الجزء 2 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

انقر هنا للجزء 1

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 سياقالكلىإصابةوالأمراض ، جزئياً نتيجة للتغيرات في البيئة المكروية.

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

يمنع Cistanche tubulosa أمراض الكلى ، انقر هنا للحصول على العينة

تتعرض استجابات REC للتغيرات في إجهاد القص باستمرار لقوة التمدد الناجم عن نبض تدفق الدم وقوة الاحتكاك الموازية لجدار الوعاء الدموي ، إجهاد قص السوائل¹⁹⁵. تم تجهيز هذه الخلايا لاستشعار هذه القوى وتحويلها إلى إشارات كيميائية حيوية يمكن أن تؤثر على توازن الأوعية الدموية عن طريق تنظيم نغمة الأوعية الدموية وإعادة تشكيل EC ، مما يضبط تدفق الدم لتلبية متطلبات الأنسجة. ومن المثير للاهتمام ، أن ECs من أجزاء مختلفة من قاع الأوعية الدموية تتعرض لأنواع تدفق محددة وتستجيب وفقًا لذلك 195 (الشكل 5 أ). في الشرايين والشرايين ، يكون تدفق الدم نابضًا للغاية ، بينما في الشعيرات الدموية يكون بنفس الحجم ولكنه أقل نابضًا ، وفي الأوردة والأوردة يكون تدفق الدم أقل بمقدار ثلاثة إلى عشرة أضعاف ويكون النبض ضئيلًا 195. في الالكلى, the vasculature of the cortex receives >94٪ من تدفق الدم الكلوي¹⁹⁶مما يشير إلى أن الأوعية الدموية النخاعية تتعرض لبيئة إجهاد قص منخفضة نسبيًا. على النقيض من ذلك ، تتعرض gRECs لبيئة إجهاد قص عالية نسبيًا (يُقدر أنها من 1dyn / cm2 إلى 95dyn / cm2) ، نتيجة لارتفاع تدفق الدم والضغط جنبًا إلى جنب مع زيادة لزوجة الدم نتيجة للترشيح عملية 197 (الشكل 5 ب). يعد تعرض gREC لضغط القص أمرًا بالغ الأهمية لأنه يمنع تراكم الصفائح الدموية ، جزئياً عن طريق تحفيز الكشف المطابق لعامل البروتين السكري في الدم von Willebrand (vWF) الذي يعزز قابليته للانقسام بواسطة ADAMTS13 metalloprotease^198,199. تتضح أهمية هذه الظاهرة لصحة gREC من خلال النمط الظاهري المؤيد للتخثر الذي لوحظ في متلازمة انحلال الدم الانحلالي المرتبطة بسم الشيغا. يعزز توكسين الشيغا إفراز vWF بواسطة gRECs وتشكيل vWF multimers كبير جدًا ومقاوم للانقسام بواسطة ADAMTS13 ويحفز اعتلال الأوعية الدقيقة الخثاري في الكبيبات والكلىالأوعية الدموية الدقيقة 200 ، مما أدى في النهاية إلى الإصابة بالتهاب المفاصل الروماتويدي. في فرفرية نقص الصفيحات التخثرية ، ينتج عن انخفاض نشاط ADAMTS13 نتيجة مماثلة¹⁹⁹.

تتضح أهمية إجهاد القص أيضًا من خلال تطور آفات تصلب الشرايين في الشرايين الكلوية ، والتي يمكن أن تؤدي إلى تضيق الشريان الكلوي - وهو أكبر سبب منفرد لارتفاع ضغط الدم الثانوي. تتطور هذه الآفات في مناطق atheroprone في الشرايين والشرايين التي تتعرض لضغط قص رقائقي أقل من المناطق الأخرى ، مثل مناطق التشعب الشرياني ، حيث يكون تدفق الدم عادةً مضطربًا (الشكل 5 ج).

آثار إجهاد القص الصفحي على ECs.يحث إجهاد القص الصفحي على تنظيم عوامل النسخ عامل يشبه Krüppel 2 (KLF2) و KLF4 في ECs ، جزئيًا من خلال إطلاق ATP والتنشيط اللاحق لمستقبلات P2X4 البيورينجي ، وجزئيًا عن طريق تنشيط إشارات MEK5 – ERK5 – MEF2 مسار^204,205(الشكل 5 د). في الالكلىو Klf2 و Klf4 مع الجين المستهدف KLF4 ، Thbd (الذي يشفر الثرومبومودولين) ، تم الإبلاغ عن أنها علامات لـ gRECs مشتقة من الشرايين الصادرة في الفئران البالغة^10,11(الشكل 3 ب). يتوافق موقع هذه العلامات المستجيبة للتدفق مع حقيقة أن المجموعات الاقتصادية الإقليمية الموجودة في موقع الخروج المباشر للكبيبات تتعرض لإجهاد قص رقائقي مرتفع ، يحتمل أن يكون مرتبطًا بارتفاع لزوجة الدم في هذه المنطقة. يؤدي تنظيم وتفعيل KLF2 إلى التوسط في هدوء EC ، والذي يتميز بزيادة في التعبير عن VE-cadherin و -catenin للمساعدة في الحفاظ على حاجز وعائي محكم 206 ، ومحاذاة ECs في اتجاه التدفق ، وتثبيط الالتهاب والمحافظة عليه لنمط ظاهري مضاد لتصلب الشرايين ، زيادة في مضادات الأكسدة وانخفاض في توتر الأوعية الدموية ثانويًا لإنتاج البطانية لأكسيد النيتروجين والبروستاسيلينات 208-210 (الشكل 5 د). تنشيط KLF2 في gRECs يحميهم من الإصابة وتطور المرض في النماذج الحيوانية من CKD^211,212. وفقًا لذلك ، يتم تنظيم KLF2 في البطانة الكبيبية استجابةً لإجهاد القص في المختبر ، حيث يعزز النمط الظاهري المضاد للتخثر والمضاد للالتهابات ويؤدي إلى انخفاض يعتمد على البطانة في مقاومة حاجز الخلايا البادئة ، وهو مطلوب لوظيفة الترشيح المناسبة. أدى تنظيم gREC KLF2 الثانوي إلى فرط الترشيح الكبيبي إلى منح الحماية ضد اختلال وظائف EC وتخفيف تقدم CKD في نموذج استئصال الكلية أحادي الجانب. على العكس من ذلك ، أدى فقدان البطانة KLF2 إلى تفاقم تضخم الكبيبات والبيلة البروتينية في نموذج من الستربتوزوتوسين الناجم عن الستربتوزوتوسين.مريض بالسكرالكلىمرض²¹¹. البطانية KLF4 هي أيضًا مادة واقية من الكلى في AKI213. تفاقم الخسارة الخاصة بـ EC لـ KLF4 إصابة الكلى المتفاقمة في نموذج AKI الإقفاري من خلال تعزيز اكتساب EC لنمط ظاهري مؤيد للالتهابات²¹³. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن KLF2 و KLF4 لهما أدوار خاصة بالسياق في البطانة. على سبيل المثال ، يمكنهم تعزيز تنشيط ECs وتشكيل الآفات التي تؤدي إلى تشوهات كهفية دماغية في التطور^214,215.

يقلل التعرض لإجهاد القص الصفحي من امتصاص الجلوكوز²¹⁶ويحفز التكوين الحيوي للميتوكوندريا في ECs^217–219. ينظم تنشيط KLF2 التعبير عن PFKFB3 جنبًا إلى جنب مع جينات حال السكر الأخرى مثل HK2 (الذي يشفر hexokinase 2) و PFK1 (الذي يشفر phosphofructokinase 1 (PFK1)) ، مما يؤدي إلى انخفاض في تحلل الجلوكوز إلى مسار التخليق الحيوي لحمض الغلوكورونيك والهكسوزامين لتخليق UDP-GlcUA و UDP-GlcNAc ، على التوالي ، وهما الركائز المحددة لمركب الهيالورونان سينثيز (HAS2)^{133,220–222}. يحفز KLF2 أيضًا التعبير عن HAS2 وانتقال غشاءه وما يترتب على ذلك من تخليق مكون glycocalyx hyaluronan^133,222. وهكذا ، تعرض الموصلات الكهروضوئية المعرضة للتدفق الصفحي كاليكس أكثر سمكًا بكثير من الموصلات الكهربية المعرضة لتدفق مضطرب (الشكل 5 د ، هـ). حذف Has2 الخاص بالمفوضية الأوروبية له تأثيرات عميقة علىالكلى، بما في ذلك ضعف بنية glycocalyx من gRECs الشعرية ، وتعطل الحواف الكبيبية البطانية 40 ، بيلة الألبومين التي تشير إلى خلل في حاجز الترشيح ، واضطراب تأشير angiopoietin 1 المعتمد على glycocalyx ، وهياكل podocyte غير طبيعية نتيجة لتقلص الخلايا الكبيبية غير الطبيعية خلرة الشعيرات الدموية وتصلب الكبيبات⁴⁰.

يتم أيضًا زيادة تنفس الميتوكوندريا وتوليد ATP في ECs تحت تدفق أحادي الاتجاه مقارنةً بتلك المعرضة لتدفق مضطرب. يمنع الحصار المفروض على توليد ATP في الميتوكوندريا إطلاق ATP الناجم عن إجهاد القص بينما ، على النقيض من ذلك ، لا يكون لتثبيط تحلل السكر أي تأثير ، مما يشير إلى أن تنفس الميتوكوندريا EC مطلوب لتنشيط مستقبلات البيورينجيك ، والذي بدوره يستحث تعبير KLF2 استجابة لإجهاد القص^203,218,224. علاوة على ذلك ، يتم تنظيم التكوين الحيوي للميتوكوندريا استجابة لإجهاد القص ، بسبب تنشيط سلسلة إشارات SIRT1 - PGC1a - TFAM ، في حين أن التعبير عن الجينات المضادة للأكسدة ، مثل أكسيجيناز الدم 1 وجلوتاريدوكسين 1 ، يزداد لحماية ECs من ROS225226 (الشكل 5 د). أدى تثبيط سلسلة نقل الإلكترون في ECs المعرضة للتدفق الصفحي إلى التهاب EC ، مما يشير إلى أن تنفس الميتوكوندريا يمنع تنشيط EC²²³. في الالكلى، قد يؤدي تنشيط مستقبل 5- HT1F لتحفيز التكوين الحيوي للميتوكوندريا في المجموعات الاقتصادية الإقليمية إلى تقليل خلخلة الأوعية الدموية وتعزيز التعافي من الإصابة كما هو موضح في نموذج AKI227.

يحث KLF4 أيضًا على زيادة تنظيم الكوليسترول -25- هيدروكسيلاز (CH25H) ومستقبلات الكبد X عند التعرض لإجهاد القص النابض لتصلب الشرايين²²⁸. يحفز CH25H إنتاج 25- hydroxycholesterol ، والذي يمنع تنشيط البروتين الرابط لعنصر الستيرول التنظيمي 2 (SREBP2) ، وهو وسيط مهم في استجابة المجموعة الأوروبية لاضطراب تدفق الدم (انظر أدناه) 229،230. ومن ثم ، فإن تعديل تعبير KLF2 و KLF4 وتنشيطه عن طريق إجهاد القص الصفحي وما يترتب على ذلك من استجابات التمثيل الغذائي قد يكون له دور حاسم في الحفاظ على هدوء REC والترشيح الكبيبي (الشكل 5 د).

آثار اضطراب تدفق الدم على ECs.يتم تنشيط ECs المعرضة لتدفق الدم المضطرب كما هو الحال في التشعب الشرياني أو الانحناءات ويظهر النمط الظاهري المؤيد للالتهابات والتصلب العصيدي (الشكل 5 هـ). وبالتالي ، فإن تنشيط مجموعات الشرايين الشريانية والواردة الموجودة في مناطق تصلب الشرايين قد تعزز تطور تضيق الشريان الكلوي الناتج عن تصلب الشرايين.

يتم قمع تعبير KLF4 عن طريق تدفق الدم المضطرب ، مع زيادة المثيلة في منطقة المروج KLF4 التي تمنع ربط MEF2 ونسخ KLF4 اللاحق²³². علاوة على ذلك ، فإن microRNA (miR) -92 أ ، الذي يتم استحداثه في مناطق atheroprone استجابةً لإجهاد القص المنخفض ، يقمع التعبير البطاني لـ KLF2 و KLF4 و SIRT1 ، ويقلل من تنظيم فوسفاتيز حامض الفوسفاتيد من النوع 2B (PPAP2B) 216.233.234. في ظل ظروف إجهاد القص الصفحي العادي ، ينفصل PPAP2B عن حامض الليزوفوسفاتيدك المنتشر (LPA) ، مما يمنع ارتباطه بمستقبل LPAR1 ، والذي يحفز الإشارات المؤيدة للالتهابات (الشكل 5 هـ). يؤدي الفقد البطاني لـ PPAP2B إلى تفاقم الالتهاب الموضعي والجهازي المرتبط بزيادة نفاذية البطانة. تشارك إشارات LPA فيالكلىالمرض من خلال تحريض ROS ، السيتوكينات الالتهابية والتليف 236

يؤدي التعرض البطاني لإجهاد القص المنخفض والتدفق المضطرب إلى التعبير عن الإنزيمات المحللة للسكر وعن بيروفات ديهيدروجينيز كيناز 1 (PDK1) ، وبالتالي فصل تحلل السكر عن استقلاب الميتوكوندريا وتقليل تنفس الميتوكوندريا في ECs^223,237(الشكل 5 هـ). ميكانيكيًا ، يؤدي التدفق المضطرب إلى إنتاج NAD (P) H أوكسيديز 4 (NOX4) المشتق من ROS وينشط NF-B ، مما يؤدي إلى تنظيم وتثبيت HIF1 عن طريق منع تدهوره^223,237. تم ربط تنشيط مسار NF- B بنشاط الهيباريناز وما يترتب على ذلك من تدهور جليكوكاليكس^238.تمشيا مع هذه النتائج ، يتم قمع تنشيط NF-B عن طريق إجهاد القص المزمن في البطانة الكبيبية. تنشيط HIF1 استجابة للتدفق المضطرب يعزز انتشار EC الشرياني والتعبير عن علامات الالتهاب ، في حين أن تثبيط تحلل السكر يمنع هذه الاستجابات. علاوة على ذلك ، فإن تنشيط الفسفرة المؤكسدة للميتوكوندريا يمنع النمط الظاهري المؤيد للالتهابات الناجم عن التدفق المضطرب في الشرايين ECs²²³.

تؤدي الاضطرابات في إجهاد القص المنخفض أيضًا إلى تنشيط عوامل النسخ المؤيدة للالتهابات YAP و TAZ ، بينما يثبط إجهاد القص الصفحي هذه العوامل بطريقة تعتمد على الإنتجرين.^240,241. تنشيط YAP و TAZ يعدل استقلاب EC عن طريق تحفيز تحلل السكر ونشاط الميتوكوندريا بطريقة تعتمد على MYC²⁴²، ومن خلال تنظيم تحلل الجلوتامين²⁴³. على العكس من ذلك ، فإن إنزيم حال السكر PFK1 يحفز نشاط YAP و TAZ في حلقة ردود فعل إيجابية. YAP و TAZ هما المنظمان الميكانيكيان لمسار إشارات TGF -SMAD فيالكلى. لقد ثبت أنها تعزز التليف الكلوي في نموذج تجريبي لانسداد الحالب أحادي الجانب ، على الرغم من أن دور المجموعات الاقتصادية الإقليمية في هذه الاستجابة الليفية كنتيجة للانتقال البطاني إلى اللحمة المتوسطة لم يتم التحقيق فيه بشكل جيد^245,246

ومن المثير للاهتمام ، أن ECs المعرضة لتدفق الدم المضطرب تظهر أيضًا تنشيط SREBP2 ، الذي ينظم الجينات المشاركة في تخليق الكوليسترول بما في ذلك إنزيم يحد من معدل مسار الميفالونات HMG-CoA reductase (الشكل 5 هـ) ويقلل تدفق الكوليسترول^230,247، وزيادة مستوى الكولسترول داخل الخلايا في ECs^230,247. ومن المثير للاهتمام ، أن تثبيط اختزال HMG-CoA بواسطة الستاتينات يؤدي إلى زيادة بطانية في تعبير KLF2 ، ويقلل من الإشارات المؤيدة للالتهابات بواسطة NF-κB و HIF1 و YAP-TAZ ، مما يؤدي إلى استجابة تشبه EC للتدفق الصفحي^241,248,249. علاوة على ذلك ، يعزز تنشيط SREBP2 نسخ miR -92 ، وينظم التعبير عن NOX2 ، الذي يحفز إنتاج ROS ، ويزيد من التعبير عن الجسيم الملتهب NLRP3 ، مما يؤدي في النهاية إلى تعزيز الالتهاب البطاني وتصلب الشرايين. وبالتالي ، قد يكون SREBP2 أحد الدوافع الرئيسية في الاستجابة الشريانية الشريانية الكلوية والواردة للتدفق المضطرب.

استجابات REC للتغيرات في الأسمولية

الالكلىيمكن أن ينتج بولًا ذو أسمولية متفاوتة على نطاق واسع اعتمادًا على حالة الماء. يولد المضاعف المعاكس لحلقة Henle تدرج الأسمولية النخاعي الذي يكمن وراء آلية تركيز البول ويحدد الأسمولية النهائية للبول. باختصار ، فإن TALH - وهو جزء من الأنابيب غير منفذة للماء في الغالب - ينقل بشكل نشط كلوريد الصوديوم من المرشح إلى النسيج الخلالي النخاعي ، مما يؤدي إلى اختلاف الأسمولية 20 ملي أوسم / كغ H2O عبر التدفق التصاعدي والتنازلي²⁵⁰ (الشكل 6 أ). كاستجابة تناضحية ، يتم امتصاص الماء من خلال الطرف النازل الرقيق لهينلي (TDLH) ، وبالتالي زيادة الأسمولية للترشيح 250. مع تقدم هذا المرشح من TDLH إلى TALH ، فإن إعادة الامتصاص النشط لـ NaCl بواسطة TALH يعيد إنشاء 20 mOsm / kg H2O الفرق بين TALH و interstitium ، مما يزيد من الأسمولية الخلوية النخاعية. يؤدي تكاثر هذه الاختلافات الأسمولية الصغيرة بين تدفقات التيار المعاكس إلى تدرج الأسمولية القشري النخاعي الكبير (مضاعف التيار المعاكس)²⁵⁰. على مستوى الأوعية المستقيمة ، يحدث تدفق الماء الميسر بواسطة الأكوابورينات بالتوازي مع إعادة امتصاص اليوريا وكلوريد الصوديوم داخل DVR ، مدفوعًا بالاختلاف بين الأسمولية في الدم والأسمولية النخاعية ، مما يؤدي إلى زيادة الأسمولية في الدم نحو الحليمة²⁵⁰(الشكل 6 أ). على النقيض من ذلك ، فإن AVR عالي النقاوة يعيد امتصاص الماء النخاعي ويطلق كلوريد الصوديوم في النسيج الخلالي ، نظرًا لأن الدم القادم من الحليمة ذو أسمولية أعلى من النسيج الخلالي النخاعي²⁵⁰(الشكل 6 أ). يحافظ هذا التبادل المعاكس بين DVR و AVR على تدرج الأسمولية النخاعي الناتج عن نظام مضاعف التيار المعاكس (الشكل 6 أ). يتم الحفاظ على الأسمولية العالية في النخاع أيضًا من خلال قنوات التجميع ، والتي تقوم بتصدير اليوريا بنشاط داخل خلالي النخاع الداخلي مع تركيز البول وفقًا لتدرج الأسمولية النخاعية عبر النقل المائي الميسر من الأكوابورين. نتيجة لذلك ، تتعرض الخلايا النخاعية بما في ذلك mRECs لمستويات شديدة من فرط الأسمولية ، خاصة في ظل ظروف الجفاف حيث يمكن أن ترتفع الأسمولية إلى 1400mOsm / kg في البشر²⁵⁰(الشكل 6 أ). كما هو موضح أدناه ، تشير الأدلة المتاحة إلى أن mRECs قد تكيفت مع هذه الظروف القاسية من خلال تنشيط آليات الحماية وتطوير ملف تعريف أيضي محدد. من الجدير بالذكر أن المجموعات الأوروبية الأخرى (R) يمكن أن تتعرض لظروف فرط الأسمولية نتيجة لارتفاع السكر في الدم في سياق داء السكري²⁵¹.

تم التحقيق بشكل ضعيف في استجابة ECs لظروف فرط الأسمولية ، حيث تركز معظم الأبحاث في هذا المجال على الخلايا الظهارية الكلوية ، والتي يؤدي فيها فرط الأسمولية إلى توقف دورة الخلية ، وإنتاج ROS ، وتلف الحمض النووي²⁵². على وجه التحديد ، تتميز الاستجابة الظهارية لفرط الأسمولية بإعادة تنظيم أكتين الهيكل الخلوي عبر عملية تعتمد على الإنتغرينات وعائلة Rho لـ GTPases253 ​​، وتفعيل قنوات Na plus NHE4 (المرجع 254) ، NKCC1 ، و NKCC2 (المرجع 255) ) ، والتدفق الناتج من Na زائد أيونات للحفاظ على حجم الخلية. تؤدي هذه الاستجابات إلى التعبير عن بروتينات الصدمة الحرارية للحفاظ على الطي الصحيح للبروتينات وتفعيل عامل النسخ الحساس لفرط التسمم TonEBP (المعروف أيضًا باسم NFAT5) ؛ في ظل ظروف فرط الأسمولية لفترات طويلة ، كما هو الحال في الحليمة ، تؤدي هذه الاستجابات في النهاية إلى تراكم الأسمولية العضوية الخاملة²⁵².

تشير الدلائل المستمدة من دراسة النسخ على الفئران المعرضة للحرمان من الماء إلى حدوث عملية مماثلة في البطانة النخاعية الكلوية 10 (الشكل 6 ب). تُظهر هذه mRECs زيادة التعبير عن الجينات المتعلقة بمسارات الفسفرة الحالة للجليكولتيك والأكسدة (الشكل 6 ب). علاوة على ذلك ، اقترحت تحليلات الترنسكريبتوم أن هذه الخلايا تشترك في عمليات إنزيمية ونقل للمساعدة في تراكم الأسمولات العضوية الخاملة - مثل مشتقات السكر ، والبوليولات (على وجه الخصوص ، السوربيتول ، المشتق من مسار البوليول و Myo-inositol ، الذي يمكنه يتم تناولها أو تصنيعها من وسيطة حال السكر) ، والأحماض الأمينية (على وجه الخصوص ، التورين) وربما الميثيلامين مثل البيتين والجليسروفوسفوكولين - لموازنة الأسمولية بين المقصورات داخل الخلايا وخارجها (الشكل 6 ب). عند الحرمان من الماء لفترة طويلة ، تقوم mREC أيضًا بتنظيم Na plus / K plus ATPase ، ويفترض أن تحد من Na بالإضافة إلى التراكم داخل الخلايا (الشكل 6 ب). في هذا الإعداد ، تمثل الفسفرة المؤكسدة ، التي تنتج 32 جزيء ATP لكل جزيء جلوكوز ، استراتيجية أكثر كفاءة من التحلل اللاهوائي ، الذي يطلق جزيئين فقط من ATP لكل جزيء جلوكوز ، للحفاظ على نشاط أعلى لـ Na plus / K بالإضافة إلى ATPase. علاوة على ذلك ، من المحتمل أن تنحرف بعض المواد الوسيطة لتحلل السكر التي تتراكم في ECs المعرضة لظروف فرط الأسمولية عن مصيرها حال السكر لدخول مسارات تخليق الأسمولية ، ولا سيما البوليولات ، والسوربيتول ، وميو-إينوزيتول¹⁰. معًا ، ستمكّن هذه التعديلات الأيضية لـ mRECs مع التغيرات في الأسمولية من بقائها في بيئات مفرطة الأسمولية وتمكنها من الاستمرار.الكلىوظيفة^10,256.

تكيف EC في توازن الأنسجة

يتم توجيه ECs عن طريق إشارات عامل النمو الوعائي من الخلايا الداعمة مثل الخلايا الظهارية والخلايا الظهارية والخلايا البودوسية. على العكس من ذلك ، تقوم البطانة بتوجيه الخلايا المجاورة لها مباشرة من خلال إشارات الأوتوكرين.

التعرض REC لعوامل الأوعية الدموية

على الرغم من أن ECs تعتبر هادئة في مرحلة البلوغ في ظل الظروف الفسيولوجية ، إلا أن أحد أكثر النتائج إثارة للاهتمام التي تم الحصول عليها من دراسات RNA-seq أحادية الخلية المتوفرة على المجموعات الاقتصادية الإقليمية هو وجود بعض ECs النموذجية المولدة للأوعية فيالكلىالقشرة والنخاع في فئران بالغة صحية 6،10. تتميز هذه المجموعات الاقتصادية الإقليمية ببرنامج جيني يشبه برنامج الأوعية المهاجرة المولدة للأوعية (المعروفة أيضًا باسم الخلايا الطرفية) (الشكل 7 أ). من المحتمل أن تكون هذه الخلايا معرضة لعوامل النمو الوعائية وقد تساهم في تجديد الأوعية الدموية في الأوعية الدموية للبالغين ، على الرغم من أن دورها لا يزال غير معروف. يمكن أن تنتج الخلايا داخل الكلى عوامل نمو الأوعية الدموية ، إما بطريقة تأسيسية (على سبيل المثال ، في حالة VEGFA المشتقة من الخلايا البودوسيتية) أو استجابة للتغيرات في الظروف البيئية المكروية مثل نقص الأكسجة أو الإجهاد التأكسدي أو إجهاد القص أو الالتهاب. تؤدي عوامل النمو الوعائية إلى تكوين الأوعية الدموية في الكبيبات والأنابيب أثناء ذلكالكلىالتطور في عملية تعتمد بشكل أساسي على التعاون في تكوين الأوعية النابتة والانغلافية (الشكل 7 أ ، ب). على سبيل المثال ، تدعم angiopoietins ومستقبلها البطاني المشابه Tie2 تكوين الأوعية اللمفية وهي ضرورية لتطوير AVR في أجنة الفئران ، وهي ضرورية لقدرة تركيز البول. تشوير VEGF مطلوب أيضًا للتطوير السليم للهندسة الكبيبية. على سبيل المثال ، يؤدي تحييد VEGF بوساطة الجسم المضاد في الفئران حديثي الولادة إلى إعاقة تكوين الأوعية في القشرة الكلوية السطحية والكبيبات ، وفي النهاية يضعف تطور النيفرون ، في حين أن حذف VEGFR2 بعد الولادة يؤدي إلى تلف البطانة الكبيبية. علاوة على ذلك ، فإن فقدان VEGFA المشتق من الخلايا الحجرية يمنع تكوين الأوعية الدموية الكبيبي ويؤدي إلى وفاة الفترة المحيطة بالولادة ، في حين أن فقدان الزيجوت المتغاير لـ Vegfa يؤدي إلى البطانة الكبيبية والبيلة البروتينية. لذلك فإن VEGF المشتق من Podocyte هو إشارة حاسمة لإنشاء البطانة الكبيبية والحفاظ عليها في غطاء الكبار. وبالمثل ، فإن VEGFA الأنبوبية المستمدة من الخلايا الظهارية ضرورية لتطوير وصيانة الشعيرات الدموية حول الأنبوب.⁵⁰.

كما هو الحال مع التنشيط البطاني في التنشيط المناعي ، قد تصبح الاستجابة الفسيولوجية للمجموعات الإقليمية الإقليمية للإشارات المولدة للأوعية غير منظمة في ظروف المرض²⁵⁹. على سبيل المثال ، لوحظ تكوين الأوعية غير المنتظم في حالة الرفضالكلىخواص²⁶⁰. علاوة على ذلك ، فإن فقدان العوامل المولدة للأوعية ، بشكل رئيسي VEGF ، له دور في فقدان الشعيرات الدموية بعد AKI261 ؛ على العكس من ذلك ، يتحسن تنظيم VEGFالكلىوظيفة ، وإدارة VEGF يقلل من خلخلة الشعيرات الدموية في سياق إصابة نقص تروية ضخه^262,263. تشير الأدلة التجريبية والسريرية إلى أنه في مرض الكلى المزمن ، يكون التوازن بين العوامل المؤيدة لتولد الأوعية والعوامل المضادة لتكوين الأوعية الدموية مضطربًا^259,264. على الرغم من أن مرض الكلى المزمن يتميز بخلخلة الشعيرات الدموية المحيطة بالنبيبات ، مما يعززالكلىيمنع نقص الأكسجة إعادة تمايز الأنابيب المتجددة ، ومن المحتمل أن يكون مرتبطًا بالانتقال البطاني إلى اللحمة المتوسطة ، مما يساهم في التليف الكلوي ، وتؤيد الإشارات المسببة لتولد الأوعية في الخلايا الكهروضوئية الشعرية تعطيل حاجز الترشيح. على سبيل المثال ، تشير الدلائل المستمدة من النماذج الحيوانية إلى أنه في المراحل المبكرة من مرض الكلى السكري ، فإن البطانة الكبيبية والتركيبات الكهربية الموجودة بالقرب من الكبيبة تخضع لتكوين وعائي غير طبيعي بوساطة VEGF. الحصار المفروض على تكوين الأوعية الدموية في هذه النماذج يحسن وظائف الكلى²⁶⁵.

في حين لا يُعرف الكثير عن نمو الأوعية الانغلافية ، فقد تم تمييز تكوين الأوعية الدموية بشكل مكثف 1. يتم تنظيم عملية الإنبات من خلال تنشيط مستقبلات سطح EC ومسارات إشارات المصب بواسطة عوامل النمو الوعائية ، وظهور نمطين أساسيين لتكوين الأوعية ECs - تكاثر ECs (المعروف أيضًا باسم خلايا الساق) و ECs المهاجرة (المعروفة أيضًا باسم الخلايا الطرفية ؛ موصوفة بالتفصيل في مكان آخر^1,266,267). على مستوى التمثيل الغذائي ، لكل نوع من أنواع EC المولدة للأوعية احتياجات محددة (متطلبات الطاقة والكتلة الحيوية) ، وفقًا لأنماطها الظاهرية التكاثرية أو المهاجرة ، وتتكيف عملية التمثيل الغذائي وفقًا لذلك (الإطار 1). لا يزال يتعين تحديد ما إذا كانت المجموعات المولدة للأوعية الدموية ، التي تم تحديدها من خلال دراسات تسلسل الحمض النووي الريبي أحادية الخلية في الفئران البالغة السليمة ، تظهر نشاطًا ظاهريًا واستقلابيًا مشابهًا لنشاط الخلايا الطرفية. علاوة على ذلك ، فإن القدرة المحتملة لاستراتيجيات التمثيل الغذائي مثل مكملات التمثيل الغذائي لتعزيز تكوين الأوعية الدموية أو تكوين الأوعية اللمفاوية من أجلالكلىيتطلب الإصلاح والتجديد أيضًا مزيدًا من التحقيق.

إشارات الأوعية الدموية في الكلى

تقوم ECs أيضًا بإرشاد الخلايا المجاورة لها بشكل مباشر من خلال إطلاق عوامل النمو والسيتوكينات ، والتعبير عن جزيئات الالتصاق. في الالكلى، يؤسس الجهاز الوعائي مكانة تحافظ على تطوير وصيانةالكلىالهيكل والوظيفة 4،11. يتم تقديم الدليل المباشر على هذا المفهوم من خلال الدراسات التي أجريت على عضويات الكلى المستحثة متعددة القدرات المشتقة من الخلايا الجذعية ، والتي يمكن فيها تحفيز نضج الهياكل الكبيبية والأنبوبية عن طريق تعزيز الأوعية الدموية وتدفق الدم من خلال زرع العضو العضوي تحت كبسولة الكلى للفئران. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تمزق البطانة الكبيبية في الكلى الجنينية للفأر يمنع نضوج خلايا القدم ، ولا سيما اكتساب عمليات القدم والأغشية الشقّية⁴⁹. ومن المثير للاهتمام أن كل من الأوعية الدموية في الكلى النامية والبالغين تظهر اختلافات مكانية في التعبير عن عوامل الغدد الصماء. أثناء تطور الكبيبات ، يبدو أن بروتين ميتالوبروتيناز المصفوف 2 المشتق من EC ينظم تفاعل ECs مع خلايا بودوسيت للتجميع الكبيبي²⁷⁰، في حين أن التعبير عن PDGFB يحفز تجنيد خلايا ميسانجيل^271,272. تعبر البطانة الكبيبية النامية أيضًا عن جينات عامل النمو مثل Fgf1 و Vegfa ، و Notch ligand Dll4 ، والتوجيه العصبي Sema5a ، ومضاد Wnt Dkk2 (المراجع 4 ، 11) ؛ يتم إثراء Dkk2 أيضًا في gRECs الشريانية الواردة المرتبطة بـ JGA في مرحلة البلوغ. كما تعبر الشرايين والشرايين الكلوية النامية عن عوامل النمو ، بما في ذلك Pdgfb و Tgfb2 و Ltbp4 (المرجع 11) ؛ يظل التعبير عن Tgfb2 و Ltbp4 غنيًا في نفس مجموعات REC الفرعية في مرحلة البلوغ. اللافت للنظر أن نظام إشارات عامل النمو الشبيه بالأنسولين يُظهر منطقة واضحة داخل الشخص البالغالكلىالأوعية الدموية: يتم التعبير عن Igf1 بشكل رئيسي فيالكلىmedulla بواسطة RECs من AVR في الحليمة ، يعتبر Igfbp7 علامة واسعة لـ mRECs ، تم العثور على Igfbp4 في gRECs الشريانية الواردة ، يتم التعبير عن Igfbp3 في الغالب بواسطة cRECs حول الأنبوب الشعري و Igfbp5 المخصب في كل من الشعيرات القشرية و الكبيبية. تُظهر العديد من عوامل الغدد الصماء الأخرى أيضًا تعبيرًا غير متجانس بين الأنماط الظاهرية المختلفة للمفوضية الأوروبية في كلى الفئران البالغة. أدوارهم في صيانةالكلىالأنسجة والوظائف لا تزال قيد التحقيق.

تعد إشارات الأوعية الصماء ضرورية أيضًا لعمليات الإصلاح بعد إصابة الكلى. على سبيل المثال ، قد تساهم المجموعات الاقتصادية الإقليمية في التعافي الكلوي بعد القصور الكلوي الحاد من خلال تنظيم الاستجابات الالتهابية أو توفير إشارات مؤيدة للتولد الأنبوبي²⁷³. في الزراعة المشتركة ، تحفز الخلايا الأنبوبية القريبة الكلوية المجموعات الاقتصادية الإقليمية للتعبير عن عدد من عوامل الأوعية الصماء ، بما في ذلك عامل نمو الأوعية الدموية (VEGF) ، و TGF ، ومضادها 2- الجلوبيولين الكبدي وعامل نمو الخلايا الكبدية ، والتي بدورها تعزز بقاء ، وتكاثر ، وتمايز النبيبات القريبة الخلايا 274. من المحتمل أن تحفز خلخلة الشعيرات الدموية عمليات "الإصابات المزمنة - الإصلاح غير المنظم" ، والتي تؤدي إلى ضعف تجديد الظهارة ، وفقدان النيفرون ، والإشارات المؤيدة للالتهابات والتليفية ، ربما بسبب عدم كفاية إشارات الأوعية الصماء. دعمًا لهذه الفرضية ، هناك دليل يثبت أن مستخلصات الخلايا البطانية السلفية تمتلك نشاطًا واقيًا للكلية في النماذج الحيوانية لـ AKI عن طريق منع فقدان الشعيرات الدموية وتقليل التليف ، مع عوامل الغدد الصماء مثل العامل المثبط لسرطان الدم الذي يمنع وعكس انتقال الخلايا الليفية إلى الأرومة الليفية العضلية²⁷⁵.

هناك ما يبرر إجراء مزيد من التحقيق في البيئات الدقيقة الفسيولوجية والمرضية التي تشكل ملامح الغدد الصماء للمجموعات الاقتصادية الإقليمية. علاوة على ذلك ، لا يزال يتعين تحديد الآليات التي ترتبط بها عمليات التمثيل الغذائي REC مع هذه البصمات الغدد الصماء المتميزة. ومن المثير للاهتمام ، أن دراسة أجريت عام 2020 وصفت اتصال مستقلب الغدد الصماء في تجديد العضلات بعد نقص التروية. أوضحت تلك الدراسة أن اللاكتات المشتقة من EC تحث الضامة على تبني نمط ظاهري مؤيد للتجدد 2- مثل ، مما يثير التساؤل حول إمكانية حدوث آلية مماثلة فيالكلىلتعزيز التجدد بعد الإهانات الإقفارية²⁷⁶.

الاستنتاجات

لطالما اعتبر الجهاز الوعائي للثدييات قناة سلبية لتوصيل الأكسجين والعناصر الغذائية إلى الأعضاء المختلفة ، وكذلك لإزالة الفضلات ، حيث تعمل البطانة كحاجز دموي ونسيج. لم يعد هذا النموذج صالحًا لأن الأبحاث المكثفة في مجال الأوعية الدموية كشفت عن دور نشط للبطانة ليس فقط في تنظيم الفازوتون والالتهابات ، ولكن أيضًا في نضج الأعضاء من خلال إنتاج وسطاء الغدد الصماء والمناعة ووظيفة الأعضاء. تتضح أهمية ECs لهذه العمليات من حقيقة أن كل عضو يستفيد من بطانة فريدة من نوعها ، مصممة خصيصًا لاحتياجاته الخاصة ، وتتشكل بواسطة البيئة الدقيقة الخلوية وغير الخلوية.

البطانة فيالكلىفريد لهذا العضو ويعرض عدم تجانس واسع للحفاظ على الأنشطة المتعددة للكلية في توازن السوائل وضغط الدم. الأهم من ذلك ، أن الخلل الوظيفي في REC لا يرتبط فقط بأمراض الكلى ولكن يمكن أن يؤدي إلى تطور المرض ، وتحديد بطانة الكلى كهدف علاجي ذي صلة. في العقد الماضي ، كشفت تحليلات مكثفة أن استقلاب الموصلات الكهربائية يتم تنظيمه بإحكام على المستويات الخلوية ودون الخلوية وأن أنماطًا مختلفة للمفوضية الأوروبية تعرض ملامح استقلابية فريدة. توفر مرونة استقلاب EC آلية لتنظيم السلوك الظاهري للمفوضية الأوروبية ، مما يمكّن المجموعات الأوروبية من الاستجابة بفعالية للتغيرات في بيئتها الدقيقة ، ولكنها توفر أيضًا فرصة محتملة للاستهداف العلاجي. على سبيل المثال ، يرتبط تثبيط PFKFB3 البطاني في الورم ECs بتدفق حال السكر الطبيعي وتحسين نضج الأوعية مع انخفاض تنشيط البطانة وتشديد الحاجز البطاني²⁷⁷. علاوة على ذلك ، فإن مكملات ECs مع سلائف acetyl-CoA ، خلات ، تعزز تكوين الأوعية (الليمفاوية) ، في المختبر وفي الجسم الحي^278–280. قد توفر الأنظمة الغذائية المحددة أيضًا طرقًا علاجية جديدة: أظهرت دراسة أجريت عام 2019 أن النظام الغذائي الكيتون يعزز تكوين الأوعية اللمفاوية عن طريق زيادة مجموعة الأسيتيل CoA في LECs ، وتقليل الوذمة اللمفاوية في نموذج حيواني.²⁸¹

وبالمثل ، فيالكلى، يُعتقد أن التباين الظاهري في المجموعات الاقتصادية الإقليمية مدفوعة بالتكيفات الأيضية مع الاحتياجات الخلوية والإشارات من البيئة الدقيقة في كل من الصحة والمرض. يعتبر الاستهداف الأيضي لضعف بطانة الأوعية الدموية ، وكذلك تكوين الأوعية الدموية وتكوين الأوعية اللمفاوية ، من الاستراتيجيات المحتملة لتحسين وظائف الكلى في سياق أمراض الكلى. تم اقتراح عضيات الكلى كنهج تجديدي لتحل محلهاالكلىوظيفتها ولكن افتقارها إلى الأوعية الدموية المتطورة هو قيد رئيسي^282–284. استراتيجيات (بما في ذلك استراتيجيات التمثيل الغذائي) لتحفيزالكلىقد يؤدي تكوين الأوعية الدموية العضوي وتعزيز نضج المفوضية الأوروبية إلى تعزيز نضوج هذه العضيات وتسهيل استخدامها العلاجي في نهاية المطاف²⁶⁹. على الرغم من الحاجة إلى مزيد من التحقيق في خصائص البطانة الكلوية ، فإن الأدلة المتاحة تدعم دورًا رئيسيًا لهذه الخلايا فيالكلىالعمليات الفسيولوجية وتشير إلى أن الاستهداف (الأيضي) للمجموعات الاقتصادية الإقليمية يمكن أن يكون استراتيجية مفيدة للغاية لتعزيز الانتعاش الكلوي وتجديده.

1. Carmeliet، P. & Jain، RK الآليات الجزيئية والتطبيقات السريرية لتكوين الأوعية. Nature 473 ، 298-307 (2011).

2. Wong، BW، Zecchin، A.، Garcia-Caballero، M. & Carmeliet، P. المفاهيم الناشئة في الأوعية اللمفاوية الخاصة بالأعضاء والتنظيم الأيضي للتطور اللمفاوي. ديف. الخلية 45 ، 289-301 (2018).

3. Marcu، R. et al. عدم تجانس الخلايا البطانية الخاصة بالأعضاء البشرية. آي ساينس 4 ، 20–35 (2018).

4. نولان ، دي جي وآخرون. التواقيع الجزيئية لعدم تجانس الخلايا البطانية الوعائية الدقيقة الخاصة بالأنسجة في صيانة الأعضاء وتجديدها. ديف. الخلية 26 ، 204-219 (2013).

5. Augustin، HG & Koh، GY الأوعية الدموية العضوية: من التغايرية الوصفية إلى الفيزيولوجيا المرضية الوظيفية. العلوم 357 ، eaal2379 (2017).

6. Kalucka، J. et al. أطلس النسخ أحادي الخلية للخلايا البطانية الفأرية. الخلية 180 ، 764–779.e20 (2020).

7. هرتسلينجر ، د. وهورتادو ، ر. نمذجة السرير الوعائي الكلوي. سيمين. تطوير الخلية. بيول. 36 ، 50-56 (2014).

8. Jourde-Chiche، N. et al. هيكل ووظيفة البطانة في صحة الكلى وأمراضها. نات. القس نفرول. 15 ، 87-108 (2019).

9. Molema، G. & Aird، WC عدم تجانس الأوعية الدموية في الكلى. سيمين. نفرول. 32 ، 145-155 (2012).

10. دوماس ، إس جيه وآخرون. يكشف تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية عدم تجانس البطانة الكلوية والتكيف الأيضي مع الحرمان من الماء. جيه. شركة نفرول. 31 ، 118-138 (2020).

11. باري ، DM وآخرون. المحددات الجزيئية لتخصص الأوعية الدموية في الكلية. نات. كومون. 10 ، 5705 (2019).

12. جانغ ، سي وآخرون. تبادل المستقلبات بين أعضاء الثدييات المحددة كميا في الخنازير. ميتاب الخلية. 30 ، 594-606.e3 (2019).

13. Wong، BW، Marsch، E.، Treps، L.، Baes، M. & Carmeliet، P. استقلاب الخلايا البطانية في الصحة والمرض: تأثير نقص الأكسجة. EMBO J. 36 ، 2187-2203 (2017).

14. Makris، K. & Spanou، L. إصابة الكلى الحادة: التعريف ، الفيزيولوجيا المرضية والأنماط الظاهرية السريرية. كلين. بيوتشيم. القس 37 ، 85-98 (2016).

15. ليفي ، أس وآخرون. تعريف وتصنيف أمراض الكلى المزمنة: بيان موقف من أمراض الكلى: تحسين النتائج العالمية (KDIGO). الكلى Int. 67 ، 2089-2100 (2005).

16. فيرما ، إس كي وموليتوريس ، بكالوريوس إصابة البطانة الكلوية واختلال الأوعية الدموية الدقيقة في إصابة الكلى الحادة. سيمين. نفرول. 35 ، 96-107 (2015).

17. Goligorsky ، مرض التصلب العصبي المتعدد من خلل الخلايا البطانية في أمراض الكلى المزمنة: بأثر رجعي وما قد يحمله المستقبل. Res الكلى. كلين. الممارسة. 34 ، 76-82 (2015).

18. Rosivall، L. & Peti-Peterdi، J. عدم تجانس الشرين الوارد - الارتباطات بين التشكل والوظيفة. نفرول. يتصل. زرع. 21 ، 2703-2707 (2006).

19. Guerci ، P. ، Ergin ، B. & Ince ، C. الدوران الكلي والدقيق في الكلى. أفضل الممارسات. الدقة. كلين. أنيسثيسيول. 31 ، 315-329 (2017).

20. Wang، K. & Kestenbaum، B. التطهير الإفرازي الأنبوبي الداني: شريك مهمل لوظيفة الكلى. كلين. جيه. شركة نفرول. 13 ، 1291-1296 (2018).