوافق مع الجزء البعيد من الشريان الصادر (المخصب في الجينات المشاركة في استجابات فرط الأسمولية) 10 (الشكل 2 ج).

تشير هذه الأفكار إلى أن التنوع الظاهري والوظيفي لـ gRECs يكمن وراء قدرة هذه البطانة على الحفاظ على GFR من خلال التعديل النشط لتدفق الدم الكبيبي وعن طريق ضمان كفاءة الترشيح الكبيبي. من خلال تكامل التغذية المرتدة الأنبوبية الكبيبية والإشارات العضلية ، فإن gRECs المرتبطة بـ JGA ، على وجه الخصوص ، من المحتمل أن تكون منظمات مهمة لـ GFR.

عدم تجانس الخلايا البطانية الكلوية القشرية.بالإضافة إلى البطانة الشعرية الكبيبية والشرايين الواردة والصادرة قبل الكبيبي وما بعد الكبيبي ،الكلىتحتوي القشرة المخية على أوعية لمفاوية وشرايين وأوردة كبيرة مع الأوعية الوعائية المرتبطة بها ، وأوردة ما بعد الشعيرات الدموية ، والشعيرات الدموية حول الأنبوب. تماشيًا مع دورها في إعادة امتصاص وإفراز المذابات والأيونات والماء ، فإن الشعيرات الدموية القشرية المحيطة بالنبيبات عبارة عن شعيرات دموية رقيقة الجدران تشتمل على ECs مقترنة وظيفيًا بالظهارة الأنبوبية 9 (الشكل 3 أ). مقارنةً بـ gRECs و mRECs ، فإن cRECs - على وجه الخصوص ، ECs الشعري المحيط بالنبيبات - تعبر عن مستويات عالية من Igfbp3 (ترميز بروتين ربط عامل النمو الشبيه بالأنسولين 3) ، و Npr3 (ترميز مستقبل الببتيد الناتريوتريك 3) 10،11 (الشكل 3 ب) .

تنشأ الشعيرات الدموية القشرية المحيطية بالنبيبات من الشرايين الصادرة وتحيط بالأنابيب الملتوية القريبة والبعيدة (الشكل 3 أ) ، مما يوفر الأكسجين والمواد المغذية ، ويساهم في امتصاص المواد المذابة وإعادة امتصاص الماء من التجويف الأنبوبي⁹. على عكس الشعيرات الدموية الكبيبية ، تعبر ECs الشعيرية المحيطية بالنبيب عن Plvap ، حيث يمتد منتج البروتين (PV1) على جدار EC الشعري المحيط بالنبيبات. يبلغ قطر هذه النوافذ المبطنة 62-68 نانومتر وربما تسهلتبادل الماء والأيونات والمذابات الصغيرة مع الأنابيب القريبة والبعيدة

ترشح الكبيبات ما يقرب من 180 جرامًا من الجلوكوز يوميًا 78 وفي ظل الظروف الفسيولوجية ، يتم امتصاص معظمها تقريبًا في الأنابيب القريبة. يتم أولاً امتصاص الجلوكوز المفلتر من تجويف الأنابيب القريبة داخل الخلايا الظهارية من خلال ناقلات الصوديوم والجلوكوز (SGLTs). بمجرد أن يتجاوز تركيز الجلوكوز داخل الخلايا تركيزه في الخلالي ، فإنه ينتشر في الفراغ الخلالي من خلال ناقلات الجلوكوز الميسرة المحددة (GLUTs) ، حيث يتم إعادة امتصاصه في مجرى الدم. تمشيا مع دورها في هذه العملية ، تعبر ECs الشعيرية حول الأنبوب عن مستويات أعلى من Slc2a1 (ترميز GLUT1) من ECs لأسرة الأوعية الدموية الكلوية الأخرى (الشكل 3 ب) ، مما يشير إلى أن إعادة امتصاص الجلوكوز يمكن تسهيله بواسطة GLUT1 في ECs الشعيرات الدموية الحبيبية.

تشتمل الشعيرات الدموية القشرية حول الأنبوب على مجموعتين من السكان EC - أحدهما يعبر عن مستويات عالية من Apoe (ترميز صميم البروتين الشحمي E) والآخر يعبر عن القليل من Apoe10 أو لا يعبر على الإطلاق (الشكل 3 ب). يُظهر عدد سكان Apoe المرتفع تعبيرًا مُخصبًا عن الجينات الأخرى المتعلقة بعملية التمثيل الغذائي للدهون مثل Plpp3 و Thrsp10،80،81. على النقيض من ذلك ، يعبر السكان المنخفضون عن Apoe عن الجينات التي تشفر مستقبلات VEGF (Kdr و Flt1 و Nrp1 ، وترميز VEGFR2 و VEGFR1 و neuropilin 1 ، على التوالي) ، والبروتينات المرتبطة بعامل النمو الشبيه بالأنسولين والمستقبلات (Igfbp5 و Igfbp3 و Insr) ، و Npr3 ، الذي يشفر مستقبلات الببتيد الناتريوتريك ، الذي ينظم حجم الدم وإفراز الصوديوم 1082-85. ما إذا كانت هاتان المجموعتان من المجموعات الأوروبية موجودة في شعيرات دموية منفصلة تتفاعل مع الأنابيب الملتفة القريبة أو الأنابيب البعيدة ، أو ما إذا كانت موجودة في نفس الشعيرات الدموية غير معروفة حاليًا.

من المثير للدهشة ، أنه تم وصف مجموعتين إضافيتين من مجموعات EC الشعرية في القشرة الكلوية للفأر - وهي مجموعة شبيهة بالأوعية من فئة EC ومجموعة تتميز بالتعبير عن الجينات المحفزة للإنترفيرون والجينات المشاركة في معالجة المستضد وعرضه (الشكل 3 ب) . قد يكون للتركيبات الكهروضوئية التي تشبه الأوعية الدموية دورًا في تجديد المجموعات الاقتصادية الإقليمية التالفة ، في حين قد تشارك ECs التي يتم تنشيطها بواسطة الإنترفيرون في المراقبة المناعية ، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من الدراسات للتحقيق في هذه الاحتمالات.

تتميز cRECs في الشرايين الكبيرة بالتعبير عن جين عامل النسخ الشرياني Sox17 وجين الوصلة الضيقة Cldn5 (كلودين 5) ، في حين تتميز cRECs في الأوردة الكبيرة بالتعبير عن عامل النسخ Nr2f2 (COUP-TFII) ، و علامة fenestration Plvap^{6,10,11,47,63,64,86}(الشكل 3 ب).

تعبر cRECs الشريانية عن جين Sema3g الذي يشفر السيمافور ، والذي له تأثيرات أوتوكرين و paracrine على ECs و VSMCs ، على التوالي ، جينات ترميز connexin Gja4 و Gja5 ، وهما مكونات من تقاطعات myoendothelial ، وعضو عائلة Notch Jag1 (المراجع 6 ، 10 ، 11،87-90) (الشكل 3 ب). تتعرض الشرايين الكبيرة لارتفاع ضغط الدم ويتم تعديل نغمتها الوعائية استجابة للتغيرات في ضغط الدم. يتم تمكين قدرتها على الاستجابة للإشارات الميكانيكية من خلال وجود طبقة مرنة في وسط الغلالة غنية بالألياف المرنة^9,91ومن خلال التعبير عن الجينات المتعلقة بتجميع الألياف المرنة مثل Eln (الإيلاستين) و Ltbp4 (عامل النمو المحول الكامن - - بروتين الربط 4) و Fbln5 (فيبولين 5) و Bmp4 (المراجع 6،10،11،92 - 95). كما أنها تعبر عن مستويات عالية من Mgp (بروتين Gla المصفوفة) 6،10 ، والذي يمنع تكلس الأوعية الدموية ربما من خلال تثبيط إشارات BMP2 و BMP4. تمشيا مع دورها في تنظيم تدفق الدم الكلوي ، فإن cRECs للشرايين الكبيرة تعبر أيضًا عن الجينات المسؤولة عن تنظيم البنزين مثل Ace و Edn1 و S1pr1 (المراجع 6 ، 10 ، 97-99) (الشكل 3 ب).

يتم تسهيل توصيل الأكسجين والمغذيات والتخلص من الفضلات المنبعثة داخل جدار الأوعية الدموية للشرايين والأوردة الكبيرة بواسطة vasa vasora100. لم يتم تحديد مجموعات Vasa vasora RECs في الدراسات المنشورة على مجموعات الفئران ذات الخلية الواحدة ، ويفترض أن الأوعية ذات قطر التجويف يبلغ<0.5mm (the="" diameter="" of="" normal="" vessels="" in="" mice)="" do="" not="" normally="" have="" vasa="">^6,10,11,100. قد يؤدي إجراء مثل هذه الدراسات على الحيوانات الكبيرة أو على البشر ، الذين لديهم أوعية كلوية أكبر ، إلى زيادة احتمالية التقاط مجموعات الأوعية الدموية. لا يوجد حاليًا أي علامات موصوفة لـ RECs مشتقة من vasa vasora.

خارج نظام الأوعية الدموية ، تحتوي القشرة الكلوية أيضًا على مجموعتين من الأوعية اللمفاوية الكلوية. كلاهما ينشأ على شكل شعيرات دموية ذات نهايات عمياء في الفصيص الكلوي حيث تتبع مجموعة واحدة الشرايين باتجاه النقير لتوصيل نظام المحفظة والأخرى تخترق الكبسولة للانضمام إلى الأوعية اللمفاوية المحفظة 28،101 (الشكل 1 أ). يمكن تمييز الشعيرات الدموية الكلوية اللمفاوية عن الشعيرات الدموية في الأوعية الدموية لأنها موجودة بشكل أساسي في النسيج الخلالي ، وهي ذات نهايات عمياء ، وتفتقر إلى الخلايا الحبيبية.^28,29. تتكون الشعيرات الدموية الليمفاوية الكلوية من طبقة واحدة ، على شكل أوراق البلوط ، متداخلة جزئيًا LECs ، والتي يمكن تمييزها عن BECs من خلال التعبير عن عدة علامات⁶، من أشهرها Pdpn (podoplanin) 102 ، جين ترميز مستقبلات الهيالورونان Lyve1 (المرجع 103) ، Flt4 (الذي يشفر VEGFR3) 104 وجين عامل النسخ Prox1 (المرجع 105) (الشكل 3 ب) . على الرغم من أن هذه العلامات يتم التعبير عنها أيضًا في أنواع الخلايا الأخرى ، إلا أنه يمكن استخدامها للتمييز بين نوعي EC الرئيسيين. في الإنسانالكلى، تم وصف podoplanin بأنه العلامة الأكثر موثوقية لـ LECs^28,29. ومع ذلك ، لم يعرف أي من الاثنينالكلىتم تحديد مجموعات LEC في دراسات تسلسل الحمض النووي الريبي أحادية الخلية المنشورة^6,10,11، ربما بسبب فقدها أثناء خطوات المعالجة الفنية (على سبيل المثال ، أثناء الهضم الإنزيمي أو تنقية EC) ، و / أو لأنها تمثل جزءًا صغيرًا جدًا من EC مقارنة بمجموعة BECs الكلوية. لذلك هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لوصف عدم تجانس البطانة اللمفاوية الكلوية.

عدم تجانس الخلايا البطانية النخاعية.الدور الأساسي للنخاع الكلوي هو تركيز البول⁹. الترتيب التشريحي للأوعية المستقيمة وانخفاض تدفق الدم في النخاع الكلوي (10 في المائة من إجمالي تدفق الدم الكلوي) ، يمنع غسل المواد المذابة ، مثل اليوريا وكلوريد الصوديوم ، مما يؤدي إلى تكوين تدرج أسمولي من النخاع الخارجي إلى الحليمة الكلوية ، وهو ضروري لتركيز البول 26،106. يختلف هذا التدرج وفقًا لحالة الترطيب 106.

تتميز البطانة النخاعية الكلوية بالتعبير عن Igfbp7 (المراجع 10 ، 11) ، وهي علامة بولية لـالكلىالإصابة التي تتنبأ بالشفاء الكلوي بعد إصابة الكلى الحادة (AKI) 107 ، و Cd36 (المراجع 10 ، 32) ، والتي تشفر مستقبل الزبال المسؤول عن امتصاص الأحماض الدهنية طويلة السلسلة من الدورة الدموية 108 (الشكل 3 ج). ومن ثم ، قد تنتقل الدهون بطريقة تعتمد على القرص المضغوط 36- عبر البطانة النخاعية إلى الخلايا الخلالية النخاعية ، وهي مجموعة خلايا شبيهة بالأرومة الليفية تتميز بقطرات دهنية ، ترتبط وفرتها بحالة إدرار البول 109. ارتبط حذف Cd36 في الفئران بزيادة خطر الإصابة بارتفاع ضغط الدم التلقائي المعتمد على الكلى^10,110، ولكن ضعفت من تطورالكلىتليف استجابةً لنظام غذائي عالي الدهون 111 (الشكل 3 ج) ، مما يشير إلى دور وقائي ومرضي لنقل الدهون في هذه العمليات.

مثل البطانة القشرية والكبيبية ، تُظهر البطانة النخاعية الكلوية عدم تجانس واسع داخل المقصورة^10,11. DVR عبارة عن أوعية شبيهة بالشرايين تتكون من بطانة مستمرة محاطة بخلايا ملساء تشبه العضلات أو VSMCs التي تستجيب للمنبهات النشطة في الأوعية للتحكم في تدفق الدم النخاعي الكلوي. بما يتوافق مع النمط الظاهري الشبيه بالشرياني ، فإن DVR ECs تعبر عن Sox17 (المراجع 10 ، 55) ، Cldn5 (المراجع 10 ، 55 ، 86 ، 112) ، Fbln5 ، Gja4 ، و Cxcl12 (CXCL12 ، المعروف أيضًا باسم SDF1 - بروتين كيميائي التي تعمل بمثابة رابط لـ CXCR4 و CXCR7 المعبر عنها بواسطة VSMCs و pericytes)^10,63,113. تعبر DVR ECs أيضًا عن Slc14a1 و Aqp1 اللذين يشفران ناقل اليوريا B (UTB)^10,11,112والقناة المائية aquaporin 1 (المراجع^10,11,55) ، وكلاهما مطلوب لتركيز البول 114،115 (الشكل 3 ج ، د). تعبر هذه ECs أيضًا عن Scin ، الذي يشفر cinder in - بروتين يربط aquaporin 2 في مجمع متعدد البروتينات في تجميع الخلايا الظهارية للقناة ، على الأرجح لتسهيل تهريب الأكوابورين 2. يشير التعبير المشترك لـ Aqp1 و Scin في DVR ECs إلى تفاعل مماثل في البطانة النخاعية¹⁰.

ينشئ التدرج الأسمولي بيئة معادية لخلايا النخاع الكلوي ، خاصةً تلك الموجودة في الحليمة الكلوية ، حيث تكون الأسمولية هي الأعلى (تقابل حالة فرط الأسمولية الفسيولوجية حيث تكون الأسمولية أعلى منها في البلازما الجهازية). يمكن فصل Mouse DVR ECs إلى نمطين ظاهريين رئيسيين وفقًا لموقعهما في الحليمة الكلوية أو في النخاع الخارجي أو الداخلي ، ويمكن تمييزهما عن طريق التعبير عن الجينات التي يسببها فرط التسمم والجينات المنظمة للفازوتون (الشكل 3 ج). تعبر الحليمة الكلوية DVR ECs عن الجينات المستجيبة لفرط الأسمولية ، بما في ذلك الجينات المستهدفة لعامل النسخ المحرض على فرط الأسمولية ، مثل S100a4 و S100a6 (المراجع 10 ، 118) ، بينما تُظهر DVR ECs من النخاع الداخلي والخارجي تعبيرًا غنيًا عن Hpgd ، والذي يشفر إنزيم رئيسي يشارك في هدم البروستاجلاندين النشط في الأوعية ، Edn1 ، الذي يشفر البطانة المضيق للأوعية 1 ، و Adipor2 ، الذي يشفر مستقبلات adiponectin التي تحفز تأثيرات موسع الأوعية (الشكل 3 ج). يتوافق نمط التعبير هذا مع الوجود الأكثر بروزًا للخلايا الملساء الشبيهة بالعضلات في الجزء النخاعي الخارجي من DVR وبالتالي الاستجابة الأكبر لهذه المنطقة للعوامل النشطة في الأوعية ، مقارنة بأجزاء DVR المنخفضة.

على عكس DVR ، فإن AVR عبارة عن أوعية شبيهة بالوثيقة الوريدية (الشكل ثلاثي الأبعاد). تعيد هذه الأوعية امتصاص الماء من النسيج الخلالي النخاعي الكلوي الذي يتراكم أثناء تركيز البول بواسطة قنوات التجميع ، وحلقة Henle ، و DVR ، وتجمعها مرة أخرى في الدورة الدموية العامة بطريقة تشبه وظيفة الأوعية اللمفاوية. تمشيا مع هذا الدور ، تعبر AVR ECs عن عامل النسخ الوريدي Nr2f2 (المراجع 10 ، 11 ، 64) و Plvap - ربما للحفاظ على دورهم في إعادة امتصاص الماء^10,11,47,122(الشكل 3 ج). تعبر AVR ECs أيضًا عن Tek ، حيث تقوم بترميز مستقبل أنجيوبويتين Tie2 ، وهو أمر ضروري لتكوين AVR أثناء التطوير. يؤدي حذف Tek في الفئران إلى التراكم السريع للسوائل والأكياس في النسيج الخلالي النخاعي وفقدان حزم الأوعية الدموية النخاعية ويؤدي إلى انخفاض قدرة تركيز البول³⁰.

على غرار DVR ، يمكن فصل AVR إلى مجموعتين من مجموعات EC مختلفة نسبيًا تقع في الحليمة وفي النخاع الخارجي والداخلي. تتميز تلك الموجودة في الحليمة بالتعبير عن الجينات المستجيبة لفرط التسمم (Cryab و Fxyd2 و Cd9 (المراجع 10،123،124)) ، الجينات المحللة للسكر (Ldha ، Aldoa ، و Gapdh10 ، 125 ، 126) ، و Car2 ، الذي يشفر إنزيم الأنهيدراز الكربوني 2 ، وغيابها يضعف تركيز البول ويؤدي إلى بوال في الفئران (الشكل 3 ج). تعبر Papillary AVR ECs بشكل خاص عن جين تشفير الوحدة الفرعية Na plus / K plus ATPase Fxyd2 ، في حين يتم تنظيم جين تشفير الوحدة الفرعية البديل Fxyd6 في AVR ECs في النخاع الخارجي والداخلي¹⁰ (الشكل 3 ج).

تعرض الأجزاء الحليمية من AVR و DVR ملفات تعريف مميزة للتعبير الجيني ولكنها تشترك في التعبير عن العديد من الجينات المستجيبة لفرط الأسمولية ، بما في ذلك Akr1b3 ، الذي يشفر Aldose reductase - وهو إنزيم يحد من معدل مسار البوليول المسؤول عن تحويل الجلوكوز إلى السوربيتول ، أوسموليت عضوي خامل مهم للحفاظ على حجم الخلية في ظل ظروف فرط الأسمولية. كما أنها تعبر عن S100a6 ، بالإضافة إلى جينات أخرى - مثل Fxyd5 (الذي يشفر وحدة فرعية Na plus / K plus ATPase أخرى) ، Nrgn (الذي يشفر بروتين neurogranin المرتبط بالكالودولين) ، و Crip1 (الذي يشفر البروتين الغني بالسيستين 1) 10118 - التي من المحتمل أن تكون مرتبطة ببيئة مفرطة التكاثر (الشكل 3 ج).

تتميز الضفيرة الشعرية النخاعية الكلوية ، التي تربط DVR و AVR (الشكل 3 أ) ، ببطانة نفاذة إيجابية Plvap والتعبير البطاني المخصب للجينات التي تشفر مستقبلات VEGF ، مثل Kdr و Flt1 و Nrp1 ، أيضًا كجينات تشارك في نقل الأحماض الدهنية والتمثيل الغذائي (Cd36 و Plpp3) 10 (الشكل 3 ج). تشتمل mRECs أيضًا على ECs من الأوردة بعد الشعيرات الدموية ، بالإضافة إلى مجموعات EC المولدة للأوعية وتفاعلها مع interferon ، على غرار الشعيرات الدموية في القشرة الكلوية.

عدم تجانس REC وأمراض الكلى

في ظل الظروف الفسيولوجية ، تكون البطانة هادئة - وهي حالة يتم الحفاظ عليها إلى حد كبير من خلال نيتروزيل البروتينات وعوامل النسخ بواسطة NO128129 المشتق من eNOS. يتم تنظيم نشاط eNOS نفسه بواسطة إجهاد القص¹³⁰والمستقلبات داخل الخلايا ، مثل ركيزة eNOS ، و l-arginine ، والعامل المساعد لها ، tetrahydrobiopterin¹³¹. في ظل ظروف معينة - على سبيل المثال ، استجابة للعدوى - يمكن إيقاف هذه الحالة الهادئة ، مما يؤدي إلى تنشيط ECs وتجنيد الخلايا المناعية. تعتبر إشارات الأكسدة والاختزال ، وعلى وجه الخصوص ، فصل إنزيم eNOS مما يؤدي إلى إنتاج أكسيد الفائق بدلاً من أكسيد النيتروجين أمرًا بالغ الأهمية لعملية التنشيط هذه. يؤدي فصل eNOS إلى تحريك سلسلة تؤدي إلى إعادة تشكيل الطبقة السطحية البطانية وتحفيز التعبير عن المستقبلات التي يمكن أن تتفاعل مع الصفائح الدموية والخلايا المناعية¹³². على الرغم من أن التنشيط البطاني يشكل جزءًا من نظام الدفاع المضيف ، إلا أنه يمكن تنشيط هذه الآلية الجزيئية بشكل غير مناسب في حالات المرض مثل أمراض المناعة الذاتية أو في وضع عوامل الخطر القلبية الوعائية أو العدوى. وتجدر الإشارة إلى أن عدم التجانس موجود في استجابة المجموعات الاقتصادية الإقليمية للإشارات الضارة¹³³. على سبيل المثال ، في متلازمة انحلال الدم الانحلالي غير النمطية ، ترتبط الطفرات في العامل المثبط التكميلي H بانخفاض ارتباط العامل H بكبريتات الهيباران الكبيبي ، وبالتالي تحفيز اعتلال الأوعية الدقيقة الخثاري الكبيبي. مثال آخر هو رفض الطعم الخلطي المزمن حيث يبدو أن الشعيرات الدموية المحيطة بالنبيبات هي الهدف الأساسي للإصابة¹³⁵؛ تتنبأ الخسارة المرتبطة بالشبكة الشعرية حول الأنبوب بحدوثالكلىفشل 136. في سياق وباء COVID -19 ، من الجدير بالملاحظة أن القصور الكلوي الحاد يُلاحظ بشكل متكرر في المرضى الذين يعانون من مرض شديد (يصيب ما يصل إلى 50 بالمائة من المرضى في وحدات العناية المركزة)¹³⁷، الذين قد يؤدي الخلل الوظيفي واسع الانتشار إلى تفاقم المرض نتيجة لتسرب الأوعية الدموية ، واعتلال التخثر والالتهاب المتفاقم^138,139.

بالإضافة إلى عدم التجانس في استجابة التنشيط البطاني ، قد تكون استجابة المجموعات الاقتصادية الإقليمية للإشارات البيئية من الدورة الدموية خاصة بالموقع. على سبيل المثال ، تُظهر gRECs من المرضى المصابين بداء السكري من النوع 1 استجابة وعائية غير منظمة مما يؤدي إلى نمو الكبيبات واعتلال الخلايا العضلية الثانوي^140,141. في الإصابة الإقفارية - في الشعيرات الدموية حول الأنبوب على وجه الخصوص - يؤدي تنشيط البطانة والتخلص من ECs إلى ما يسمى بظاهرة `` عدم إعادة التدفق '' ، حيث لا يتم استعادة التروية حتى عند استعادة المباح ، مما يؤدي إلى إصابة الخلايا الظهارية الأنبوبية و AKI¹⁴². تتم مناقشة علم الأمراض السريري الناجم عن تنشيط REC بالتفصيل في مكان آخر.

لقد أدى ظهور تقنيات عالية الدقة مثل تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية إلى توفير رؤى جديدة في التنظيم الجزيئي للتغاير الظهاري البطاني والعمليات المتضمنة فيالكلىإصابة. طور عدد من الدراسات على مدى السنوات القليلة الماضية ، من مجموعتنا وغيرها ، مفهوم أن عدم التجانس البطاني مرتبط بعملية التمثيل الغذائي داخل الخلايا^{3,6,10,143–145}. كما هو موضح أدناه ، فإن البيئات الدقيقة المختلفة التي تتعرض لها المجموعات الاقتصادية الإقليمية تساعد في إنشاء كل من تنوعها الظاهري والتخصص الأيضي.

تخصص التمثيل الغذائي من RECs

تُظهر ECs عملية التمثيل الغذائي النشطة حتى عندما تكون هادئة للحفاظ على عمليات مثل إنتاج الطاقة ، وتوليف الكتلة الحيوية ، واستتباب الأكسدة والاختزال ، والتي تعد ضرورية للحفاظ على سلامة الحاجز الوعائي ، ووظيفة تنظيم الأوعية ، والنقل المذاب ، وتثبيط تجلط الدم والتهاب الأوعية الدموية. على سبيل المثال ، تحافظ ECs الهادئة على مستويات عالية من منظمة الأغذية والزراعة ، مما يساعد في الحفاظ على سلامة الحاجز الوعائي جزئيًا من خلال تجديد NADPH ، والذي يوفر الحماية ضد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) 146. تمشيا مع هذا الدور ، يؤدي تثبيط منظمة الأغذية والزراعة في المجموعات الأوروبية إلى زيادة الإجهاد التأكسدي ، ونفاذية الحاجز البطاني ، وتسلل الكريات البيض ، والانتقال البطاني إلى اللحمة المتوسطة¹⁴⁷، مما يشير إلى أن منظمة الأغذية والزراعة مطلوبة للحفاظ على الوظيفة البطانية والنمط الظاهري. تظهر المجموعات الاقتصادية الإقليمية أشكالًا مختلفة من التمثيل الغذائي والنصوص إلى الموصلات المعزولة عن الأعضاء الأخرى في الفئران^3,6. على وجه الخصوص ، يتم تمييزها عن طريق تنظيم الجينات المشاركة في التخليق الحيوي للأحماض الأمينية والبيريميدين وكذلك استقلاب الجلوكوز⁶. علاوة على ذلك ، يتم إثراء بعض الجينات الأيضية بشكل انتقائي في الشرايين أو الشعيرات الدموية أو الوريدية ، مما يدل على عدم تجانس التمثيل الغذائي داخل الأعضاء⁶. كما نوقش أدناه ، قد تؤثر الظروف البيئية المكروية المختلفة التي يتعرض لها مجموعات REC المختلفة أيضًا على ملفات التعريف الأيضية الخاصة بهم ، وتدعم التباين الظاهري لـ REC بالإضافة إلى استجابتها لمحفزات المرض.

استجابات REC للتغيرات في توتر الأكسجين

رغمالكلىهي أكثر الأعضاء تروية في الجسم ، حيث يتم استهلاك أقل من 10 في المائة من الأكسجين المنتشر أثناء مرور الدم عبرالكلى¹⁴⁸. الالكلىيتعرض النخاع لتوتر الأكسجين المنخفض ، مع pO2 من 10-20 مم زئبق (نقص الأكسجة) مقارنة مع 50 مم زئبق في قشرة الكلى 117 (الشكل 4 أ). إن تدرج الأكسجين الذي يتبع المحور القشري الحليمي هو نتيجة لعدة عوامل ، بما في ذلك تحويل الأكسجين الشرياني الوريدي الذي ينتج عن الترتيب المتوازي لـ AVR و DVR في النخاع ، ومحدودية تدفق الدم إلى وداخل النخاع لتقليل انجراف المواد المذابة ، واستخدام الفسفرة المؤكسدة لإنتاج مستويات عالية من الطاقة المطلوبة لـ Na plus / K plus ATPase لإعادة امتصاص Na plus ولتمكين الأداء السليم لناقلات غشاء الخلية الأخرى. وبالتالي ، فإن نقص الأكسجة متأصل في آلية تركيز البول في النخاع^10,117.

هو أيضا مطلوب للمناسبالكلىالتنمية 149. ومع ذلك ، يمكن أن يكون نقص الأكسجة ضارًا ويعتبر سببًا رئيسيًا لـ AKI150 وعامل خطر لمرض الكلى المزمن (CKD) 151 (الشكل 4 أ). يمكن أن ينجم نقص الأكسجة الكلوية عن الأحداث الإقفارية ، مثل التي يمكن أن تحدث أثناء زرع الكلى أو نتيجة التروية الكلوية غير الطبيعية بسبب الندرة الشعيرية المحيطة بالنبيبات ، وإصابة الكبيبات ، وتصلب الشرايين ، وعدم انتظام توتر الأوعية الدموية الشريانية ، وفقر الدم ، وضعف انتشار الأكسجين بسبب التليف (152) ( الشكل 4 أ). داخل نظام الأوعية الدموية ، يتسبب التعرض قصير المدى لنقص الأكسجة في تعديل قابل للعكس لنغمة الأوعية الدموية وتدفق الدم ، بينما يؤدي التعرض طويل الأمد إلى إعادة تشكيل لا رجعة فيه للأوعية الدموية والأنسجة المحيطة مع انتشار VSMC والتليف.¹⁵³. تعتمد الاستجابة الخلوية لنقص التأكسج على تعطيل Fe2 plus - أكسجينازات معتمدة و 2- oxoglutarate (2- OG) - أكسجيناز 152 ، والتنشيط اللاحق لعامل النسخ المحرض بنقص الأكسجة (HIF) - المعتمد على و مسارات مستقلة عن HIF. يؤدي التعرض لنقص الأكسجة إلى تنشيط كل من HIF1 و HIF2 في ECs154 (الشكل 4 ب). في الالكلى، RECs على نطاق واسع تعبر عن HIF2 عند نقص الأكسجة ، في حين يقتصر التعبير البروتيني لـ HIF1 على mRECs في الحليمة 155-157 ، حيث يحفز تحلل السكر (الشكل 4 ب). تنشيط HIF2 في المجموعات الاقتصادية الإقليمية ، بشكل عام ، يتوسط الحماية والتعافي من إصابة الكلى الإقفارية عن طريق تعزيز الكريات الحمر ، وعن طريق قمع الالتهاب الكلوي ، وخلخلة الشعيرات الدموية ، والتليف 156 (الشكل 4 ب). تعرض المجموعات الاقتصادية الإقليمية لنقص الأكسجة في سياقالكلىلذلك قد يؤدي المرض إلى استجابات مختلفة في مجموعات الاستجابة السريعة و cRECs عن تلك الموجودة في mRECs. على سبيل المثال ، يروج نقص الأكسجين 1 - للانتشار المعتمد على HIF وترحيل ECs158،159 المستنبت ؛ ومع ذلك ، في الظروف غير المتكدسة ، خضعت gRECs المستزرعة لموت الخلايا المبرمج المعتمد على الميتوكوندريا عند التعرض لنقص الأكسجة 155،160،161 ، مما يشير إلى سوء تكيف gRECs مع نقص الأكسجة. على الرغم من أن gRECs تبدو مقاومة تمامًا لنقص الأكسجة في الجسم الحي ، ربما بسبب تأثير paracrine من VEGF161 المشتق من خلايا podocyte ، يمكن أن يؤدي نقص الأكسجة إلى فقدان تدريجي لبروتينات الوصلة الضيقة أوككلودين و ZO -1 في gRECs في HIF {{ 11}} بطريقة مستقلة ، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة نفاذية الحاجز البطاني. لا يُعرف سوى القليل عن استجابة mRECs لنقص الأكسجة. تتعرض mRECs في AVR و DVR ، على وجه الخصوص ، لتوتر أكسجين منخفض في الحليمة تحت الظروف الفسيولوجية ، ويتم تنظيم Epas1 regulon (ترميز HIF2) في mRECs عند الحرمان من الماء ، ربما استجابةً لزيادة نقص الأكسجة الناتج عن عملية تركيز البول¹⁰.

التكيف الأيضي لل ECs للتغيرات في توتر الأكسجين.في ظل الظروف السمية المعيارية ، تعتمد ECs بشكل أساسي على تحلل السكر لإنتاج ATP بدلاً من الفسفرة المؤكسدة للميتوكوندريا. استجابةً لنقص الأكسجة ، تتفاقم هذه الاستجابات الأيضية ، مع زيادة تعزيز تحلل السكر وقمع تنفس الميتوكوندريا (الشكل 4 ب) ، موضحًا سبب مقاومة ECs لنقص الأكسجة طالما بقي الجلوكوز متاحًا. عند التعرض لنقص الأكسجة الحاد مثل حدث نقص تروية ، تُظهر ECs زيادة سريعة في الميتوكوندريا و / أو NAD (P) H أوكسيديز المشتق من ROS ، والذي يعمل على استقرار HIF1 ويسمح بتدفق أعلى للجلوكوز .164 - استجابات متوافقة مع HIF {{6 }} المستحثة في زيادة استقلاب الجلوكوز وتقليل نشاط الميتوكوندريا^164,165 (الشكل 4 ب). علاوة على ذلك ، كشفت تحليلات المسار الأيضي للـ ECs المعرضة لنقص الأكسجة المزمن ، كما يمكن أن يحدث في النخاع أو في سياق CKD ، عن انتظام يعتمد على HIF 2 - للجينات الحالة للجلوكوز¹⁶⁶. ومن المثير للاهتمام ، أن بعض جينات حال السكر مثل Eno1 و Aldoa ، والتي تشفر إنزيمات enolase 1 و aldolase A الضرورية لإنتاج ATP والبيروفات من الجلوكوز ، تم تنظيمها بدرجة أكبر في mRECs مقارنةً بـ cRECs و gRECs. بشكل أكثر تحديدًا ، أظهرت mRECs من الجزء الحليمي من AVR - وهو الجزء من السرير الوعائي الكلوي الأكثر تعرضًا لنقص الأكسجة - أعلى تعبير عن جينات حال السكر Aldoa و Ldha و Gapdh بين جميع mRECs في الفئران. وبالتالي ، قد تُظهر mRECs الحليمية تدفقًا عاليًا للجليكوليتيك اللاهوائي من المجموعات الاقتصادية الإقليمية الأخرى نتيجة لبيئتها المكروية ناقصة التأكسج. وبالمثل ، فإن الخلايا الظهارية النخاعية لديها قدرة أعلى على إنتاج ATP اللاهوائي حال السكر من الخلايا الأنبوبية القريبة¹¹⁷. تعمل mREC أيضًا على تنظيم العديد من جينات حال السكر عند الحرمان من الماء ، بالتزامن مع زيادة نشاط HIF2 المذكور أعلاه¹⁰.

في ECs ، يتم تنظيم HIF2 جزئيًا بعد تنشيط الميتوكوندريا NAD بالإضافة إلى ديستيلاز سيرتوين 3 (SIRT3) (المرجع 167) (الشكل 4 ب). يضعف فقدان SIRT3 الإشارات بنقص التأكسج في ECs وينتج عنه خلل في تكوين الأوعية الدموية وخلل في الأوعية الدموية الدقيقة ، ثانويًا للتبديل الأيضي من تحلل السكر المستقل عن الأكسجين إلى تنفس الميتوكوندريا. يرتبط هذا المفتاح الأيضي بانخفاض في تعبير 6- الفوسفوفركتو -2- كيناز (PFKFB3) ، وهو إنزيم يعمل كمنظم إيجابي لتحلل السكر وتكوين ROS¹⁶⁷(الشكل 4 ب). عند نقص الأكسجين ، ينظم SIRT3 إنزيمات مضادات الأكسدة في الميتوكوندريا بطريقة تعتمد على FOXO3 (المرجع.¹⁶⁸) - عامل نسخ يتم تنظيمه أيضًا بواسطة HIF1¹⁶⁹ (الشكل 4 ب). ومن المثير للاهتمام ، أن مسار مضادات الأكسدة SIRT3-FOXO3 يعمل في gRECs ، مما يمنع انتقال البطانة إلى اللحمة المتوسطة والكلىتليف في نموذج حيواني لارتفاع ضغط الدم الناجم عن أنجيوتنسين 2¹⁷⁰(الشكل 4 ب). الأساليب الدوائية التي تزيد من SIRT3 تحد أيضًا من القصور الكلوي الحاد الناجم عن السيسبلاتين من خلال الحماية من الإصابة الأنبوبية ومن خلال تحسينالكلىوظيفة¹⁷¹. على النقيض من ذلك ، تظهر فئران Sirt {0} التي خرجت عنها ضربات قاضية أكثر حدة من التهاب المفاصل الروماتويدي ، على الرغم من أن مساهمة المجموعات الاقتصادية الإقليمية في هذه التأثيرات لم يتم تحديدها¹⁷¹. لا يزال يتعين تحديد ما إذا كان مسار مضادات الأكسدة SIRT3-FOXO3 هذا متورطًا أيضًا في الاستجابة الفسيولوجية لـ mRECs لنقص الأكسجة في النخاع.

يتأثر استقلاب الأحماض الدهنية أيضًا بتوافر الأكسجين ، نظرًا لأن نقص الأكسجة يؤدي إلى زيادة في تعبير ونشاط سينثيز الأحماض الدهنية (FAS) ، وهو إنزيم رئيسي يتحكم في معدل مسار التخليق الحيوي للأحماض الدهنية ، مما يؤدي إلى تقليل المالونيل. - تجمع COA وزيادة مستويات البالميتات في ECs172 (الشكل 4 ب). في الشريان الرئوي البشري ECs ، يؤدي تثبيط FAS إلى ضعف استقرار HIF1 ، والتغيرات اللاحقة بوساطة HIF 1 - في نقل الجلوكوز والتمثيل الغذائي واستعادة وظيفة eNOS ، مما يشير إلى أن تثبيط تخليق الأحماض الدهنية قد يكون مفيدًا لوظيفة EC في نقص الأكسجة¹⁷²(الشكل 4 ب). في الالكلى، المراوح - التي تشفر FAS - تم تنظيمها في نموذج تجريبي للفشل الكلوي المزمن وساهمت في زيادة شحوم الدم¹⁷³. كما لوحظ زيادة تنظيم المراوح والجينات الأخرى المستجيبة لنقص الأكسجة فيالكلىقشرة لنموذج فأر لفقر الدم المنجلي الذي أظهر تلفًا كبيبيًا وأنبوبيًا تدريجيًا¹⁷⁴. التمثيل الغذائي المتغير للدهون هو سمة من سمات CKD البروتيني وكل من الأدلة السريرية والتجريبية تدعم الفكرة القائلة بأن التمثيل الغذائي للدهون المتغير قد يساهم في التسبب في أمراض الكلى وتطورها¹⁷⁵. ومع ذلك ، فإن دور المجموعات الاقتصادية الإقليمية في التمثيل الغذائي غير المنتظم للأحماض الدهنية في سياقالكلىمرضلا يزال بحاجة إلى مزيد من التوضيح.

يؤدي نقص الأكسجة أيضًا إلى زيادة تنظيم الأرجيناز II بطريقة تعتمد على تنشيط HIF2¹⁷⁶أو HIF1¹⁷⁷، ويقلل من تخليق ونقل ركائزه ، أرجينين ، في ECs^178,179(الشكل 4 ب). Arginase II هو أنزيم فلزي يتم التعبير عنه بشكل خاص فيالكلىويحفز التحلل المائي لـ l-arginine إلى اليوريا و l-ornithine. تقلل الزيادة في نشاط أرجيناز II من التوافر الحيوي للأرجينين ، مما يثبط نشاط eNOS ، ويقلل من إنتاج البطانة NO ويؤدي إلى فك اقتران eNOS ، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج ROS والإجهاد النتري¹⁷⁶. هذه الخطوات حاسمة في تعزيز الخلل البطاني ، ومرض الكلى السكري ، والكلىالتهاب في سياق السمنة التي يسببها النظام الغذائي^180,181. في ظل الظروف الفسيولوجية ، يتم التعبير عن الأرجيناز الثاني بشكل أساسي في النخاع الخارجي ، مما يشير إلى أن هذا التكيف الأيضي ربما لا يحدث في mRECs الأكثر تعرضًا لنقص الأكسجة¹⁸¹.

أخيرًا ، يؤدي تعرض mRECs الحليمي لنقص الأكسجة الحاد إلى إطلاق البيورينات و ATP ، جنبًا إلى جنب مع UTP و UDP ، في الفضاء خارج الخلية^182–184. ينشط ATP مستقبلات P2Y البطانية ، مما يؤدي إلى عدم إنتاج وتوسع الأوعية وزيادة نضح الأنسجة¹⁸⁵. يشكل ATP أيضًا الأدينوزين التالي لعملية التمثيل الغذائي لـ ATP بواسطة الإنزيمات الخارجية^185,186. الأهم من ذلك ، أن نقص الأكسجة يؤدي إلى تنشيط HIF 2 - معتمد لمستقبل الأدينوزين A2a (المشفر بواسطة ADORA2A) في ECs^187,188، الذي يؤدي تنشيطه إلى زيادة تخليق بروتين HIF1 ، مما يزيد من تعزيز التعبير الجيني حال السكر وتدفق حال السكر¹⁸⁷(الشكل 4 ب). في معظم الحالات ، يؤدي تنشيط مستقبلات A2a و A2b المعبر عنها بواسطة ECs و VSMCs إلى توسط تأثيرات موسع الأوعية للأدينوزين المنطلق أثناء نقص الأكسجة. في الالكلى، توجد مستقبلات أدينوزين مختلفة في أجزاء مختلفة من الأوعية الدموية¹⁸⁹، ويمارس ATP والأدينوزين خارج الخلية أدوارًا رئيسية في تنظيم ديناميكا الدم الكلوية ودوران الأوعية الدقيقة^185,190. في النخاع ، يتم إنتاج الأدينوزين في الطرف الصاعد السميك النخاعي لحلقة هنلي (TALH) بعد الإجهاد التأكسدي¹⁹¹ويعمل كموسع للأوعية ، مما يؤدي إلى زيادة تدفق الدم النخاعي عبر آلية قد تتضمن DVR mRECs¹⁹². ومع ذلك ، خلافًا لتأثيراته في معظم الأوعية الأخرى ، فإن التنشيط بوساطة الأدينوزين لمستقبلات A2a ، والتي يتم التعبير عنها بشكل خاص في الشرايين الواردة ، يؤدي إلى تضيق الأوعية في الأوعية الدموية الكلوية ، مما قد يؤثر على تدفق الدم الكلوي والترشيح الكبيبي.^185,193. من الجدير بالذكر أنه تم تحديد دور مستقبلات البيورينجيك في تطور مرض الكلى المزمن¹⁹⁴.