Parte 1 Diversidad fenotípica y especialización metabólica de las células endoteliales renales

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Sébastien J. Dumas^1,6, Elda Meta^1,6, Mila Borri^1,6, Yonglun Luo ^2,3, Xuri Li⁴, Ton J. Rabelink⁵y Pedro Carmelieta^1,4

Cistanche tubulosa previene la enfermedad renal, haga clic aquí para obtener la muestra

Resumen |

La vida multicelular compleja en los mamíferos se basa en la cooperación funcional de diferentes órganos para la supervivencia de todo el organismo. losriñonesjuegan un papel fundamental en este proceso a través del mantenimiento del volumen de fluidos y la homeostasis de la composición, lo que permite que otros órganos cumplan con sus tareas. El endotelio renal exhibe rasgos fenotípicos y moleculares que lo distinguen del endotelio de otros órganos. Además, la vasculatura renal adulta comprende diversas poblaciones de células endoteliales (EC) en su mayoría quiescentes, pero no metabólicamente inactivas, que residen dentro del riñón.riñónglomérulos, corteza y médula. Cada una de estas poblaciones soporta funciones específicas, por ejemplo, en la filtración de plasma sanguíneo, la reabsorción y secreción de agua y solutos, y la concentración de orina. El perfil transcripcional de estas diversas poblaciones de EC sugiere que se han adaptado a las condiciones microambientales locales (hipoxia, estrés de cizallamiento, hiperosmolaridad), lo que les permite apoyar las funciones renales. La exposición de las CE a factores angiogénicos derivados del microambiente afecta su metabolismo y mantieneriñóndesarrollo y homeostasis, mientras que los factores endocrinos derivados de EC preservan nichos microambientales distintos. En el contexto de la enfermedad renal, las CE renales muestran alteración en su metabolismo y fenotipo en respuesta a cambios patológicos en el microambiente local, promoviendo aún más la disfunción renal. Comprender la diversidad y especialización de los CE renales podría proporcionar nuevas vías para el tratamiento de enfermedades renales yriñónregeneración.

El sistema vascular de los mamíferos consta de dos redes conectadas y muy ramificadas que impregnan todo el cuerpo, cada una con funciones específicas. El sistema vascular sanguíneo suministra oxígeno y nutrientes a los tejidos parenquimatosos y facilita la eliminación de desechos, la vigilancia inmunitaria y el tráfico de células inmunitarias, la coagulación y la producción de señales endocrinas para el mantenimiento y la regeneración de los tejidos1. Por el contrario, el sistema vascular linfático drena el líquido intersticial extravasado de los capilares sanguíneos permeables de vuelta a las venas y facilita el tráfico de células inmunitarias y el transporte de lípidos.². Todos los vasos sanguíneos están revestidos con células endoteliales sanguíneas (BEC, denominadas EC en lo sucesivo), mientras que las células endoteliales linfáticas (LEC) forman la capa más interna de los vasos linfáticos, y cada población apoya sus tareas específicas de vasculatura. Sin embargo, la heterogeneidad endotelial se extiende mucho más allá de las amplias diferencias entre el endotelio sanguíneo y linfático. En particular, las CE de diferentes órganos exhiben perfiles moleculares únicos que respaldan las funciones específicas del órgano.^3–6. losriñónbeneficiosde una vasculatura altamente especializada, que está estrechamente unida al sistema epitelial renal⁷. Específicamente, coexisten poblaciones fenotípicamente distintas de células endoteliales renales (REC) dentro de los tres compartimentos anatómicos y funcionales del riñón.riñón, los glomérulos, la corteza y la médula, donde apoyan tareas renales específicas8,9. Es importante destacar que los avances tecnológicos han permitido el estudio de la heterogeneidad de REC a nivel de una sola célula, proporcionando nuevos conocimientos sobre sus funciones especializadas en la salud y la enfermedad renal.^6,10,11.

losriñónes fundamental para el mantenimiento de la homeostasis del organismo, regulando el volumen y la composición de los fluidos corporales⁷. Los riñones reciben del 20 al 25 por ciento del gasto cardíaco y exhiben una arquitectura de vasos sanguíneos estereotipada. Esta arquitectura no solo permite el suministro de oxígeno y nutrientes alriñones, pero también permite la participación en la filtración del plasma sanguíneo, la reabsorción de iones y metabolitos del filtrado, la secreción de iones y metabolitos en la orina primaria y la concentración de orina^7,8. Estos procesos altamente orquestados permiten un ajuste fino del volumen de líquido extracelular, la presión arterial, la osmolalidad y la concentración de iones.^7,8. Los riñones también regulan los niveles de metabolitos circulantes, no solo mediante la excreción de desechos metabólicos, sino también mediante la liberación de glucosa (a través de la gluconeogénesis) y aminoácidos, por ejemplo.¹². Los órganos de los mamíferos intercambian continuamente metabolitos a través de la circulación, con un uso selectivo para apoyar sus propias actividades metabólicas.¹².

En consecuencia, las funciones metabólicas de las CE dentro de diferentes órganos probablemente demuestren diferencias específicas de órganos, como lo respaldan los hallazgos de los análisis de transcriptomas metabólicos de las CE en diferentes órganos.⁶. Además, la plasticidad metabólica de las EC les permite adaptarse y responder a los cambios ambientales con respecto a sus necesidades y funciones metabólicas3,13. La evidencia emergente sugiere que los REC especializados de lariñónadaptar su transcriptoma metabólico para apoyar la función renal¹⁰.

La disfunción del REC acompaña a la pérdida aguda o progresiva deriñónfunción^14,15. Esta disfunción se asocia con un aumento de la vasoconstricción arterial y una reducción del flujo sanguíneo renal, la adquisición de fenotipos proinflamatorios y protrombóticos que favorecen la adhesión e infiltración de las células inmunitarias y la formación de microtrombos, la disociación de los pericitos murales del endotelio. capa, ruptura de la barrera endotelial que resulta en edema intersticial, rarefacción de los capilares peritubulares (promoviendo así la hipoxia renal) y transición endotelial a mesenquimatosa, lo que contribuye a la fibrosis renal16,17, lo que sugiere que el endotelio podría ser el objetivo de proteger contra el riñón. lesión y/o para regenerar la función renal.

Esta revisión resume nuestra comprensión actual de lariñónvascular, centrándose en los avances recientes en nuestra comprensión de la heterogeneidad fenotípica, molecular y metabólica de las REC en relación con su microambiente. También discutimos la aplicación potencial de atacar el metabolismo de REC como una estrategia terapéutica enriñónenfermedadeso para la regeneración renal.

Puntos clave

• El endotelio difiere entre los diferentes órganos, probablemente para apoyar las distintas funciones de los órganos.

• Múltiples fenotipos de células endoteliales especializadas coexisten dentro de los glomérulos, la corteza y la médula renales; estos funcionan para apoyar la filtración glomerular, la reabsorción y secreción de iones y metabolitos, y la concentración de orina.

• Los diferentes microambientes locales en elriñóndar forma a la heterogeneidad molecular y metabólica del endotelio renal; por el contrario, los factores endocrinos derivados de células endoteliales sostienen los nichos de diferentesriñónmicroambientes.

• El metabolismo de las células endoteliales renales puede verse alterado en el contexto deriñónlesiones y enfermedades, en parte como resultado de cambios en el microambiente.

• Una mayor comprensión de la diversidad fenotípica y la especialización metabólica de las células endoteliales renales puede ayudar a identificar nuevos objetivos para eltratamiento deriñónenfermedadesyriñónregeneración.

Heterogeneidad del endotelio renal

Anatomía vascular renal

losriñónse abastece de sangre a través de la arteria renal, que después de entrar en elriñóna través del hilio renal, se ramifica en arterias segmentarias, interlobulares, arqueadas e interlobulillares (fig. 1a) y, en última instancia, en arteriolas aferentes, que son vasos de alta resistencia responsables del control del flujo sanguíneo glomerular y la tasa de filtración glomerular (TFG) 18 Desde las arteriolas aferentes, la sangre ingresa al penacho glomerular, una red de capilares glomerulares altamente fenestrados donde se produce la ultrafiltración del plasma sanguíneo a una velocidad de ~120 a 140 ml/min en humanos adultos, lo que permite que los solutos de bajo peso molecular pasen desde el glomerular. capilares al espacio de Bowman¹⁹. Después de filtrar una fracción del plasma, la sangre abandona el penacho glomerular a través de las arteriolas eferentes para vascularizar los túbulos contorneados distal y proximal, formando la red capilar peritubular cortical. La sangre dentro de los capilares peritubulares está enriquecida con solutos de alto peso molecular y tiene un bajo contenido de líquido debido a la pérdida de líquido durante la ultrafiltración glomerular. Por lo tanto, los capilares peritubulares se dedican a la reabsorción de agua, iones y nutrientes esenciales de la porción proximal.^7,20y túbulos distales²¹. Varios iones como H plus (ref. 22) y K plus (ref. 23) así como moléculas como la creatinina²⁴y metabolitos de drogas²⁵— que no fueron completamente filtrados por los capilares glomerulares pero que aún necesitan ser eliminados del cuerpo — pasan de los capilares peritubulares a las células epiteliales de los túbulos proximales20 o distales para ser secretados y eliminados en la orina21. Las arteriolas eferentes de las nefronas yuxtamedulares dan origen a los vasos rectos descendentes (DVR), que se interconectan con los vasos rectos ascendentes (AVR) a través de plexos capilares. El AVR y el DVR corren a contracorriente del asa de Henle y participan en el intercambio de contracorriente medular que, como se describe más adelante, es necesario para mantener un gradiente de osmolaridad para la concentración de orina26. Eventualmente, los sistemas capilares corticales y medulares junto con el AVR se fusionan en un sistema venoso en la unión corticomedular. Más específicamente, la vasculatura venosa renal drena la sangre de los capilares peritubulares y AVR hacia las venas interlobulillares y arqueadas y luego a las venas interlobulares, formando finalmente la vena renal que emerge de lariñónhilio y finalmente se ramifica en la vena cava inferior⁷.

losriñóntambién es irrigado por vasos linfáticos, que siguen la topografía general delriñónvasculatura sanguinea²⁷(Figura 1a). Están presentes principalmente en la corteza renal, donde su función principal es eliminar líquidos y macromoléculas (como la albúmina) del espacio intersticial entre los túbulos y los capilares.²⁸. También tienen un papel en la infiltración de células inmunitarias y la inflamación posterior.²⁹. En los glomérulos rodean la cápsula de Bowman sin penetrar en el penacho glomerular.²⁸. Por el contrario, los vasos linfáticos tradicionales rara vez están presentes en la médula renal; en esta región, el líquido intersticial y las macromoléculas son eliminados por el AVR, que representa un tipo de vaso sanguíneo híbrido con características de tipo linfático^28,30.

Fenotipos de células endoteliales renales

Las CE de diferentes órganos son fenotípicamente heterogéneas^3–6,31. Las propiedades únicas de las REC, y en particular de las EC glomerulares, se han apreciado durante mucho tiempo. El perfil transcripcional global de EC de ratones ha confirmado la existencia de firmas transcriptómicas específicas de órganos^3,4,6. Es de destacar que estos estudios han demostrado que los REC son los más diferentes a los EC de otros órganos, incluidos el cerebro, el corazón, los pulmones, los músculos y los testículos.⁴(Fig. 1b) a través de su expresión de genes asociados con la señalización de interferón, así como genes que codifican los factores endocrinos FGF1 e IL-33 (refs.^4,6). La heterogeneidad específica de órganos de las CE probablemente subyace a su adaptación molecular para cumplir roles funcionales específicos.^3–6,31.

Sin embargo, la heterogeneidad de los REC se extiende más allá del nivel organotípico, con una notable diversidad de losriñónvasculatura, como se demostró inicialmente por microscopía electrónica y estudios de micromatrices y posteriormente por análisis de una sola célula^6,32,33. losriñónla corteza, los glomérulos y la médula contienen poblaciones únicas de EC (cREC, gREC y mREC, respectivamente). Esta diversidad en las poblaciones de EC podría surgir de la exposición a los diferentes microambientes de estas regiones. Por ejemplo, el endotelio glomerular está expuesto a una presión vascular alta e interactúa estrechamente con los podocitos para regular la ultrafiltración, mientras que los mREC están expuestos a una alta osmolaridad e hipoxia, que están relacionadas con el mantenimiento de un gradiente de osmolaridad y concentración de orina.^6,9,10,32(Figura 1c). Más allá de la heterogeneidad intercompartimental, las REC también demuestran heterogeneidad intracompartimental, que probablemente esté determinada por una serie de factores genéticos y ambientales, incluido el tipo de lecho vascular (arterial, capilar, venoso), sus interacciones con otros tipos de células (por ejemplo, , células de músculo liso, pericitos, células granulares, podocitos y células epiteliales de los túbulos) y su exposición a diferentes microambientes dentro de un mismo compartimento, como la exposición a diferentes tipos de flujo o diferentes niveles de osmolaridad34 (fig. 1c). Los desarrollos en las tecnologías de transcriptómica unicelular han permitido mapear la heterogeneidad de los REC de ratón a muy alta resolución.^6,10,11, revelando hasta 24 poblaciones REC transcripcionalmente diferentes^6,10,11. Es de destacar que los hallazgos de los estudios de RNA-seq de una sola célula que se resumen a continuación aún deben confirmarse a nivel de proteína, tanto para verificar de manera integral la localización espacial de las proteínas predichas como para integrar el conocimiento de los cambios postraduccionales y/o mecanismos de señalización que pueden afectar la actividad de las proteínas. También es de destacar el hecho de que el enriquecimiento relativo de un gen dentro de una población REC particular según lo determinado por la secuenciación de una sola célula no implica necesariamente que la expresión de ese gen esté restringida a esa población celular específica.

Heterogeneidad de las células endoteliales renales glomerulares.losriñónEl glomérulo es una estructura altamente especializada que es responsable de la filtración del plasma sanguíneo para generar un filtrado de orina primario mientras asegura que las proteínas plasmáticas esenciales se retengan en la sangre. Está compuesto por capilares glomerulares que se encuentran entre las arteriolas aferentes y eferentes, que son vasos de resistencia que controlan tanto el flujo sanguíneo como la presión capilar. Las arteriolas de una nefrona están en contacto parcial con el aparato yuxtaglomerular (JGA), una estructura especializada que comprende la mácula densa del túbulo contorneado distal, células granulares productoras de renina que se asocian con la arteriola aferente y células mesangiales extraglomerulares (fig. 2a). El JGA regula la TFG de una sola nefrona y la presión arterial a través de la retroalimentación tubuloglomerular, la respuesta miogénica y la liberación de renina.^19,35–37.

El endotelio capilar glomerular está compuesto por EC únicos con fenestraciones sin diafragma que permiten la filtración de grandes volúmenes de líquido38 (Fig. 2b).

Las fenestraciones tienen un tamaño de 50 a 100 nm y ocupan alrededor del 20 por ciento del área de la superficie celular, apareciendo en las imágenes de microscopía electrónica como agujeros transcelulares.³⁸. En teoría, el diámetro de estas fenestraciones es lo suficientemente grande como para permitir el paso de líquidos y proteínas grandes a los túbulos. Sin embargo, los gREC capilares también producen una capa gruesa de glicocálix que comprende glicoproteínas y polisacáridos cargados negativamente que actúan como una barrera para el paso de proteínas.^39,40. Además, los componentes del plasma se adsorben en el glucocáliz y forman una capa más amplia denominada capa superficial endotelial41, que con su estructura filamentosa mejora aún más la permselectividad de la barrera endotelial glomerular.⁴². De hecho, la albuminuria y la proteinuria se observan con el deterioro del glucocáliz.^39,43,44. Junto con los podocitos, los gREC capilares también sintetizan y comparten una matriz extracelular común conocida como membrana basal glomerular (GBM), que comprende principalmente colágeno tipo IV, laminina y proteoglicanos sulfatados42. Las mutaciones que afectan a la síntesis de alguno de los componentes de la GBM conducen a la proteinuria45,46. Por lo tanto, los gREC capilares, los podocitos y el GBM forman una barrera de filtración glomerular eficiente. Cabe señalar que el endotelio capilar glomerular carece de diafragma y, por lo tanto, no expresa la proteína 1 asociada a la vesícula del plasmalema de la glicoproteína transmembrana tipo II (PV1), que está codificada por Plvap10 y es un marcador típico de EC fenestradas asociadas con los puentes diafragmas de endotelial fenestras y caveolas⁴⁷

El desarrollo y mantenimiento de las fenestraciones capilares gREC requieren factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) derivado de podocitos, que actúa de manera paracrina a través del receptor 2 de VEGF endotelial (VEGFR2, también conocido como KDR)⁴⁸. La sobreexpresión de VEGF provoca colapso glomerular, pérdida rápida de gREC capilares y proteinuria masiva⁴⁹. Por lo tanto, se necesita una regulación estricta del VEGF de los podocitos para establecer la vasculatura glomerular durante el desarrollo embrionario y para el mantenimiento de las fenestraciones en los capilares glomerulares maduros.^38,42. De manera similar, el VEGF derivado de células epiteliales tubulares permite el mantenimiento de la red capilar peritubular⁵⁰

A diferencia de otros EC capilares, los gREC están expuestos a presión arterial alta y flujo sanguíneo elevado, lo que impulsa el proceso de filtración glomerular y expone a los gREC a un esfuerzo cortante considerable.⁵¹. En consecuencia, los gREC expresan altos niveles de la transcripción Pi16 regulada por esfuerzo cortante (refs.^6,10,11,52) (Fig. 2c; Tabla complementaria 1). Los gREC capilares también expresan una serie de otros marcadores^10,11,32,53, incluido Ehd3, que codifica un miembro de la familia de proteínas EHD^{10,11,38,54,55}que regula el reciclaje endocítico y se cree que regula el reciclaje de VEGFR2 en los gREC capilares (Fig. 2c), junto con EHD4 (ref. 54). Por lo tanto, EHD3 podría contribuir al mantenimiento de las fenestraciones capilares glomerulares. Los gREC capilares también muestran una expresión enriquecida de genes asociados con la vía de señalización TGF-BMP (Eng, Smad6, Smad7, Xiao y Hipk2 (refs10,56–58)), que está involucrada en la formación de capilares glomerulares. La sobreexpresión de TGF induce proteinuria y glomeruloesclerosis⁵⁹, y por lo tanto, la presencia de SMAD inhibidores, como los codificados por Smad6 y Smad7 en gREC, puede prevenir la señalización excesiva de TGF y la disfunción glomerular. Por el contrario, la BMP derivada de podocitos es crucial para la formación normal de capilares glomerulares60. Los gREC capilares también expresan específicamente Nostrin³², cuyo producto proteico se une a la óxido nítrico sintasa endotelial (eNOS) para desencadenar su translocación desde la membrana plasmática a estructuras subcelulares similares a vesículas, y atenúa la producción de óxido nítrico (NO), un importante regulador de GFR32. Además, la expresión restringida de la lipoproteína lipasa (Lpl) a los gREC capilares sugiere que el endotelio glomerular puede ser esencial para la liberación de ácidos grasos en el ultrafiltrado, que posteriormente podría ser utilizado como fuente de energía por las células epiteliales del túbulo o para la regulación de contenido de lípidos en sangre o podría contribuir a la acumulación de lípidos glomerulares como se observa en contextos patológicos^6,10,61,62. Curiosamente, la expresión renal de genes implicados en el metabolismo de los lípidos se correlaciona con la TFG y la inflamación en pacientes condiabéticoriñónenfermedad, mientras que la oxidación defectuosa de ácidos grasos (FAO) en las células tubulares contribuye al desarrollo deriñónfibrosis^61,62.

Los factores de transcripción, como SOX17 y COUP-TFII (codificados por Nr2f2) en REC arteriales y venosos, respectivamente, impulsan las firmas transcriptómicas y la identidad de lechos vasculares específicos63,64. La identidad de gREC se basa en la actividad de al menos dos factores de transcripción: GATA5 y TBX3 (refs10, 11, 32) (Fig. 2c), que median la adquisición de un perfil de expresión génica similar a gREC cuando se sobreexpresan juntos en la vena umbilical humana. CE (HUVEC), un modelo de CE de uso común11. El regulón GATA5 está regulado al alza en gREC pero no en otras poblaciones de REC^10,11y la deleción selectiva de Gata5 en EC provoca lesiones glomerulares65. Además, la eliminación específica de EC de Tbx3 causa defectos morfogénicos como microaneurismas en subconjuntos de glomérulos, números reducidos de fenestraciones de gREC capilares y procesos de pie de podocitos deformados, lo que sugiere un papel para este factor de transcripción en el mantenimiento de la organización estructural de los capilares glomerulares.¹¹. Además, tanto GATA5 como TBX3 están implicados en la regulación de la presión arterial. GATA5 afecta la función vascular típica, la proteína quinasa A y las vías de señalización del NO⁶⁵, mientras que se cree que TBX3 modula la presión arterial a través de la regulación de la secreción de renina en elriñón¹¹.

Se requiere la regulación del tono vascular de las arteriolas aferentes y eferentes para mantener la presión capilar glomerular constantemente alta necesaria para la filtración glomerular.¹⁸. Este proceso regulador permite mantener una TFG constante a pesar de los cambios en la presión sistémica y el gasto cardíaco66. Las arteriolas aferentes tienen de una a tres capas de células musculares lisas vasculares (CMLV) que, en la proximidad de la JGA, son parcialmente reemplazadas por células granulares productoras de renina67 (Fig. 2d). También existe heterogeneidad de EC dentro de la arteriola aferente, con fenestraciones del endotelio sin diafragma más cercanas a la JGA68,69, similares a las del endotelio capilar glomerular, probablemente para facilitar el transporte rápido de renina a la sangre18 (Fig. 2d). La expresión de Gja5 (que codifica la conexina 40) está enriquecida en este subconjunto de gREC^10,70y tiene un papel importante en la comunicación entre el endotelio y las células granulares en el JGA para regular la liberación de renina^35,70,71. Estos EC también están enriquecidos en otros genes involucrados en la interacción de célula a célula, como los relacionados con las vías de señalización de Wnt y Notch, Ephrin y citocinas y quimiocinas (Fig. 2c), que podrían mediar diafonía entre células mesangiales y/o o células granulares y gREC en la JGA, y potencialmente contribuyen a la autorregulación y la modulación de la presión arterial¹⁰.

Por el contrario, los gREC en la parte corriente arriba (más distal) de las arteriolas aferentes expresan genes implicados en la regulación de la gasolina, como Edn1 (que codifica la endotelina 1), Alox12 (araquidonato 12-lipoxigenasa) y S1pr1 (esfingosina{{6 }}receptor de fosfato 1)^10,72,73(Figura 2c). La vía de señalización S1P-S1PR1 regula potentemente la gasolina de la arteriola aferente al activar el sistema eNOS^74–76. De acuerdo con este papel, el receptor S1P está enriquecido en gREC en las arteriolas aferentes y no se detecta en las arteriolas eferentes.¹⁰.

A diferencia de los gREC en las arteriolas aferentes, los gREC en las arteriolas eferentes muestran una menor expresión de conexinas77, especialmente conexina 37 y conexina 40 (codificadas por Gja4 y Gja5, respectivamente)10. Sin embargo, de manera similar a las EC de las arteriolas aferentes, los análisis transcriptómicos de las EC de las arteriolas eferentes indican la presencia de dos poblaciones de gREC: una presumiblemente asociada con el JGA (que expresa genes asociados con la adhesión y extravasación de células inmunitarias y la permeabilidad de EC) y una segunda que corresponde a la porción distal de la arteriola eferente (enriquecida en genes implicados en respuestas de hiperosmolaridad)10 (fig. 2c).

Estos conocimientos sugieren que la diversidad fenotípica y funcional de los gREC subyace en la capacidad de estos endotelios para mantener la tasa de filtración glomerular a través de la modulación activa del flujo sanguíneo glomerular y asegurando la eficiencia de la filtración glomerular. A través de la integración de la retroalimentación tubuloglomerular y las señales miogénicas, los gREC asociados con el JGA, en particular, son probablemente reguladores críticos de la TFG.

Heterogeneidad de las células endoteliales renales corticales.Además del endotelio capilar glomerular y de las arteriolas aferente y eferente preglomerular y posglomerular, elriñónLa corteza contiene vasos linfáticos y grandes arterias y venas junto con sus vasa vasora asociadas, vénulas poscapilares y capilares peritubulares. De acuerdo con su papel en la reabsorción y secreción de solutos, iones y agua, los capilares peritubulares corticales son capilares de paredes delgadas que comprenden CE que se acoplan funcionalmente al epitelio tubular9 (Fig. 3a). En comparación con gREC y mREC, cREC, en particular, EC capilar peritubular, expresan altos niveles de Igfbp3 (que codifica la proteína 3 de unión al factor de crecimiento similar a la insulina) y Npr3 (que codifica el receptor 3 del péptido natriurético)10,11 (Fig. 3b) .

Los capilares peritubulares corticales surgen de las arteriolas eferentes y rodean los túbulos contorneados proximales y distales (Fig. 3a), proporcionando oxígeno y nutrientes y contribuyendo a la captación de solutos y la reabsorción de agua desde la luz tubular.⁹. A diferencia de los capilares glomerulares, las CE capilares peritubulares expresan Plvap, cuyo producto proteico (PV1) se extiende por las ventanas de las CE capilares peritubulares. Estas fenestras con diafragma tienen un diámetro de 62 a 68 nm y probablemente facilitan laintercambio de agua, iones y pequeños solutos con los túbulos proximal y distal9,10

Los glomérulos filtran aproximadamente 180 g de glucosa al día78 y, en condiciones fisiológicas, casi toda se reabsorbe en los túbulos proximales. La glucosa filtrada se reabsorbe primero desde la luz de los túbulos proximales dentro de las células epiteliales a través de cotransportadores de sodio-glucosa (SGLT). Una vez que la concentración de glucosa intracelular supera la del intersticio, se difunde al espacio intersticial a través de transportadores facilitados de glucosa específicos (GLUT), desde donde se reabsorbe al torrente sanguíneo79. De acuerdo con su papel en este proceso, las CE capilares peritubulares expresan niveles más altos de Slc2a1 (que codifican GLUT1) que las CE de otros lechos vasculares renales11 (fig. 3b), lo que sugiere que GLUT1 podría facilitar la reabsorción de glucosa en las CE capilares peritubulares.

Los capilares peritubulares corticales incluyen dos poblaciones de EC: una que expresa altos niveles de Apoe (que codifica la apolipoproteína E) y otra que expresa poca o ninguna Apoe10 (Fig. 3b). La población Apoe-alta muestra una expresión enriquecida de otros genes relacionados con el metabolismo de los lípidos como Plpp3 y Thrsp10,80,81. Por el contrario, la población Apoe-baja expresa genes que codifican receptores VEGF (Kdr, Flt1 y Nrp1, que codifican VEGFR2, VEGFR1 y neuropilina 1, respectivamente), proteínas de unión al factor de crecimiento similar a la insulina y receptor (Igfbp5, Igfbp3 e Insr) y Npr3, que codifica un receptor para el péptido natriurético, que regula el volumen sanguíneo y la excreción de sodio10,82–85. Actualmente se desconoce si estas dos poblaciones de EC existen en capilares separados que interactúan con los túbulos contorneados proximales o los túbulos distales, o si existen en los mismos capilares.

Sorprendentemente, también se han descrito dos poblaciones de EC capilares adicionales en la corteza renal del ratón: una población de EC de tipo angiogénico y una población que se caracteriza por la expresión de genes estimulados por interferón y genes involucrados en el procesamiento y presentación de antígenos10 (Fig. 3b) . Las EC de tipo angiogénico podrían tener un papel en la regeneración de las REC dañadas, mientras que las EC activadas por interferón podrían participar en la vigilancia inmunológica, aunque se necesitan más estudios para investigar estas posibilidades10.

Los cREC en las grandes arterias se caracterizan por la expresión del gen del factor de transcripción arterial Sox17 y el gen de unión estrecha Cldn5 (claudina 5), ​​mientras que los cREC en las grandes venas se caracterizan por la expresión del factor de transcripción Nr2f2 (COUP-TFII) y la marcador de fenestración Plvap^{6,10,11,47,63,64,86}(Figura 3b).

Los cREC arteriales expresan el gen codificador de semaforina Sema3g, que tiene efectos autocrinos y paracrinos en EC y VSMC, respectivamente, los genes codificadores de conexina Gja4 y Gja5, que son componentes de las uniones mioendoteliales, y el miembro de la familia Notch Jag1 (refs6,10, 11,87–90) (Fig. 3b). Las arterias grandes están expuestas a presión arterial alta y su tono vascular se modula en respuesta a los cambios en la presión arterial. Su capacidad para responder a señales mecánicas está habilitada por la presencia de una capa elástica en la túnica media que es rica en fibras elásticas.^9,91y a través de la expresión de genes relacionados con el ensamblaje de fibras elásticas como Eln (elastina), Ltbp4 (factor de crecimiento transformante latente- -proteína de unión 4), Fbln5 (fibulina 5) y Bmp4 (refs6,10,11,92 –95). También expresan altos niveles de Mgp (proteína Gla de matriz)6,10, que suprime la calcificación vascular probablemente a través de la inhibición de la señalización de BMP2 y BMP496. De acuerdo con su papel en la regulación del flujo sanguíneo renal, los cREC de las arterias grandes también expresan genes que son responsables de la regulación de la gasolina, como Ace, Edn1 y S1pr1 (refs6,10,97–99) (Fig. 3b).

Los vasa vasora100 facilitan el suministro de oxígeno y nutrientes y la eliminación de los productos de desecho liberados dentro de la pared vascular de las grandes arterias y venas. Los REC de Vasa vasora no se identificaron en los estudios publicados de REC de una sola célula de ratón, presumiblemente porque los vasos con un diámetro de luz de<0.5mm (the="" diameter="" of="" normal="" vessels="" in="" mice)="" do="" not="" normally="" have="" vasa="">^6,10,11,100. La realización de tales estudios en animales más grandes o en humanos, que tienen vasos renales más grandes, puede aumentar la probabilidad de capturar REC vasa vasora. Actualmente no hay marcadores descritos para las REC derivadas de vasa vasora.

Más allá del sistema vascular sanguíneo, la corteza renal también contiene dos conjuntos de vasos linfáticos renales. Ambos se originan como capilares ciegos en el lóbulo renal desde donde uno sigue las arterias hacia el hilio para conectar el sistema hiliar y capsular y el otro penetra en la cápsula para unirse a los linfáticos capsulares28,101 (fig. 1a). Los capilares linfáticos renales se pueden distinguir de los capilares de los vasos sanguíneos porque están presentes principalmente en el intersticio, tienen extremos ciegos y carecen de pericitos.^28,29. Los capilares linfáticos renales consisten en LEC de una sola capa, en forma de "hoja de roble", parcialmente superpuestas28,29, que se pueden distinguir de las BEC por la expresión de varios marcadores⁶, de los cuales los más conocidos son Pdpn (podoplanina)102, el gen que codifica el receptor de hialuronano Lyve1 (ref. 103), Flt4 (que codifica VEGFR3)104 y el gen del factor de transcripción Prox1 (ref. 105) (Fig. 3b) . Aunque estos marcadores también se expresan en otros tipos de células, pueden usarse para distinguir entre los dos tipos principales de EC29. en el humanoriñón, la podoplanina se ha descrito como el marcador más fiable de LEC^28,29. Sin embargo, ninguno de los dos conocidosriñónSe han identificado poblaciones de LEC en estudios publicados de RNA-seq unicelulares^6,10,11, posiblemente debido a su pérdida durante los pasos de procesamiento técnico (por ejemplo, durante la digestión enzimática o la purificación de EC), y/o porque representan una fracción de EC demasiado pequeña en comparación con la población de BEC renales. Por lo tanto, se necesitan más estudios para caracterizar la heterogeneidad del endotelio linfático renal.

Heterogeneidad de las células endoteliales renales medulares.La función principal de la médula renal es la concentración de orina.⁹. La disposición anatómica de los vasos rectos y el bajo flujo sanguíneo de la médula renal (10 por ciento del flujo sanguíneo renal total9) impiden el lavado de solutos, como la urea y el NaCl, lo que crea un gradiente de osmolaridad desde la médula externa hasta la papila renal. , que es fundamental para la concentración de la orina26,106. Este gradiente varía según el estado de hidratación106.

El endotelio medular renal se caracteriza por la expresión de Igfbp7 (refs10,11), un marcador urinario deriñónlesión que predice la recuperación renal después de una lesión renal aguda (AKI)107, y Cd36 (refs10,32), que codifica un receptor depurador que es responsable de la captación de ácidos grasos de cadena larga de la circulación108 (Fig. 3c). Por lo tanto, los lípidos podrían transportarse de manera dependiente de CD36-a través del endotelio medular hacia las células intersticiales medulares, una población celular similar a los fibroblastos que se caracteriza por gotitas de lípidos, cuya abundancia se correlaciona con el estado de diuresis109. La eliminación de Cd36 en ratones se asoció con un mayor riesgo de hipertensión espontánea dependiente del riñón^10,110, pero atenuó el desarrollo deriñónfibrosis en respuesta a una dieta alta en grasas111 (Fig. 3c), lo que sugiere tanto un papel protector como patológico para el transporte de lípidos en estos procesos.

Al igual que el endotelio cortical y glomerular, el endotelio medular renal exhibe una amplia heterogeneidad intracompartimental.^10,11. El DVR son vasos de tipo arterial que comprenden un endotelio continuo rodeado de pericitos de tipo músculo liso o VSMC que responden a estímulos vasoactivos para controlar el flujo sanguíneo de la médula renal. De acuerdo con su fenotipo de tipo arteriolar, las EC de DVR expresan Sox17 (refs10,55), Cldn5 (refs10,55,86,112), Fbln5, Gja4 y Cxcl12 (CXCL12, también conocida como SDF1, una proteína de quimiocina que actúa como ligando para CXCR4 y CXCR7 expresado por VSMC y pericitos)^10,63,113. Los DVR EC también expresan Slc14a1 y Aqp1 que codifican el transportador de urea B (UTB)^10,11,112y el canal de agua acuaporina 1 (refs^10,11,55), los cuales son necesarios para la concentración de orina114,115 (Fig. 3c, d). Estas EC también expresan Scin, que codifica la ceniza, una proteína que se une a la acuaporina 2 en un complejo multiproteico en las células epiteliales del conducto colector, presumiblemente para facilitar el tráfico de la acuaporina 2116. La coexpresión de Aqp1 y Scin en DVR EC sugiere una interacción similar en el endotelio medular.¹⁰.

El gradiente de osmolaridad establece un ambiente hostil para las células de la médula renal, especialmente para las de la papila renal, donde la osmolaridad es más alta (correspondiente a una condición de hiperosmolaridad fisiológica en la que la osmolaridad es mayor que en el plasma sistémico)117. Las EC de DVR de ratón se pueden separar en dos fenotipos principales según su ubicación en la papila renal o en la médula externa o interna10, y se distinguen por la expresión de genes inducidos por hiperosmolaridad y reguladores de vasotones10 (Fig. 3c). Las EC DVR de papila renal expresan genes sensibles a la hiperosmolaridad, incluidos los genes diana del factor de transcripción inducible por hiperosmolaridad NFAT5, como S100a4 y S100a6 (refs10,118), mientras que las EC DVR de la médula interna y externa muestran una expresión enriquecida de Hpgd, que codifica una enzima importante implicada en el catabolismo de las prostaglandinas vasoactivas, Edn1, que codifica la endotelina vasoconstrictora 1, y Adipor2, que codifica un receptor para la adiponectina que induce efectos vasodilatadores119,120 (fig. 3c). Este patrón de expresión es consistente con la presencia más prominente de pericitos similares al músculo liso en la porción medular externa del DVR y, por lo tanto, la mayor capacidad de respuesta de esta región a los factores vasoactivos, en comparación con las porciones inferiores del DVR9,121.

A diferencia de los DVR, los AVR son vasos de tipo venoso fenestrados (Fig. 3d). Estos vasos reabsorben agua del intersticio de la médula renal que se acumula durante la concentración de la orina por los conductos colectores, el asa de Henle y el DVR, recolectándola de vuelta a la circulación general de manera similar a la función de los vasos linfáticos30. De acuerdo con esta función, las CE AVR expresan el factor de transcripción venosa Nr2f2 (refs10,11,64) y Plvap, probablemente para mantener su función en la reabsorción de agua.^10,11,47,122(Figura 3c). Los EC AVR también expresan Tek, que codifica el receptor Tie2 de angiopoyetina, que es necesario para la formación de AVR durante el desarrollo. La eliminación de Tek en ratones desencadena la rápida acumulación de líquido y quistes en el intersticio medular y la pérdida de haces vasculares medulares y da como resultado una disminución de la capacidad de concentración de la orina.³⁰.

Al igual que DVR, el AVR se puede separar en dos poblaciones EC transcriptómicamente diferentes ubicadas en la papila y en la médula externa e interna. Los de la papila se caracterizan por la expresión de genes sensibles a la hiperosmolaridad (Cryab, Fxyd2 y Cd9 (refs10,123,124)), genes glucolíticos (Ldha, Aldoa y Gapdh10,125,126) y Car2, que codifica la enzima anhidrasa carbónica 2 , cuya ausencia altera la concentración de orina y desencadena poliuria en ratones127 (fig. 3c). Los EC AVR papilares expresan específicamente el gen Fxyd2 que codifica la subunidad Na más / K más ATPasa, mientras que un gen codificador de subunidad alternativo Fxyd6 está regulado al alza en los EC AVR en el bulbo raquídeo externo e interno¹⁰ (Figura 3c).

Las porciones papilares de AVR y DVR muestran distintos perfiles de expresión génica, pero comparten la expresión de varios genes sensibles a la hiperosmolaridad, incluido Akr1b3, que codifica la aldosa reductasa, la enzima limitante de la velocidad de la vía de los polioles responsable de la conversión de glucosa en sorbitol, un osmolito orgánico inerte que es importante para el mantenimiento del volumen celular en condiciones de hiperosmolaridad117. También expresan S100a6, así como otros genes, como Fxyd5 (que codifica otra subunidad Na+/K+ATPasa), Nrgn (que codifica la proteína neurogranina que se une a la calmodulina) y Crip1 (que codifica la proteína 1 rica en cisteína). 10,118, que podría estar potencialmente relacionado con el entorno hiperosmótico (Fig. 3c).

El plexo capilar medular renal, que conecta el DVR y el AVR (Fig. 3a), se caracteriza por un endotelio fenestrado positivo para Plvap y la expresión endotelial enriquecida de genes que codifican los receptores VEGF, como Kdr, Flt1 y Nrp1, así como como genes involucrados en el transporte y metabolismo de ácidos grasos (Cd36 y Plpp3)10 (Fig. 3c). Los mREC también incluyen EC de vénulas poscapilares, así como poblaciones de EC angiogénicas y activadas por interferón, similares a los capilares de la corteza renal10.

Heterogeneidad REC y enfermedad renal

En condiciones fisiológicas, el endotelio está inactivo, un estado que se mantiene en gran parte a través de la S-nitrosilación de proteínas y factores de transcripción por el NO128,129 derivado de eNOS. La actividad de eNOS en sí está regulada por el esfuerzo cortante¹³⁰y metabolitos intracelulares, como el sustrato eNOS, l-arginina, y su cofactor, tetrahidrobiopterina¹³¹. En condiciones particulares, por ejemplo, en respuesta a una infección, este estado de reposo puede desactivarse, induciendo la activación de las EC y el reclutamiento de células inmunitarias. La señalización redox y, en particular, el desacoplamiento de la enzima eNOS que da como resultado la producción de superóxido en lugar de NO es fundamental para este proceso de activación. El desacoplamiento de eNOS pone en marcha una cascada que conduce a la remodelación de la capa superficial endotelial e induce la expresión de receptores que pueden interactuar con las plaquetas y las células inmunitarias¹³². Aunque la activación endotelial forma parte del sistema de defensa del huésped, esta maquinaria molecular puede activarse de manera inapropiada en condiciones de enfermedad como la enfermedad autoinmune o en el contexto de factores de riesgo cardiovascular o infección. Es de destacar que existe heterogeneidad en la respuesta de los REC a las señales perjudiciales¹³³. Por ejemplo, en el síndrome urémico hemolítico atípico, las mutaciones en el factor inhibidor del complemento H se asocian con una unión reducida del factor H al heparán sulfato endotelial glomerular134, lo que induce una microangiopatía trombótica glomerular. Otro ejemplo es el rechazo crónico del aloinjerto humoral en el que los capilares peritubulares parecen ser el objetivo principal de la lesión.¹³⁵; la pérdida asociada de la red capilar peritubular predice la aparición deriñónfracaso136. En el contexto de la pandemia de COVID-19, cabe señalar que la LRA se observa con frecuencia en pacientes con enfermedad grave (que afecta hasta al 50 % de los pacientes en unidades de cuidados intensivos)¹³⁷, en quienes la disfunción generalizada de EC podría promover la escalada de la enfermedad como resultado de fuga vascular, coagulopatía e inflamación exacerbada^138,139.

Además de la heterogeneidad en la respuesta de activación endotelial, la respuesta de las REC a las señales ambientales de la circulación puede ser específica del sitio. Por ejemplo, los gREC de pacientes con diabetes mellitus tipo 1 demuestran una respuesta angiogénica desregulada que da como resultado un crecimiento glomerular y una podocitopatía secundaria.^140,141. En la lesión isquémica, en particular en los capilares peritubulares, la activación endotelial y el desprendimiento de las CE dan como resultado el llamado fenómeno de "falta de reflujo", por el cual la perfusión no se restablece incluso después de la restauración de la permeabilidad, lo que da como resultado una lesión de las células epiteliales tubulares y AKI.¹⁴². La patología clínica inducida por la activación de REC se analiza en detalle en otra parte.

El surgimiento de técnicas de alta resolución como el RNA-seq de una sola célula ha proporcionado nuevos conocimientos sobre la regulación molecular de la heterogeneidad fenotípica endotelial y los procesos involucrados enriñónlesión. Varios estudios en los últimos años, de nuestro grupo y otros, han avanzado el concepto de que la heterogeneidad endotelial está interrelacionada con el metabolismo intracelular.^{3,6,10,143–145}. Como se describe a continuación, los diferentes microambientes a los que están expuestos los REC ayudan a establecer tanto su diversidad fenotípica como su especialización metabólica.

Especialización metabólica de REC

Las EC exhiben un metabolismo activo incluso cuando están inactivas para mantener procesos como la producción de energía, la síntesis de biomasa y la homeostasis redox, que son necesarios para el mantenimiento de la integridad de la barrera vascular, la función vasorreguladora, el transporte de solutos y la inhibición de la trombosis y la inflamación vascular. Por ejemplo, las EC inactivas mantienen altos niveles de FAO, lo que ayuda a mantener la integridad de la barrera vascular en parte a través de la regeneración de NADPH, que brinda protección contra las especies reactivas de oxígeno (ROS)146. De acuerdo con este papel, la inhibición de la FAO en las CE aumenta el estrés oxidativo, la permeabilidad de la barrera endotelial, la infiltración de leucocitos146 y la transición endotelial a mesenquimatosa¹⁴⁷, lo que sugiere que la FAO es necesaria para el mantenimiento de la función endotelial y el fenotipo. Los REC muestran diferentes perfiles metabólicos y transcriptomas a EC aislados de otros órganos en ratones^3,6. En particular, se caracterizan por la regulación al alza de genes implicados en la biosíntesis de aminoácidos y pirimidinas, así como en el metabolismo de la glucosa.⁶. Además, algunos genes metabólicos se enriquecen selectivamente en EC arteriales, capilares o venosas, lo que indica heterogeneidad metabólica intraorgánica.⁶. Como se analiza a continuación, las diferentes condiciones microambientales a las que están expuestas las diferentes poblaciones de REC también pueden afectar sus perfiles metabólicos y respaldar la heterogeneidad fenotípica de REC, así como su respuesta a los estímulos de la enfermedad.

REC responde a los cambios en la tensión de oxígeno

A pesar de queriñonesson los órganos más perfundidos del cuerpo, menos del 10 por ciento del oxígeno circulante se consume durante el paso de la sangre a través delriñones¹⁴⁸. losriñónla médula está expuesta a una tensión de oxígeno baja, con una pO2 de 10-20 mmHg (hipoxia) frente a los 50 mmHg de la corteza renal117 (fig. 4a). El gradiente de oxígeno que sigue el eje corticopapilar es la consecuencia de varios factores, incluido un shunt de oxígeno arteriovenoso que resulta de la disposición paralela de AVR y DVR en el bulbo raquídeo, el flujo sanguíneo limitado hacia y dentro del bulbo raquídeo para minimizar el lavado de solutos. , y el uso de la fosforilación oxidativa para producir los altos niveles de energía necesarios para que la Na+/K+ATPasa reabsorba Na+ y permita el correcto funcionamiento de otros transportadores de solutos de la membrana celular117. Así, la hipoxia es inherente al mecanismo de concentración de orina de la médula.^10,117.

También se requiere para la adecuadariñóndesarrollo149. Sin embargo, la hipoxia puede ser perjudicial y se considera una causa importante de LRA150 y un factor de riesgo de enfermedad renal crónica (ERC)151 (fig. 4a). La hipoxia renal puede resultar de eventos isquémicos, como puede ocurrir durante el trasplante de riñón o como resultado de una perfusión renal anormal debido a la rarefacción de los capilares peritubulares, lesión glomerular, aterosclerosis, desregulación del tono vascular arterial, anemia y alteración de la difusión de oxígeno debido a la fibrosis152 ( Figura 4a). Dentro del sistema vascular, la exposición a corto plazo a la hipoxia provoca una modulación reversible del tono vascular y el flujo sanguíneo, mientras que la exposición a largo plazo da como resultado una remodelación irreversible de la vasculatura y los tejidos circundantes con proliferación y fibrosis de VSMC.¹⁵³. La respuesta celular a la hipoxia depende de la inactivación de las oxigenasas dependientes de Fe2 plus y de las oxigenasas dependientes de 2-oxoglutarato (2-OG)152, y la subsiguiente activación de las oxigenasas dependientes del factor de transcripción inducible por hipoxia (HIF) y Vías independientes de HIF. La exposición a la hipoxia desencadena la activación de HIF1 y HIF2 en ECs154 (Fig. 4b). En elriñón, los REC expresan ampliamente HIF2 tras la hipoxia, mientras que la expresión proteica de HIF1 se limita a los mREC en la papila155–157, donde probablemente estimula la glucólisis (Fig. 4b). La activación de HIF2 en REC, en general, media la protección y la recuperación de la lesión renal isquémica al promover la eritropoyesis y al suprimir la inflamación renal, la rarefacción capilar y la fibrosis156 (Fig. 4b). Exposición de RECs a la hipoxia en el contexto deriñónpor lo tanto, la enfermedad podría inducir diferentes respuestas en gREC y cREC que en mREC. Por ejemplo, la hipoxia promueve la proliferación y migración dependiente de HIF1 -de EC cultivadas158,159; sin embargo, en condiciones de no confluencia, los gREC cultivados experimentan apoptosis dependiente de mitocondrias tras la exposición a la hipoxia155,160,161, lo que sugiere una mala adaptación de los gREC a la hipoxia. Aunque los gREC parecen ser bastante resistentes a la hipoxia in vivo, probablemente debido al efecto paracrino del VEGF161 derivado de podocitos, la hipoxia puede inducir una pérdida progresiva de las proteínas de unión estrecha ocludina y ZO-1 en gREC en un HIF{{ 11}}de manera dependiente, aumentando finalmente la permeabilidad de la barrera endotelial162. Poco se sabe sobre la respuesta de mRECs a la hipoxia. Los mREC en AVR y DVR, en particular, están expuestos a una baja tensión de oxígeno en la papila en condiciones fisiológicas, y el regulón Epas1 (que codifica HIF2) se regula al alza en mREC tras la privación de agua, probablemente en respuesta a un aumento en la hipoxia impulsada por el proceso de concentracion de orina¹⁰.

Adaptación metabólica de las CE a los cambios en la tensión de oxígeno.En condiciones normóxicas, las EC dependen principalmente de la glucólisis para la producción de ATP en lugar de la fosforilación oxidativa mitocondrial163. En respuesta a la hipoxia, estas respuestas metabólicas se exacerban, con una mejora adicional de la glucólisis y la supresión de la respiración mitocondrial (Fig. 4b), lo que explica por qué las CE se resisten a la hipoxia mientras la glucosa permanezca disponible164. Tras la exposición a la hipoxia aguda, como un evento isquémico, las EC muestran un rápido aumento en las ROS mitocondriales y/o derivadas de la NAD(P)H oxidasa, lo que estabiliza HIF1 y permite un flujo glucolítico más alto164, respuestas que son consistentes con un HIF{{6 }}regulación positiva inducida del metabolismo de la glucosa y regulación negativa de la actividad mitocondrial^164,165 (Figura 4b). Además, los análisis de la ruta metabólica de las EC expuestas a hipoxia crónica, como la que puede ocurrir en la médula o en el contexto de la ERC, revelaron una regulación al alza de los genes glucolíticos dependiente de HIF2 -¹⁶⁶. Curiosamente, algunos genes glicolíticos como Eno1 y Aldoa, que codifican las enzimas enolasa 1 y aldolasa A que son necesarias para producir ATP y piruvato a partir de la glucosa, estaban regulados al alza en mayor medida en mREC que en cREC y gREC10. Más específicamente, los mREC de la porción papilar del AVR, que es la porción del lecho vascular renal que está más expuesta a la hipoxia, mostraron la mayor expresión de los genes glucolíticos Aldoa, Ldha y Gapdh entre todos los mREC en ratones10. Por lo tanto, los mREC papilares podrían demostrar un flujo glucolítico anaeróbico más alto que otros REC como resultado de su microambiente hipóxico. De manera similar, las células epiteliales medulares tienen una mayor capacidad para la producción de ATP glucolítico anaeróbico que las células tubulares proximales.¹¹⁷. Los mREC también regulan al alza varios genes glucolíticos tras la privación de agua, al mismo tiempo que aumenta la actividad de HIF2 mencionada anteriormente.¹⁰.

En las CE, HIF2 se regula positivamente en parte después de la activación de la sirtuina 3 desacetilasa dependiente de NAD plus mitocondrial (SIRT3) (ref. 167) (Fig. 4b). La pérdida de SIRT3 altera la señalización hipóxica en las EC y da como resultado una angiogénesis defectuosa y disfunción microvascular, secundaria a un cambio metabólico de la glucólisis independiente del oxígeno a la respiración mitocondrial. Este cambio metabólico está asociado con una disminución en la expresión de 6-fosfofructo-2-quinasa (PFKFB3), una enzima que actúa como un regulador positivo de la glucólisis y la formación de ROS¹⁶⁷(Figura 4b). Tras la hipoxia, SIRT3 regula al alza las enzimas antioxidantes mitocondriales de una manera dependiente de FOXO3 (ref.¹⁶⁸) — un factor de transcripción que también está regulado al alza por HIF1¹⁶⁹ (Figura 4b). Curiosamente, la vía antioxidante SIRT3-FOXO3 está operativa en gREC, lo que previene la transición endotelial a mesenquimatosa yriñónfibrosis en un modelo animal de hipertensión inducida por angiotensina-II¹⁷⁰(Figura 4b). Los enfoques farmacológicos que aumentan SIRT3 también limitan la LRA inducida por cisplatino al proteger contra la lesión tubular y al mejorarriñónfunción¹⁷¹. Por el contrario, los ratones sirt3-knockout presentan una LRA más grave, aunque no se ha determinado la contribución de las REC a estos efectos.¹⁷¹. Queda por determinar si esta vía antioxidante SIRT3-FOXO3 también está involucrada en la respuesta fisiológica de los mREC a la hipoxia en la médula.

El metabolismo de los ácidos grasos también se ve afectado por la disponibilidad de oxígeno, ya que la hipoxia desencadena un aumento en la expresión y la actividad de la sintasa de ácidos grasos (FAS), una enzima clave que controla la velocidad de la vía de biosíntesis de ácidos grasos, lo que resulta en una reducción del malonil. -Pool de CoA y un aumento de los niveles de palmitato en ECs172 (Fig. 4b). En las EC de la arteria pulmonar humana, la inhibición de FAS conduce a un deterioro de la estabilización de HIF1 y a cambios posteriores mediados por HIF1 -en el transporte y el metabolismo de la glucosa y a la restauración de la función de eNOS, lo que sugiere que la inhibición de la síntesis de ácidos grasos puede ser beneficiosa para la función EC en hipoxia¹⁷²(Figura 4b). En elriñón, Fans, que codifica FAS, se reguló positivamente en un modelo experimental de insuficiencia renal crónica y contribuyó a la hipertrigliceridemia¹⁷³. También se observó una regulación positiva de Fans y otros genes sensibles a la hipoxia en elriñóncorteza de un modelo de ratón con anemia de células falciformes que exhibió daño glomerular y tubular progresivo¹⁷⁴. La alteración del metabolismo de los lípidos es una característica de la ERC proteinúrica y tanto la evidencia clínica como la experimental respaldan la idea de que la alteración del metabolismo de los lípidos podría contribuir a la patogenia y progresión de la enfermedad renal.¹⁷⁵. No obstante, el papel de las REC en el metabolismo desregulado de los ácidos grasos en el contexto deriñónenfermedadqueda por aclarar más.

La hipoxia también induce la regulación positiva de la arginasa II de una manera dependiente de la activación de HIF2¹⁷⁶o HIF1¹⁷⁷, y disminuye la síntesis y el transporte de su sustrato, la arginina, en las CE^178,179(Figura 4b). La arginasa II es una metaloenzima que se expresa particularmente en elriñonesy cataliza la hidrólisis de l-arginina en urea y l-ornitina. El aumento de la actividad de la arginasa II reduce la biodisponibilidad de la arginina, lo que amortigua la actividad de la eNOS, disminuyendo la producción de NO endotelial y desencadenando el desacoplamiento de la eNOS, lo que en última instancia conduce a la producción de ROS y estrés nitrosativo¹⁷⁶. Estos pasos son fundamentales para promover la disfunción endotelial, la enfermedad renal diabética yriñóninflamación en el contexto de la obesidad inducida por la dieta^180,181. En condiciones fisiológicas, la arginasa II se expresa principalmente en la médula externa, lo que sugiere que esta adaptación metabólica probablemente no se produce en los mREC que están más expuestos a la hipoxia.¹⁸¹.

Finalmente, la exposición de mRECs papilares a hipoxia aguda desencadena la liberación de purinas y ATP, junto con UTP y UDP, en el espacio extracelular.^182–184. El ATP activa los receptores P2Y endoteliales, lo que da como resultado la producción de NO, la vasodilatación y el aumento de la perfusión tisular.¹⁸⁵. El ATP también forma adenosina siguiendo el metabolismo del ATP por ectoenzimas.^185,186. Es importante destacar que la hipoxia desencadena una regulación al alza dependiente de HIF2 -del receptor de adenosina A2a (codificado por ADORA2A) en las CE^187,188, cuya activación aumenta la síntesis de la proteína HIF1, promoviendo aún más la expresión del gen glucolítico y el flujo glucolítico¹⁸⁷(Figura 4b). En la mayoría de los casos, la activación de los receptores A2a y A2b expresados ​​por EC y VSMC media los efectos vasodilatadores de la adenosina liberada durante la hipoxia185. En elriñón, diferentes receptores de adenosina están presentes en las diferentes partes de la vasculatura¹⁸⁹, y el ATP extracelular y la adenosina ejercen funciones clave en la regulación de la hemodinámica renal y la microcirculación^185,190. En la médula, la adenosina se produce en la rama ascendente gruesa medular del asa de Henle (TALH) después del estrés oxidativo.¹⁹¹y actúa como vasodilatador, induciendo un aumento en el flujo sanguíneo medular a través de un mecanismo que puede involucrar DVR mREC¹⁹². Sin embargo, contrariamente a sus efectos en la mayoría de los demás vasos, la activación de los receptores A2a mediada por adenosina, que se expresan particularmente en las arteriolas aferentes, desencadena la vasoconstricción de la vasculatura renal, lo que puede afectar el flujo sanguíneo renal y la filtración glomerular.^185,193. Es de destacar que se ha identificado un papel para los receptores purinérgicos en la progresión de la ERC¹⁹⁴.