חלק 2 גיוון פנוטיפי והתמחות מטבולית של תאי אנדותל כליות

איש קשר: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 דוא"ל:audrey.hu@wecistanche.com

סבסטיאן ג'יי דיומא^1,6, אלדה מטה^1,6,מילה בורי^1,6, יונגלון לו ^2,3, שורי לי⁴, טון ג'יי ראבלינק⁵ופיטר כרמלית^1,4

לחץ כאן לחלק 1

נקודות מפתח

• האנדותל שונה בין איברים שונים, כנראה כדי לתמוך בתפקודי איברים שונים.

• פנוטיפים מרובים של תאי אנדותל מתקיימים במקביל בתוך הגלומרולי הכלייתי, הקורטקס והמדולה; אלה מתפקדים לתמוך בסינון גלומרולרי, בספיגה מחדש והפרשה של יונים ומטבוליטים, וריכוז השתן.

• המיקרו-סביבות המקומיות השונות ב-כִּליָהלעצב את ההטרוגניות המולקולרית והמטבולית של האנדותל הכלייתי; לעומת זאת, גורמים אנדוקריניים שמקורם בתאי אנדותל מחזקים את הנישות של שונותכִּליָהמיקרו-סביבות.

• ניתן לשנות את חילוף החומרים של תאי אנדותל כליות בהקשר שלכִּליָהפציעהומחלות, בין היתר כתוצאה משינויים במיקרו-סביבה.

• הבנה רבה יותר של המגוון הפנוטיפי והתמחות מטבולית של תאי אנדותל כליה עשויים לסייע בזיהוי מטרות חדשות לטיפול ב-כִּליָהמחלותוכִּליָההִתחַדְשׁוּת.

Cistanche tubulosa מונע מחלת כליות, לחץ כאן כדי לקבל את הדגימה

תגובות REC לשינויים במתח הגזירה ECs חשופות כל הזמן לכוח של מתיחה המושרה על ידי פעימות זרימת הדם וכוח חיכוך במקביל לדופן כלי הדם, מתח הגזירה הנוזל.¹⁹⁵. תאים אלו מצוידים לחוש את הכוחות הללו ולהמיר אותם לאותות ביוכימיים שיכולים להשפיע על הומאוסטזיס של כלי הדם על ידי ויסות טונוס כלי הדם ועיצוב EC מחדש, המתאים את זרימת הדם כדי לעמוד בדרישות הרקמה195. מעניין לציין כי ECs מחלקים שונים של מיטת כלי הדם נחשפים לסוגי זרימה ספציפיים ומגיבים בהתאם195 (איור 5א). בעורקים ובעורקים, זרימת הדם דופקת מאוד, בעוד שבנימים היא בגודל דומה אך פחות פועמת, ובוורידים ובוורידים זרימת הדם נמוכה בערך פי שלושה עד פי עשרה והדופק מינימלי195. בתוך הכִּליָה, the vasculature of the cortex receives >94 אחוז מזרימת הדם הכלייתית¹⁹⁶מה שמציע כי כלי הדם המדולרי חשוף לסביבת מתח גזירה נמוכה יחסית. לעומת זאת, gRECs חשופים לסביבת מתח גזירה גבוהה יחסית (ההערכה היא מ-1dyn/cm2 ועד ל-95dyn/cm2), כתוצאה מזרימת דם ולחץ גבוהים בשילוב עם צמיגות דם מוגברת כתוצאה מהסינון. process197 (איור 5ב). חשיפה של gREC ללחץ גזירה היא קריטית מכיוון שהיא מונעת הצטברות טסיות דם, בין השאר על ידי גרימת ההתפתחות הקונפורמטיבית של גורם הגליקופרוטאין פון וילברנד בדם (vWF) אשר מגבירה את רגישותו לפירוק על ידי המטאלפרוטאז ADAMTS13^198,199. חשיבותה של תופעה זו לבריאות ה-gREC מודגמת על ידי הפנוטיפ הפרו-טרומבוטי שנצפה בתסמונת המוליטית האוראמית הקשורה לרעלן Shiga. רעלן שיגה מקדם את הפרשת vWF על ידי gRECs ויצירת מולטימרים vWF גדולים במיוחד, עמידים לביקוע על ידי ADAMTS13 ומעוררים מיקרואנגיופתיה טרומבוטית בגלומרוליכִּליָהmicrovasculature200, המוביל בסופו של דבר ל-AKI. בפורפורה טרומבוציטופנית תרומבוטית, פעילות נמוכה של ADAMTS13 מביאה לתוצאה דומה¹⁹⁹.

החשיבות של מתח גזירה מומחשת גם על ידי התפתחות של נגעים טרשת עורקים בעורקי הכליה, שעלולים לגרום להיצרות עורק הכליה - הגורם היחיד הגדול ביותר ליתר לחץ דם משני201,202. נגעים אלו מתפתחים באזורי אתרופרון בעורקים ובעורקים החשופים ללחץ גזירה למינרית נמוכה יותר מאשר אזורים אחרים, כגון אזורים של התפצלות עורקים, שבהם זרימת הדם בדרך כלל מופרעת201 (איור 5c).

השפעות של מתח גזירה למינרית על ECs.מתח גזירה למינרית גורם לוויסות מעלה של גורמי השעתוק Krüppel-like factor 2 (KLF2) ו-KLF4 ב-ECs, בחלקו באמצעות שחרור ATP והפעלה שלאחר מכן של קולטנים פורנרגיים P2X4203, ובחלקו באמצעות הפעלה של האיתות MEK5–ERK5–MEF2 נָתִיב^204,205(איור 5ד). בתוך הכִּליָה, Klf2 ו-Klf4 יחד עם גן המטרה KLF4, Thbd (המקודד לטרומבומודולין), דווחו כסמנים של gRECs שמקורם בעורקים הפושרים בעכברים בוגרים^10,11(איור 3ב). מיקומם של סמנים המגיבים לזרימה תואם את העובדה ש-RECs הממוקמים באתר היציאה המיידי של glomeruli חשופים ללחץ גזירה למינרית גבוהה, שעלול להיות קשור לצמיגות הדם הגבוהה של אזור זה. הוויסות וההפעלה של KLF2 מתווכים שקט EC, המאופיינת בעלייה בביטוי של VE-cadherin ו-catenin כדי לסייע בשמירה על מחסום כלי דם הדוק206, יישור ECs לכיוון הזרימה207, עיכוב דלקת ותחזוקה של פנוטיפ אנטי-אטוגני, וויסות עלייה של נוגדי חמצון וירידה בטונוס כלי הדם משנית לייצור האנדותל של NO ו-prostacyclins208-210 (איור 5ד). הפעלה של KLF2 ב-gRECs הגן עליהם מפני פציעה והתקדמות מחלה במודלים של בעלי חיים של CKD^211,212. בהתאם לכך, KLF2 מווסת באנדותל הגלומרולרי בתגובה ללחץ גזירה במבחנה, שם הוא מקדם פנוטיפ נוגד קרישה ואנטי דלקתי ומעורר ירידה תלויה באנדותל בעמידות מחסום פודוציטים, הנדרשת לתפקוד תקין של סינון204. וויסות העל של gREC KLF2 משני להיפרפילטרציה גלומרולרית העניק הגנה מפני תפקוד לקוי של EC והחליש את התקדמות CKD במודל של כריתת כליה חד צדדית212. לעומת זאת, אובדן של KLF2 אנדותל החמיר היפרטרופיה גלומרולרית ופרוטאינוריה במודל של סטרפטוזוטוצין.סוכרתיכִּליָהמַחֲלָה²¹¹. אנדותל KLF4 גם מגן מחדש ב-AKI213. אובדן ספציפי ל-EC של KLF4 החמיר את הפגיעה בכליות במודל של AKI איסכמי על ידי קידום רכישת EC של פנוטיפ פרו-דלקתי²¹³. עם זאת, ראוי לציין של- KLF2 ו- KLF4 יש תפקידים ספציפיים להקשר באנדותל214. לדוגמה, הם יכולים לקדם את ההפעלה של ECs והיווצרות של נגעים המובילים למומים במערות המוח בפיתוח^214,215.

חשיפה ללחץ גזירה למינרית מפחיתה את ספיגת הגלוקוז²¹⁶וממריץ ביוגנזה של מיטוכונדריה ב-ECs^217–219. הפעלת KLF2 מווסתת את הביטוי של PFKFB3 יחד עם זה של גנים גליקוליטים אחרים כגון HK2 (המקודד להקסוקינאז 2) ו-PFK1 (המקודד לפוספופרוקטוקינאז 1 (PFK1)), וכתוצאה מכך ירידה בגליקוליזה 216, והעברה מוקדמת של אינטרמדיה גליקולית זמינה. למסלול הביוסינתטי של hexosamine וחומצה גלוקורונית עבור סינתזת UDP-GlcUA ו-UDP-GlcNAc, בהתאמה, שהם המצעים המגבילים של היאלורונן סינתאז (HAS2)^{133,220–222}. KLF2 משרה גם את הביטוי והטרנסלוקציה של הממברנה של HAS2 וכתוצאה מכך לסינתזה של רכיב הגליקוקליקס היאלורונן^133,222. לפיכך, ECs שנחשפו לזרימה למינרית מציגים גליקוקליקס עבה הרבה יותר מאשר ECs שנחשפו לזרימה מופרעת133 (איור 5d,e). למחיקה ספציפית ל-EC של Has2 יש השפעות עמוקות עלכִּליָה, לרבות פגיעה במבנה הגליקוקאליקס של gRECs נימיים, הפרעה של פנסטרציות האנדותל הגלומרולריות40, אלבומינוריה המעידה על תפקוד לקוי של מחסום הסינון, הפרעה באיתות אנגיופואטין 1 תלוי גליקוקליקס, ומבנים לא תקינים של פודוקציטים כתוצאה מ-ECC-cross-Cross-Crossing לא תקינים. נידחות נימים וגלומרולוסקלרוזיס⁴⁰.

נשימה מיטוכונדריאלית ויצירת ATP מוגברים גם ב-ECs בזרימה חד-כיוונית בהשוואה לאלה החשופים לזרימה מופרעת223,224. חסימה של יצירת ATP המיטוכונדריאלי מעכבת שחרור ATP המושרה במתח גזירה, בעוד שלעומת הגליקוליזה אין השפעה, מה שמרמז על כך שנדרשת נשימה מיטוכונדריאלית EC להפעלת קולטן פורינרגי, אשר בתורו גורם לביטוי KLF2 בתגובה ללחץ גזירה.^203,218,224. יתר על כן, ביוגנזה של המיטוכונדריה מווסתת מוגברת בתגובה ללחץ גזירה, עקב הפעלה של מפל איתות SIRT1-PGC1a- TFAM217,219, בעוד שהביטוי של גנים נוגדי חמצון, כגון hem oxygenase 1 ו- glutaredoxin 1, מוגבר כדי להגן על ECs מפני ROS225,226 (איור 5ד). עיכוב שרשרת העברת האלקטרונים ב-ECs שנחשפו לזרימה למינרית הביא לדלקת EC, מה שמצביע על כך שהנשימה המיטוכונדריאלית מונעת הפעלת EC²²³. בתוך הכִּליָה, הפעלה של הקולטן 5-HT1F כדי לעורר ביוגנזה של המיטוכונדריה ב-RECs עשויה להפחית את הנדירות של כלי הדם ולקדם התאוששות מפציעה כפי שהוכח במודל של AKI227.

KLF4 גם גורם לוויסות עלייה של כולסטרול-25- הידרוקסילאז (CH25H) וקולטן לכבד X בחשיפה ללחץ גזירה פועם נגד עורקים²²⁸. CH25H מזרז את הייצור של 25-hydroxycholesterol, אשר מונע את ההפעלה של חלבון 2 (SREBP2) Regulatory element-binding סטרול, מתווך חשוב בתגובת ה-EC להפרעה בזרימת הדם (ראה להלן)229,230. לפיכך, אפנון של ביטוי והפעלה של KLF2 ו- KLF4 על ידי מתח גזירה למינרית והתגובות המטבוליות הנובעות מכך עשוי להיות בעל תפקיד קריטי בשמירה על שקט REC וסינון גלומרולרי (איור 5ד).

השפעות של זרימת דם מופרעת על ECs.ECs החשופים לזרימת דם מופרעת כמו בפיצול עורקים או בעקמומיות מופעלות ומציגות פנוטיפ פרו-דלקתי ואתרוגני231 (איור 5ה). לפיכך, ההפעלה של RECs arterial and aferent arteriolar הממוקמים באזורי אתרופרון כאלה עשויה לקדם התפתחות של היצרות עורקי כליות טרשת עורקים.

ביטוי KLF4 מדוכא על ידי זרימת דם מופרעת, עם מתילציה מוגברת של אזור פרומטור KLF4 מונעת קישור MEF2 ותעתוק KLF4 לאחר מכן²³². יתר על כן, מיקרו-RNA (miR)-92a, המושרה באזורי אתרופרון בתגובה ללחץ גזירה נמוך, מדכא את הביטוי האנדותלי של KLF2, KLF4 ו-SIRT1, ומוריד ויסות פוספטאז חומצה פוספטידית מסוג 2B (PPAP2B)216,233,234. בתנאים של מתח גזירה למינרית רגילה, PPAP2B דה-פוספורילאט חומצה lysophosphatidic במחזור (LPA), ומונע את הקישור שלה לקולטן LPAR1, אשר אחרת משרה איתות פרו-דלקתי233 (איור 5e). אובדן אנדותל של PPAP2B מוביל להחרפת דלקת מקומית ומערכתית הקשורה לעלייה בחדירות האנדותל235. איתות LPA מעורב בכִּליָהמחלה באמצעות השראת ROS, ציטוקינים דלקתיים ופיברוזיס236

חשיפה אנדותל ללחץ גזירה נמוך ולזרימה מופרעת גורמת לביטוי של אנזימים גליקוליטים ושל פירובאט דהידרוגנאז קינאז 1 (PDK1), ובכך מנתקת את הגליקוליזה ממטבוליזם המיטוכונדריאלי ומפחיתה את הנשימה המיטוכונדריאלית ב-ECs.^223,237(איור 5ה). מבחינה מכאנית, זרימה מופרעת גורמת לייצור של NAD(P)H אוקסידאז 4 (NOX4) נגזר ROS ומפעילה NF-κB, מה שמוביל לוויסות וייצוב של HIF1 על ידי מניעת הפירוק שלו^223,237. הפעלת מסלול NF-κB נקשרה לפעילות הפרינאז ובעקבות כך לפירוק גליקוקליקס^238.בהתאם לממצאים אלה, ההפעלה של NF-KB מודחקת על ידי מתח גזירה כרוני באנדותל הגלומרולרי239. הפעלת HIF1 בתגובה לזרימה מופרעת משפרת את התפשטות EC העורקים ואת ביטוים של סמנים דלקתיים, בעוד עיכוב של גליקוליזה מונע תגובות אלה223,237. יתר על כן, הפעלה של זרחן חמצוני מיטוכונדריאלי מונעת את הפנוטיפ הפרו-דלקתי המושרה על ידי זרימה מופרעת ב-ECs עורקים²²³.

הפרעות בלחץ גזירה נמוך מעוררות גם הפעלה של גורמי השעתוק הפרו-דלקתיים YAP ו-TAZ, בעוד שלחץ גזירה למינרית מעכב אותם באופן תלוי אינטגרין^240,241. הפעלה של YAP ו-TAZ מווסתת את חילוף החומרים של EC על ידי גירוי גליקוליזה ופעילות מיטוכונדריה באופן תלוי MYC²⁴², ועל ידי הגברת הוויסות של גלוטמינוליזה²⁴³. לעומת זאת, האנזים הגליקוליטי PFK1 ממריץ פעילות YAP ו-TAZ בלולאת משוב חיובי244. YAP ו-TAZ הם מכנו-regulators של מסלול האיתות TGF –SMAD ב-כִּליָה. הוכח כי הם מקדמים פיברוזיס בכליות במודל ניסיוני של חסימה חד צדדית בשופכה, אם כי תפקידם של RECs בתגובה פיברוטית זו כתוצאה ממעבר אנדותל-למזנכימלי נחקר בצורה גרועה.^245,246

מעניין לציין כי ECs שנחשפו לזרימת דם מופרעת מראים גם הפעלה של SREBP2, אשר מעלה ויסות של גנים המעורבים בסינתזה של כולסטרול, כולל האנזים המגביל את הקצב של מסלול ה-mevalonate HMG-CoA reductase (איור 5e) ומפחית את זרימת הכולסטרול.^230,247, הגדלת הרמה התוך תאית של כולסטרול ב-ECs^230,247. באופן מעניין, עיכוב של HMG-CoA רדוקטאז על ידי סטטינים גורם לעלייה אנדותל בביטוי KLF2, ומפחית איתות פרו-דלקתי על ידי NF-kB, HIF1 ו-YAP-TAZ, ובכך גורם לתגובה דמוית EC לזרימה למינרית.^241,248,249. יתר על כן, הפעלת SREBP2 מקדמת את השעתוק של miR-92a, מגבירה את הביטוי של NOX2, אשר גורם לייצור של ROS, ומגבירה את הביטוי של ה-NLRP3 inflammasome, ובסופו של דבר מעודדת דלקת אנדותל וטרשת עורקים216,230. לפיכך, SREBP2 עשוי להיות אחד המניעים המרכזיים בתגובת האנדותל העורקי הכלייתי והעורקי האפרנטי לזרימה מופרעת.

תגובות REC לשינויים באוסמולריות

הכליותיכול לייצר שתן בעל אוסמולריות משתנה מאוד בהתאם למצב הידרציה. מכפיל הזרם הנגדי של הלולאה של Henle יוצר שיפוע אוסמולריות מדולרי העומד בבסיס מנגנון ריכוז השתן וקובע את האוסמולריות הסופית של השתן. בקצרה, ה- TALH - מקטע צינוריות שברובו אטום למים - מעבירה באופן פעיל את NaCl מהתסנין אל האינטרסטיטיום המדולרי, ומבססת הפרש אוסמולליות של 20 mOsm/kg H2O על פני הזרימה העולה והיורדת.²⁵⁰ (איור 6א). כתגובה אוסמטית, מים נספגים מחדש דרך הגפה היורדת הדקה של Henle (TDLH), ובכך מגבירה את האוסמולריות של התסנן250. ככל שהמסנן הזה מתקדם מה- TDLH ל- TALH, ספיגה חוזרת אקטיבית של NaCl על-ידי ה- TALH מבססת מחדש את הפרש האוסמולליות של 20 mOsm/kg H2O בין ה- TALH ל-interstitium, ומגבירה עוד יותר את האוסמולריות של interstitium medullary250. הכפלה של הבדלי אוסמולאליות קטנים אלה בין זרימות זרם נגדי מובילה לשיפוע אוסמולאליות קורטיקומדולרי גדול (מכפיל זרם נגדי)²⁵⁰. ברמת vasa recta, זרימת מים בהקלה על ידי אקוופורינים מתרחשת במקביל לספיגה מחדש של אוריאה ו-NaCl בתוך ה-DVR, מונעת מההבדל בין האוסמולריות של הדם לאוסמולריות, וכתוצאה מכך אוסמולריות דם מוגברת לכיוון הפפילה.²⁵⁰(איור 6א). לעומת זאת, ה-AVR המסוגר מאוד סופג מים מדולרי ומשחרר NaCl לתוך האינטרסטיטיום, מכיוון שהדם המגיע מהפפילה הוא בעל אוסמולריות גבוהה יותר מהאינטרסטיטיום המדולרי.²⁵⁰(איור 6א). חילופי זרם נגדי זה בין ה-DVR ל-AVR שומר על שיפוע האוסמולריות המדולרי שנוצר על ידי מערכת מכפיל הזרם הנגדי (איור 6א). האוסמולריות הגבוהה של המדולה מתקיימת גם על ידי צינורות האיסוף, אשר מייצאים באופן פעיל אוריאה בתוך האינטרסטיטיום המדולרי הפנימי תוך ריכוז שתן בהתאם לשיפוע האוסמולריות המדולרי באמצעות הובלת מים המונחה על ידי אקוופורין. כתוצאה מכך, תאים מדולריים, כולל mRECs, חשופים לרמות קיצוניות של היפר-אוסמולריות, במיוחד בתנאי התייבשות שבהם האוסמולאליות יכולה לעלות עד ל-1,400mOsm/kg בבני אדם.²⁵⁰(איור 6א). כפי שמתואר להלן, ראיות זמינות מצביעות על כך ש-mRECs הסתגלו לתנאים קיצוניים אלה על ידי הפעלת מנגנוני הגנה ופיתוח פרופיל מטבולי ספציפי10. יש לציין, (R)ECs אחרים יכולים להיחשף למצבים היפר-אוסמולריים כתוצאה מהיפרגליקמיה בהקשר של סוכרת.²⁵¹.

התגובה של ECs למצבים של היפר-אוסמולריות נחקרה בצורה גרועה, כאשר רוב המחקר בתחום זה מתמקד בתאי אפיתל כליות, שבהם היפר-אוסמולריות מעוררת עצירת מחזור התא, ייצור ROS ונזק ל-DNA.²⁵². באופן ספציפי, תגובת האפיתל להיפראוסמולריות מאופיינת על ידי ארגון מחדש של האקטין הציטושלד באמצעות תהליך התלוי באינטגרינים ובמשפחת Rho של GTPases253, הפעלה של תעלות Na plus NHE4 (ר' 254), NKCC1 ו-NKCC2 (ר' 255). ), והזרימה הנובעת של יוני Na פלוס לשמירה על נפח התא. תגובות אלו מעוררות ביטוי של חלבוני הלם חום כדי לשמור על קיפול נכון של חלבונים והפעלה של גורם התעתוק הרגיש להיפראוסמולריות TonEBP (הידוע גם כ-NFAT5); בתנאים של היפראוסמולריות ממושכת, כמו בפפילה, תגובות אלו מביאות בסופו של דבר להצטברות של אוסמוליטים אורגניים אינרטיים²⁵².

עדויות ממחקר טרנסקריפטום בעכברים שנחשפו למחסור במים מצביעות על כך שתהליך דומה מתרחש באנדותל הכליות המדולרי10 (איור 6b). mRECs אלה מדגימים ביטוי מוגבר של גנים הקשורים למסלולי זרחון גליקוליטי וחמצוני10 (איור 6b). יתרה מכך, ניתוחי תעתיקים העלו כי תאים אלו מבצעים תהליכים אנזימטיים ותחבורה כדי לסייע בהצטברות של אוסמוליטים אורגניים אינרטיים - כגון נגזרות הסוכר, פוליאולים (במיוחד, סורביטול, שמקורו במסלול הפוליול ומיו-אינוזיטול, שיכול להילקח או מסונתז מתוצרי ביניים גליקוליטיים), חומצות אמינו (במיוחד, טאורין) ואולי מתילאמינים כגון בטאין וגליצרופוספוכולין - כדי לאזן את האוסמולריות בין המדור התוך-תאי והחוץ-תאי10 (איור 6b). לאחר מניעת מים ממושכת, mRECs גם מגבירים את ה-Na פלוס /K פלוס ATPase, ככל הנראה כדי להגביל את הצטברות תוך-תאית של Na פלוס (איור 6b). במסגרת זו, זרחון חמצוני, המניב 32 מולקולות ATP לכל מולקולת גלוקוז, ייצג אסטרטגיה יעילה יותר מאשר גליקוליזה אנאירובית, המשחררת רק שתי מולקולות ATP לכל מולקולת גלוקוז, כדי לשמור על פעילות גבוהה יותר של Na פלוס /K פלוס ATPase. יתר על כן, חלק מתוצרי הביניים הגליקוליזה המצטברים ב-ECs החשופים לתנאים היפר-אוסמולריים עשויים לסטות מגורלם הגליקוליטי להיכנס למסלולי סינתזת אוסמוליטים, בפרט לפוליאולים, סורביטול ומיו-אינוזיטול.¹⁰. יחד, ההתאמות המטבוליות הללו של mRECs לשינויים באוסמולריות יאפשרו את הישרדותם בסביבות היפר-אוסמולריות קיצוניות ויאפשרו להם לקייםכִּליָהפוּנקצִיָה^10,256.

הסתגלות EC בהומאוסטזיס של רקמות

ECs מקבלים הוראה על ידי איתות של גורם גדילה אנגיוגני מתאי תמיכה כגון פריציטים, תאי אפיתל ופודוציטים. לעומת זאת, האנדותל מורה לתאים השכנים שלו ישירות באמצעות איתות אוטוקריני.

חשיפה ל-REC לגורמים אנגיוגניים

למרות ש-ECs נחשבים שקטים בבגרות בתנאים פיזיולוגיים, אחד הממצאים המסקרנים ביותר שהתקבלו ממחקרי RNA-seq חד-תאיים הזמינים על RECs הוא נוכחותם של כמה ECs אנגיוגניים טיפוסיים ב-כִּליָהקורטקס ומדוללה בעכברים בוגרים בריאים6,10. RECs אלה מאופיינים בתוכנית גנטית הדומה לזו של ECs נודדים אנגיוגניים (הידועים גם בתור תאי קצה) (איור 7a). תאים אלו חשופים כנראה לגורמי גדילה אנגיוגניים ועשויים לתרום להתחדשות כלי הדם בכלי הדם הבוגרים, אם כי תפקידם עדיין לא ידוע. תאים בתוך הכליה יכולים לייצר גורמי גדילה אנגיוגניים, או בצורה מכוננת (לדוגמה, במקרה של VEGFA שמקורו בפודוציטים) או בתגובה לשינויים בתנאים מיקרו-סביבתיים כגון היפוקסיה, עקה חמצונית, מתח גזירה או דלקת. גורמי גדילה אנגיוגניים מניעים את כלי הדם של הגלומרולי והצינוריות במהלךכִּליָההתפתחות בתהליך התלוי בעיקר בשיתוף פעולה של נביטה ואנגיוגנזה עיוורית257 (איור 7a,b). לדוגמה, אנגיופואטין והקולטן האנדותל המתאים שלהם Tie2 תומכים בלימפאנגיוגנזה והם קריטיים לפיתוח ה-AVR בעוברי עכברים, והם הכרחיים ליכולת ריכוז השתן30. איתות VEGF נדרש גם לפיתוח תקין של ארכיטקטורה גלומרולרית. לדוגמה, ניטרול מתווכת נוגדנים של VEGF בעכברים שזה עתה נולדו פוגע ביצירת כלי דם בקליפת הכליה השטחית ובגלומרולי, ובסופו של דבר פוגע בהתפתחות הנפרון258, בעוד שמחיקה לאחר לידה של VEGFR2 פוגעת באנדותל הגלומרולרי48. יתרה מכך, אובדן של VEGFA שמקורו בפודוציטים מונע וסקולריזציה גלומרולרית ומוביל למוות סביב הלידה, בעוד שאיבוד הטרוזיגוטי של Vegfa גורם לאנדותלינים גלומרולריים ולפרוטאינוריה49. VEGF שמקורו בפודוציטים הוא אפוא רמז קריטי לביסוס האנדותל הגלומרולרי ולשמירה עליו במכסה מבוגרים257. באופן דומה, VEGFA שמקורו בתאי אפיתל צינורי הכרחי לפיתוח ותחזוקה של נימים פריטובולריים.⁵⁰.

בדומה להפעלת אנדותל בהפעלה חיסונית, התגובה הפיזיולוגית של RECs לאיתות אנגיוגני עשויה להפוך לחוסר ויסות במצבי מחלה²⁵⁹. לדוגמה, אנגיוגנזה לא מווסתת נצפית אצל דחוייםכִּליָהאלוגרפטים²⁶⁰. יתרה מכך, אובדן גורמים אנגיוגניים, בעיקר VEGF, היה מעורב באובדן נימי לאחר AKI261; לעומת זאת, שיפור ויסות VEGF משתפרכִּליָהתפקוד, ומתן VEGF מפחית את הנזילות הנימים בהקשר של פציעת איסכמיה-פרפוזיה^262,263. עדויות ניסויות וקליניות מצביעות על כך שב-CKD, האיזון בין גורמים פרו-אנגיוגנים ואנטי-אנגיוגנים מופרע^259,264. למרות CKD מאופיין על ידי נדיר של נימים peritubular, אשר מקדםכִּליָההיפוקסיה, מונעת התמיינות מחדש של צינוריות מתחדשות, וסביר להניח שהיא קשורה למעבר אנדותל-למזנכימלי, התורם לפיברוזיס בכליות, איתות פרואנגיוגניים ב-gRECs נימיים מעדיף את השיבוש של מחסום הסינון259. לדוגמה, עדויות ממודלים של בעלי חיים מצביעות על כך שבשלבים מוקדמים של מחלת כליות סוכרתית, האנדותל הגלומרולרי וה-ECs שנמצאים בסביבת הגלומרולוס עוברים אנגיוגנזה לא תקינה בתיווך VEGF; חסימה של אנגיוגנזה במודלים אלה משפרת את תפקוד הכליות²⁶⁵.

בעוד שידוע מעט על גידול כלי דם בעלי עיכול, אנגיוגנזה של נביטה אופיינה באופן אינטנסיבי1. תהליך ההנבטה מתוזמר באמצעות הפעלה של קולטני EC פני השטח ומסלולי איתות במורד הזרם על ידי גורמי גדילה אנגיוגניים, והופעת שני פנוטיפים אנגיוגניים EC עיקריים - ECs מתרבים (הידועים גם כתאי גבעול) ו-ECs נודדים (הידועים גם בתור תאי קצה; מתואר בפירוט במקום אחר^1,266,267). ברמה המטבולית, לכל סוג EC אנגיוגני יש צרכים ספציפיים (דרישות אנרגטיות וביומסה), בהתאם לפנוטיפים ההתרבותיים או הנודדים שלו, והוא מתאים את חילוף החומרים שלהם בהתאם144 (תיבה 1). עדיין יש לקבוע אם RECs אנגיוגני, שזוהו על ידי מחקרי RNA-seq חד-תאיים בעכברים בוגרים בריאים, מציגים פעילות פנוטיפית ומטבולית דומה לזו של תאי קצה. יתר על כן, היכולת הפוטנציאלית של אסטרטגיות מטבוליות כגון תוספת מטבולית לקדם אנגיוגנזה או לימפאנגיוגנזה עבורכִּליָהתיקון והתחדשות דורשים גם חקירה נוספת.

איתות אנגיוקריני בכליה

ECs גם מורים ישירות לתאים השכנים שלהם באמצעות שחרור של גורמי גדילה וציטוקינים, וביטוי של מולקולות הידבקות268. בתוך הכִּליָה, כלי הדם מקימים נישה המקיימת את הפיתוח והתחזוקה שלכִּליָהמבנה ותפקוד4,11. הוכחה ישירה למושג זה מסופקת על ידי מחקרים על אורגנואידים בכליות שמקורם בתאי גזע פלוריפוטנטיים, שבהם ניתן לגרום להבשלה של מבנים גלומרולריים וצינוריים על ידי קידום כלי דם וזרימת דם באמצעות השתלה של האורגנואיד מתחת לקפסולת הכליה של עכברים269. בנוסף, הפרעה באנדותל הגלומרולרי בכליות העכברים העובריים מונעת הבשלת פודוציטים, בפרט, רכישת תהליכי כף הרגל ודיאפרגמות חריצים.⁴⁹. מעניין, גם כלי הדם המתפתחים והבוגרים של הכליה מדגימים הבדלים מרחביים בביטוי של גורמים אנדוקריניים. במהלך התפתחות הגלומרולוס, נראה כי מטריקס מטלופרוטאינאז 2 שמקורו ב-EC מווסת את האינטראקציה של ECs עם פודוציטים להרכבה גלומרולרית²⁷⁰, ואילו ביטוי של PDGFB מגרה את הגיוס של תאים mesangial^271,272. האנדותל הגלומרולרי המתפתח מבטא גם גנים של גורמי גדילה כגון Fgf1 ו-Vegfa, הליגנד Notch Dll4, סימן ההדרכה הנוירוני Sema5a והאנטגוניסט Wnt Dkk2 (refs4,11); Dkk2 מועשר גם ב-gREC של עורקים אפרנטיים הקשורים ל-JGA בבגרות10. העורקים והעורקים הכלייתיים המתפתחים מבטאים גם גורמי גדילה, כולל Pdgfb, Tgfb2 ו-Ltbp4 (ר' 11); ביטוי של Tgfb2 ו-Ltbp4 נשאר מועשר באותן תת-קבוצות REC בבגרות10. באופן מדהים, מערכת האיתות של גורמי גדילה דמוי אינסולין מראה איזון ברור בתוך המבוגרכִּליָהכלי דם: Igf1 מתבטא בעיקר ב-כִּליָהmedulla על ידי RECs של AVR בפפילה, Igfbp7 נחשב לסמן רחב של mRECs, Igfbp4 נמצא ב-gRECs arteriolar האפרנטי, Igfbp3 מתבטא בעיקר על ידי cRECs peritubular נימי ו-Igfbp5 מועשר הן בקרום הקורטיקלי והן בפריטבולרי 10 בקליפת המוח. גורמים אנדוקריניים מרובים אחרים מראים גם הם ביטוי הטרוגני בין הפנוטיפים השונים של EC בכליות עכברים בוגרים10. תפקידיהם בתחזוקה שלכִּליָהנותרו לחקור רקמות ותפקודים.

איתות אנגיוקריני הוא קריטי גם לתהליכי התיקון לאחר פגיעה בכליות. לדוגמה, RECs עשויים לתרום להתאוששות הכלייתית לאחר AKI על ידי ויסות תגובות דלקתיות או מתן אותות פרו-טובולוגניים²⁷³. בתרבויות משותפות, תאי אבוביות פרוקסימליות של הכליה ממריצים RECs לבטא מספר גורמים אנגיוקריניים, כולל VEGF, TGF, האנטגוניסט שלו 2-מקרוגלובולין וגורם גדילה של הפטוציטים, אשר בתורם מקדמים את ההישרדות, השגשוג וההתמיינות של הצינורית הפרוקסימלית. תאים274. סביר להניח שנדירות נימים גורמת לתהליכים של 'פציעה כרונית - תיקון לא מווסת', אשר מביאים לפגיעה בהתחדשות אפיתל, אובדן נפרון, ואותות פרו-דלקתיים ופיברוטיים, אולי בגלל לא מספיק אותות אנגיוקריניים273. לתמיכה בהשערה זו יש ראיות המדגימות שתמציות תאי אבות אנדותל הן בעלות פעילות הגנה מחדשת במודלים של בעלי חיים של AKI על ידי מניעת אובדן נימים והפחתת פיברוזיס, כאשר גורמים אנדוקריניים כגון גורם מעכב לוקמיה מונעים ומפנים את המעבר בין פיברובלסט למיופיברובלסט.²⁷⁵.

יש צורך בחקירה נוספת של המיקרו-סביבות הפיזיולוגיות והפתולוגיות המעצבות את הפרופילים האנדוקריניים של RECs. יתר על כן, המנגנונים שבאמצעותם תהליכים מטבוליים של REC קשורים זה לזה עם החתימות האנדוקריניות המובהקות הללו נותרו לקבוע. מעניין לציין שמחקר משנת 2020 תיאר תקשורת מטבוליטים אנדוקריניים בהתחדשות השרירים לאחר איסכמיה. מחקר זה הראה שלקטט שמקורו ב-EC משרה מקרופאגים לאמץ פנוטיפ פרו-רגנרטיבי דמוי M2-, מה שמעלה את השאלה האם מנגנון דומה עשוי להתרחש ב-כִּליָהלקדם התחדשות לאחר עלבונות איסכמיים²⁷⁶.

מסקנות

מערכת כלי הדם של היונקים נחשבה זה מכבר כצינור פסיבי לאספקת חמצן וחומרי מזון לאיברים השונים, כמו גם לפינוי פסולת, כאשר האנדותל משמש מחסום דם-רקמות. פרדיגמה זו אינה תקפה עוד שכן מחקר אינטנסיבי בתחום כלי הדם גילה תפקיד פעיל לאנדותל לא רק בוויסות הווזוטון והדלקת, אלא גם בהבשלת איברים באמצעות ייצור מתווכים אנדוקריניים, חסינות ותפקוד איברים. חשיבותם של ECs לתהליכים אלו מעידה על כך שכל איבר נהנה מאנדותל ייחודי, המותאם לצרכיו הספציפיים, ומעוצב על ידי המיקרו-סביבה התאית והלא תאית.

אנדותל בכִּליָההוא ייחודי לאיבר זה ומפגין הטרוגניות עצומה כדי לקיים את הפעילויות המרובות של הכליה בהומאוסטזיס של נוזלים ולחץ דם. חשוב לציין, תפקוד לקוי של REC אינו קשור רק למחלת כליות אלא יכול להניע את התקדמות המחלה, ולזהות את אנדותל הכליה כיעד טיפולי רלוונטי. בעשור האחרון, ניתוחים נרחבים גילו כי חילוף החומרים של ECs מווסת באופן הדוק ברמה התאית והתת-תאית וכי פנוטיפים שונים של EC מציגים פרופילים מטבוליים ייחודיים. הפלסטיות של חילוף החומרים של EC מספקת מנגנון לתזמורת התנהגות פנוטיפית של EC, המאפשרת ל-ECs להגיב באופן פעיל לשינויים במיקרו-סביבה שלהם, אך גם מספקת הזדמנות פוטנציאלית למיקוד טיפולי. לדוגמה, עיכוב של PFKFB3 אנדותל ב-ECs של גידול מנורמל את השטף הגליקוליטי והתבגרות כלי הדם משופרת קשורים לירידה בהפעלת האנדותל והידוק של מחסום האנדותל.²⁷⁷. יתר על כן, תוספת של ECs עם מבשר אצטיל-CoA, אצטט, מעודדת (לימפה)אנגיוגנזה, במבחנה ובאינבו^278–280. דיאטות ספציפיות עשויות להציע גם אפיקים טיפוליים חדשים: מחקר משנת 2019 הוכיח שתזונה קטוגנית מקדמת לימפאנגיוגנזה על ידי הגדלת מאגר האצטיל-CoA ב-LEC, והפחתת בצקת לימפה במודל של בעלי חיים²⁸¹

באופן דומה, ב-כִּליָה, ההטרוגניות הפנוטיפית של REC נחשבת מונעת על ידי התאמות מטבוליות לצרכים התאיים ולאותות מהמיקרו-סביבה הן בבריאות והן במחלות. מיקוד מטבולי של תפקוד לקוי של האנדותל, כמו גם אנגיוגנזה ולימפאנגיוגנזה, הם אסטרטגיות פוטנציאליות לשיפור תפקוד הכליות בהקשר של מחלת כליות. אורגנואידים בכליות הוצעו כגישה רגנרטיבית להחלפהכִּליָהפונקציה אך היעדר כלי הדם המפותחים שלהם הוא מגבלה מרכזית^282–284. אסטרטגיות (כולל אסטרטגיות מטבוליות) לגירויכִּליָהכלי דם אורגנואידים וקידום הבשלת EC עשויים לקדם את הבשלת האורגנואידים הללו ובסופו של דבר להקל על השימוש הטיפולי שלהם²⁶⁹. למרות הצורך בחקירה נוספת של הספציפיות של האנדותל הכלייתי, העדויות הזמינות תומכות בתפקיד מפתח עבור תאים אלה בכִּליָהתהליכים פיזיולוגיים ומציע כי מיקוד (מטבולי) של RECs יכול להיות אסטרטגיה מועילה ביותר לקידום התאוששות והתחדשות הכליות.

1. Carmeliet, P. & Jain, RK מנגנונים מולקולריים ויישומים קליניים של אנגיוגנזה. טבע 473, 298–307 (2011).

2. Wong, BW, Zecchin, A., Garcia-Caballero, M. & Carmeliet, P. מושגים מתעוררים בכלי לימפה ספציפיים לאיברים וויסות מטבולי של התפתחות הלימפה. Dev. תא 45, 289–301 (2018).

3. Marcu, R. et al. הטרוגניות של תאי אנדותל ספציפיים לאיבר אנושי. iScience 4, 20–35 (2018).

4. נולן, דיג'יי וחב'. חתימות מולקולריות של הטרוגניות של תאי אנדותל מיקרו-וסקולריים ספציפיים לרקמות בתחזוקת איברים והתחדשות. Dev. תא 26, 204–219 (2013).

5. Augustin, HG & Koh, GY כלי דם אורגנוטיפיים: מהטרוגניות תיאורית לפתופיזיולוגיה תפקודית. מדע 357, eaal2379 (2017).

6. Kalucka, J. et al. אטלס תעתיק תאי יחיד של תאי אנדותל עכברים. תא 180, 764–779.e20(2020).

7. Herzlinger, D. & Hurtado, R. Patterning the renal vascular bed. סמינר. Cell Dev. ביול. 36, 50–56 (2014).

8. Jourde-Chiche, N. et al. מבנה ותפקוד האנדותל בבריאות הכליות ובמחלות. נאט. הכומר נפרול. 15, 87–108 (2019).

9. Molema, G. & Aird, WC הטרוגניות כלי דם בכליה. סמינר. נפרול. 32, 145–155 (2012).

10. Dumas, SJ et al. ריצוף RNA חד-תא חושף הטרוגניות של האנדותל הכלייתי והסתגלות מטבולית למחסור במים. ריבה. Soc. נפרול. 31, 118–138 (2020).

11. Barry, DM et al. גורמים מולקולריים של התמחות כלי דם נפרוניים בכליה. נאט. Commun. 10, 5705 (2019).

12. Jang, C. et al. חילופי מטבוליטים בין איברי יונקים בכימות בחזירים. Cell Metab. 30, 594–606.e3 (2019).

13. Wong, BW, Marsch, E., Treps, L., Baes, M. & Carmeliet, P. מטבוליזם של תאי אנדותל בבריאות ומחלות: השפעת היפוקסיה. EMBO J. 36, 2187–2203(2017).

14. Makris, K. & Spanou, L. פגיעה חריפה בכליות: הגדרה, פתופיזיולוגיה ופנוטיפים קליניים. קלינ. Biochem. רפ' 37, 85–98 (2016).

15. Levey, AS et al. הגדרה וסיווג של מחלת כליות כרונית: הצהרת עמדה של מחלת כליות: שיפור תוצאות גלובליות (KDIGO). כליות אינט. 67, 2089–2100 (2005).

16. Verma, SK & Molitoris, BA פגיעה באנדותל הכלייתי והפרעה בתפקוד מיקרו-וסקולרי בפגיעה חריפה בכליות. סמינר. נפרול. 35, 96–107 (2015).

17. Goligorsky, MS פתוגנזה של תפקוד לקוי של תאי אנדותל במחלת כליות כרונית: רטרוספקטיבה ומה העתיד עשוי להיות. כליות ר. קלינ. תרגול. 34, 76–82 (2015).

18. Rosivall, L. & Peti-Peterdi, J. הטרוגניות של העורק האפרנטי-מתאמים בין מורפולוגיה ותפקוד. נפרול. חוּגָה. Transpl. 21, 2703–2707 (2006).

19. Guerci, P., Ergin, B. & Ince, C. המאקרו והמיקרו-סירקולציה של הכליה. השיטות הטובות ביותר. מילון קלינ. אנסטזיול. 31, 315–329 (2017).

20. Wang, K. & Kestenbaum, B. פינוי הפרשה פרוקסימלי צינורי: שותף מוזנח של תפקוד הכליות. קלינ. ריבה. Soc. נפרול. 13, 1291–1296 (2018).