Parte 2 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

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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 deriñónlesióny 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 el tratamiento deriñónenfermedadesyriñónregeneración.

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Las respuestas de las REC a los cambios en la tensión de cizallamiento Las CE están constantemente expuestas a una fuerza de estiramiento inducida por la pulsatilidad del flujo sanguíneo y una fuerza de fricción paralela a la pared del vaso, la tensión de cizallamiento del fluido.¹⁹⁵. Estas células están equipadas para detectar estas fuerzas y transducirlas en señales bioquímicas que pueden afectar la homeostasis de los vasos al regular el tono vascular y la remodelación de EC, que ajusta el flujo sanguíneo para cumplir con los requisitos del tejido195. Curiosamente, las CE de diferentes partes del lecho vascular están expuestas a tipos de flujo específicos y responden en consecuencia195 (Fig. 5a). En arterias y arteriolas, el flujo sanguíneo es muy pulsátil, mientras que en los capilares es de magnitud similar pero menos pulsátil, y en vénulas y venas el flujo sanguíneo es entre tres y diez veces menor y la pulsatilidad es mínima195. En elriñón, the vasculature of the cortex receives >94 por ciento del flujo sanguíneo renal¹⁹⁶lo que sugiere que la vasculatura medular está expuesta a un entorno de esfuerzo cortante relativamente bajo. Por el contrario, los gREC están expuestos a un entorno de tensión de cizallamiento relativamente alto (estimado en 1 dyn/cm2 hasta 95 dyn/cm2), como resultado del flujo sanguíneo y la presión altos combinados con una mayor viscosidad de la sangre como resultado de la filtración. proceso197 (Fig. 5b). La exposición de gREC al esfuerzo cortante es fundamental, ya que previene la agregación plaquetaria, en parte al inducir el despliegue conformacional de la glicoproteína sanguínea factor de von Willebrand (vWF), lo que aumenta su susceptibilidad a la escisión por la metaloproteasa ADAMTS13.^198,199. La importancia de este fenómeno para la salud de gREC queda demostrada por el fenotipo protrombótico observado en el síndrome hemolítico urémico asociado a la toxina Shiga. La toxina Shiga promueve la secreción de vWF por gREC y la formación de multímeros de vWF ultragrandes que son resistentes a la escisión por ADAMTS13 e inducen microangiopatía trombótica en glomérulos y elriñónmicrovasculature200, lo que eventualmente conduce a AKI. En la púrpura trombocitopénica trombótica, la baja actividad de ADAMTS13 produce un resultado similar¹⁹⁹.

La importancia de la tensión de cizallamiento también queda ilustrada por el desarrollo de lesiones ateroscleróticas en las arterias renales, que pueden provocar estenosis de la arteria renal, la principal causa individual de hipertensión secundaria201,202. Estas lesiones se desarrollan en regiones ateropronas de las arterias y arteriolas que están expuestas a una tensión de cizallamiento laminar menor que en otras regiones, como las regiones de bifurcación arterial, donde el flujo sanguíneo suele estar alterado201 (fig. 5c).

Efectos del esfuerzo cortante laminar en las CE.El estrés de cizallamiento laminar induce la regulación al alza de los factores de transcripción Krüppel-like factor 2 (KLF2) y KLF4 en las CE, en parte a través de la liberación de ATP y la posterior activación de los receptores purinérgicos P2X4203, y en parte a través de la activación de la señalización MEK5–ERK5–MEF2 ruta^204,205(Figura 5d). En elriñón, Klf2 y Klf4 junto con el gen objetivo de KLF4, Thbd (que codifica la trombomodulina), se ha informado que son marcadores de gREC derivados de las arteriolas eferentes en ratones adultos^10,11(Figura 3b). La ubicación de estos marcadores sensibles al flujo es consistente con el hecho de que los REC ubicados en el sitio de salida inmediato de los glomérulos están expuestos a un alto esfuerzo de cizallamiento laminar, potencialmente relacionado con la alta viscosidad sanguínea de esta región. La regulación al alza y la activación de KLF2 median la quiescencia de las CE, caracterizada por un aumento en la expresión de cadherina y -catenina VE para ayudar al mantenimiento de una barrera vascular estrecha206, la alineación de las CE en la dirección del flujo207, la inhibición de la inflamación y el mantenimiento de un fenotipo antiaterogénico, una regulación al alza de antioxidantes y una disminución del tono vascular secundaria a la producción endotelial de NO y prostaciclinas208–210 (fig. 5d). La activación de KLF2 en gREC los protegió contra lesiones y progresión de la enfermedad en modelos animales de ERC^211,212. En consecuencia, KLF2 se regula positivamente en el endotelio glomerular en respuesta a la tensión de cizallamiento in vitro, donde promueve un fenotipo anticoagulante y antiinflamatorio y desencadena una disminución dependiente del endotelio en la resistencia de la barrera de los podocitos, necesaria para una función de filtración adecuada204. El upregulation de gREC KLF2 secundario a la hiperfiltración glomerular confirió protección contra la disfunción de EC y atenuó la progresión de la ERC en un modelo de nefrectomía unilateral212. Por el contrario, la pérdida de KLF2 endotelial exacerbó la hipertrofia glomerular y la proteinuria en un modelo de hipertrofia glomerular inducida por estreptozotocina.diabéticoriñónenfermedad²¹¹. El KLF4 endotelial también es renoprotector en AKI213. La pérdida específica de EC de KLF4 exacerbó la lesión renal en un modelo de LRA isquémica al promover la adquisición de EC de un fenotipo proinflamatorio²¹³. Sin embargo, vale la pena señalar que KLF2 y KLF4 tienen funciones específicas del contexto en el endotelio214. Por ejemplo, pueden promover la activación de EC y la formación de lesiones que conducen a malformaciones cavernosas cerebrales en desarrollo.^214,215.

La exposición al esfuerzo cortante laminar reduce la absorción de glucosa²¹⁶y estimula la biogénesis mitocondrial en las CE^217–219. La activación de KLF2 regula a la baja la expresión de PFKFB3 junto con la de otros genes glucolíticos como HK2 (que codifica la hexocinasa 2) y PFK1 (que codifica la fosfofructocinasa 1 (PFK1)), lo que da como resultado una disminución de la glucólisis216 y la interrupción de los intermediarios glucolíticos tempranos disponibles a la vía biosintética de hexosamina y ácido glucurónico para la síntesis de UDP-GlcUA y UDP-GlcNAc, respectivamente, que son los sustratos limitantes de la hialuronano sintasa (HAS2)^{133,220–222}. KLF2 también induce la expresión y translocación de membrana de HAS2 y la consiguiente síntesis del componente hialuronano del glucocáliz.^133,222. Por lo tanto, las EC expuestas al flujo laminar muestran un glucocáliz mucho más grueso que las EC expuestas a un flujo perturbado133 (Fig. 5d, e). La eliminación específica de EC de Has2 tiene efectos profundos en elriñón, incluido el deterioro de la estructura del glucocáliz de los gREC capilares, la interrupción de las fenestraciones endoteliales glomerulares40, la albuminuria indicativa de disfunción de la barrera de filtración, la alteración de la señalización de la angiopoyetina 1 dependiente del glucocáliz y las estructuras anormales de los podocitos como resultado de una diafonía anormal entre las CE y los podocitos, lo que da como resultado rarefacción capilar y glomeruloesclerosis⁴⁰.

La respiración mitocondrial y la generación de ATP también aumentan en las CE bajo flujo unidireccional en comparación con las expuestas a flujo perturbado223,224. El bloqueo de la generación de ATP mitocondrial inhibe la liberación de ATP inducida por el estrés de cizallamiento mientras que, por el contrario, la inhibición de la glucólisis no tiene ningún efecto, lo que sugiere que se requiere la respiración mitocondrial EC para la activación del receptor purinérgico, que a su vez induce la expresión de KLF2 en respuesta al estrés de cizallamiento^203,218,224. Además, la biogénesis mitocondrial aumenta en respuesta al estrés de cizallamiento, debido a la activación de una cascada de señalización SIRT1-PGC1a-TFAM217,219, mientras que la expresión de genes antioxidantes, como la hemooxigenasa 1 y la glutaredoxina 1, aumenta para proteger las CE de ROS225,226 (Fig. 5d). La inhibición de la cadena de transporte de electrones en las CE expuestas al flujo laminar resultó en la inflamación de las CE, lo que sugiere que la respiración mitocondrial previene la activación de las CE²²³. En elriñón, la activación del receptor 5-HT1F para estimular la biogénesis mitocondrial en REC puede reducir la rarefacción vascular y promover la recuperación de la lesión, como se ha demostrado en un modelo de AKI227.

KLF4 también induce la regulación positiva de la colesterol-25- hidroxilasa (CH25H) y el receptor X del hígado tras la exposición a un esfuerzo cortante pulsátil ateroprotector²²⁸. CH25H cataliza la producción de 25-hidroxicolesterol, que previene la activación de la proteína de unión a elementos reguladores de esteroles 2 (SREBP2), un mediador importante en la respuesta de EC al flujo sanguíneo alterado (ver más abajo)229,230. Por lo tanto, la modulación de la expresión y activación de KLF2 y KLF4 por el estrés de cizallamiento laminar y sus consiguientes respuestas metabólicas pueden tener un papel fundamental en el mantenimiento de la quiescencia REC y la filtración glomerular (Fig. 5d).

Efectos del flujo sanguíneo alterado en las CE.Las CE expuestas a un flujo sanguíneo alterado, como en bifurcaciones o curvaturas arteriales, se activan y exhiben un fenotipo proinflamatorio y aterogénico231 (Fig. 5e). Por lo tanto, la activación de las REC arteriales y arteriolares aferentes ubicadas en tales regiones ateropronas podría promover el desarrollo de estenosis de la arteria renal aterosclerótica.

La expresión de KLF4 es reprimida por el flujo sanguíneo alterado, con una mayor metilación de la región promotora de KLF4 que impide la unión de MEF2 y la posterior transcripción de KLF4²³². Además, el microARN (miR)-92a, que se induce en las regiones ateropronas en respuesta a un esfuerzo cortante bajo, reprime la expresión endotelial de KLF2, KLF4 y SIRT1, y regula a la baja la fosfatasa del ácido fosfatídico tipo 2B (PPAP2B)216,233,234. En condiciones de tensión de cizallamiento laminar normal, PPAP2B desfosforila el ácido lisofosfatídico (LPA) circulante, evitando su unión al receptor LPAR1, que de lo contrario induce señalización proinflamatoria233 (Fig. 5e). La pérdida endotelial de PPAP2B conduce a una inflamación local y sistémica exacerbada asociada con un aumento de la permeabilidad endotelial235. La señalización LPA está involucrada enriñónenfermedad a través de la inducción de ROS, citocinas inflamatorias y fibrosis236

La exposición endotelial a bajo estrés de cizallamiento y flujo alterado induce la expresión de enzimas glucolíticas y de piruvato deshidrogenasa quinasa 1 (PDK1), desacoplando así la glucólisis del metabolismo mitocondrial y disminuyendo la respiración mitocondrial en las CE^223,237(Figura 5e). Mecánicamente, el flujo perturbado induce la producción de ROS derivadas de NAD(P)H oxidasa 4 (NOX4) y activa NF-κB, lo que conduce a la regulación al alza y la estabilización de HIF1 al evitar su degradación^223,237. La activación de la vía NF-κB se ha relacionado con la actividad de la heparinasa y la consiguiente degradación del glucocáliz.^238.De acuerdo con estos hallazgos, la activación de NF-κB es reprimida por la tensión de cizallamiento crónica en el endotelio glomerular239. La activación de HIF1 en respuesta al flujo alterado aumenta la proliferación de CE arteriales y la expresión de marcadores inflamatorios, mientras que la inhibición de la glucólisis previene estas respuestas223,237. Además, la activación de la fosforilación oxidativa mitocondrial previene el fenotipo proinflamatorio inducido por el flujo alterado en las EC arteriales.²²³.

Las alteraciones en el estrés de cizallamiento bajo también inducen la activación de los factores de transcripción proinflamatorios YAP y TAZ, mientras que el estrés de cizallamiento laminar los inhibe de manera dependiente de la integrina.^240,241. La activación de YAP y TAZ modula el metabolismo de EC al estimular la glucólisis y la actividad mitocondrial de manera dependiente de MYC²⁴², y al regular al alza la glutaminólisis²⁴³. Por el contrario, la enzima glucolítica PFK1 estimula la actividad de YAP y TAZ en un bucle de retroalimentación positiva244. YAP y TAZ son mecanorreguladores de la vía de señalización TGF-SMAD en elriñón. Se ha demostrado que promueven la fibrosis renal en un modelo experimental de obstrucción ureteral unilateral, aunque se ha investigado poco el papel de las REC en esta respuesta fibrótica como resultado de la transición endotelial a mesenquimatosa.^245,246

Curiosamente, las EC expuestas a un flujo sanguíneo alterado también muestran la activación de SREBP2, que regula al alza los genes involucrados en la síntesis de colesterol, incluida la enzima limitante de la velocidad de la vía del mevalonato HMG-CoA reductasa (Fig. 5e) y disminuye la salida de colesterol.^230,247, aumentando el nivel intracelular de colesterol en las CE^230,247. Curiosamente, la inhibición de la HMG-CoA reductasa por las estatinas induce un aumento endotelial en la expresión de KLF2 y reduce la señalización proinflamatoria por NF-κB, HIF1 y YAP-TAZ, lo que induce una respuesta similar a la EC al flujo laminar.^241,248,249. Además, la activación de SREBP2 promueve la transcripción de miR-92a, regula al alza la expresión de NOX2, lo que induce la producción de ROS y aumenta la expresión del inflamasoma NLRP3, lo que finalmente promueve la inflamación endotelial y la aterosclerosis216,230. Por lo tanto, SREBP2 puede ser uno de los impulsores clave en la respuesta endotelial arterial renal y arteriolar aferente a un flujo alterado.

REC respuestas a los cambios en la osmolaridad

losriñonesPuede producir orina de osmolaridad muy variable dependiendo del estado de hidratación. El multiplicador de contracorriente del asa de Henle genera un gradiente de osmolaridad medular que subyace en el mecanismo de concentración de la orina y determina la osmolaridad final de la orina. Brevemente, el TALH, un segmento de túbulo que en su mayoría es impermeable al agua, transporta activamente NaCl desde el filtrado al intersticio medular, estableciendo una diferencia de osmolalidad de 20 mOsm/kg H2O a través del flujo ascendente y descendente.²⁵⁰ (Figura 6a). Como respuesta osmótica, el agua se reabsorbe a través de la delgada rama descendente de Henle (TDLH), aumentando así la osmolaridad del filtrado250. A medida que este filtrado avanza del TDLH al TALH, la reabsorción activa de NaCl por parte del TALH restablece la diferencia de osmolalidad de 20 mOsm/kg H2O entre el TALH y el intersticio, aumentando aún más la osmolaridad del intersticio medular250. La multiplicación de estas pequeñas diferencias de osmolalidad entre los flujos de contracorriente conduce a un gran gradiente de osmolalidad corticomedular (un multiplicador de contracorriente)²⁵⁰. A nivel de los vasos rectos, la salida de agua facilitada por las acuaporinas ocurre en paralelo con la reabsorción de urea y NaCl dentro del DVR, impulsada por la diferencia entre la osmolaridad sanguínea y medular, lo que resulta en un aumento de la osmolaridad sanguínea hacia la papila.²⁵⁰(Figura 6a). Por el contrario, las AVR muy fenestradas reabsorben agua medular y liberan NaCl en el intersticio, ya que la sangre procedente de la papila es de mayor osmolaridad que la del intersticio medular.²⁵⁰(Figura 6a). Este intercambio de contracorriente entre el DVR y el AVR mantiene el gradiente de osmolaridad medular creado por el sistema multiplicador de contracorriente (Fig. 6a). La alta osmolaridad de la médula también es sostenida por los conductos colectores, que exportan activamente urea dentro del intersticio medular interno mientras concentran la orina de acuerdo con el gradiente de osmolaridad medular a través del transporte de agua facilitado por acuaporina. Como consecuencia, las células medulares, incluidas las mREC, están expuestas a niveles extremos de hiperosmolaridad, especialmente en condiciones de deshidratación en las que la osmolalidad puede aumentar hasta 1400 mOsm/kg en humanos.²⁵⁰(Figura 6a). Como se describe a continuación, la evidencia disponible sugiere que los mREC se han adaptado a estas condiciones extremas mediante la activación de mecanismos de protección y el desarrollo de un perfil metabólico específico10. Es de destacar que otras (R)EC pueden estar expuestas a condiciones hiperosmolares como consecuencia de la hiperglucemia en el contexto de la diabetes mellitus.²⁵¹.

La respuesta de las CE a las condiciones de hiperosmolaridad se ha investigado poco, y la mayor parte de la investigación en este campo se centra en las células epiteliales renales, en las que la hiperosmolaridad desencadena la detención del ciclo celular, la producción de ROS y el daño del ADN.²⁵². En concreto, la respuesta epitelial a la hiperosmolaridad se caracteriza por una reorganización de la actina del citoesqueleto a través de un proceso dependiente de integrinas y de la familia Rho de GTPasas253, activación de los canales Na+ NHE4 (ref. 254), NKCC1 y NKCC2 (ref. 255 ) y la entrada resultante de iones Na+ para el mantenimiento del volumen celular. Estas respuestas desencadenan la expresión de proteínas de choque térmico para mantener el plegamiento correcto de las proteínas y la activación del factor de transcripción sensible a la hiperosmolaridad TonEBP (también conocido como NFAT5); en condiciones de hiperosmolaridad prolongada, como en la papila, estas respuestas finalmente dan como resultado la acumulación de osmolitos orgánicos inertes.²⁵².

La evidencia de un estudio de transcriptoma en ratones expuestos a la privación de agua sugiere que ocurre un proceso similar en el endotelio medular renal10 (Fig. 6b). Estos mREC demuestran una mayor expresión de genes relacionados con las vías de fosforilación glucolítica y oxidativa10 (Fig. 6b). Además, los análisis de transcriptomas han sugerido que estas células participan en procesos enzimáticos y de transporte para ayudar a la acumulación de osmolitos orgánicos inertes, como los derivados del azúcar, los polioles (en particular, el sorbitol, que se deriva de la ruta de los polioles y el mioinositol, que puede absorberse o sintetizarse a partir de intermediarios glucolíticos), aminoácidos (en particular, taurina) y posiblemente metilaminas como betaína y glicerofosfocolina, para equilibrar la osmolaridad entre los compartimentos intracelular y extracelular10 (Fig. 6b). Tras la privación prolongada de agua, los mREC también regulan al alza la Na más / K más ATPasa, presumiblemente para limitar la acumulación intracelular de Na más (Fig. 6b). En este contexto, la fosforilación oxidativa, que produce 32 moléculas de ATP por molécula de glucosa, representaría una estrategia más eficiente que la glucólisis anaeróbica, que libera solo dos moléculas de ATP por molécula de glucosa, para mantener una mayor actividad de Na+/K+ATPasa. Además, es probable que algunos de los intermediarios de la glucólisis que se acumulan en las CE expuestas a condiciones hiperosmolares se desvíen de su destino glucolítico para entrar en las vías de síntesis de osmolitos, en particular los polioles, el sorbitol y el mioinositol.¹⁰. Juntas, estas adaptaciones metabólicas de los mREC a los cambios en la osmolaridad permitirían su supervivencia en entornos hiperosmolares extremos y les permitirían sostenerriñónfunción^10,256.

Adaptación de EC en homeostasis tisular

Las CE son instruidas por la señalización del factor de crecimiento angiogénico de las células de apoyo, como los pericitos, las células epiteliales y los podocitos. Por el contrario, el endotelio instruye a sus células vecinas directas mediante señalización autocrina.

Exposición de REC a factores angiogénicos

Aunque las EC se consideran inactivas en la edad adulta en condiciones fisiológicas, uno de los hallazgos más intrigantes obtenidos de los estudios de RNA-seq de una sola célula disponibles en REC es la presencia de algunas EC angiogénicas típicas en elriñóncorteza y médula en ratones adultos sanos6,10. Estas REC se caracterizan por un programa genético similar al de las EC migratorias angiogénicas (también conocidas como células punta) (Fig. 7a). Estas células probablemente estén expuestas a factores de crecimiento angiogénicos y pueden contribuir a la regeneración vascular en la vasculatura adulta, aunque su papel aún se desconoce. Las células del riñón pueden producir factores de crecimiento angiogénicos, ya sea de manera constitutiva (por ejemplo, en el caso de VEGFA derivado de podocitos) o en respuesta a cambios en las condiciones del microambiente, como hipoxia, estrés oxidativo, estrés de cizalla o inflamación. Los factores de crecimiento angiogénico impulsan la vascularización de los glomérulos y túbulos duranteriñóndesarrollo en un proceso que depende principalmente de la cooperación de brotación y angiogénesis intususceptiva257 (Fig. 7a,b). Por ejemplo, las angiopoyetinas y su receptor endotelial afín Tie2 apoyan la linfangiogénesis y son fundamentales para el desarrollo de AVR en embriones de ratón, y son necesarios para la capacidad de concentración de la orina30. La señalización de VEGF también es necesaria para el correcto desarrollo de la arquitectura glomerular. Por ejemplo, la neutralización de VEGF mediada por anticuerpos en ratones recién nacidos altera la formación de vasos en la corteza renal superficial y los glomérulos y, en última instancia, altera el desarrollo de las nefronas258, mientras que la eliminación posnatal de VEGFR2 daña el endotelio glomerular48. Además, la pérdida de VEGFA derivado de podocitos impide la vascularización glomerular y conduce a la muerte perinatal, mientras que la pérdida heterocigótica de Vegfa produce endotelinas glomerulares y proteinuria49. Por lo tanto, el VEGF derivado de podocitos es una señal fundamental para establecer el endotelio glomerular y mantenerlo en la edad adulta257. Del mismo modo, VEGFA derivado de células epiteliales tubulares es necesario para el desarrollo y mantenimiento de los capilares peritubulares.⁵⁰.

Al igual que con la activación endotelial en la activación inmune, la respuesta fisiológica de los REC a la señalización angiogénica puede desregularse en condiciones de enfermedad.²⁵⁹. Por ejemplo, la angiogénesis desregulada se observa en rechazosriñónaloinjertos²⁶⁰. Además, la pérdida de factores angiogénicos, principalmente VEGF, se ha implicado en la pérdida capilar tras el FRA261; por el contrario, la regulación positiva de VEGF mejorariñóny la administración de VEGF reduce la rarefacción capilar en el contexto de la lesión por isquemia-reperfusión^262,263. La evidencia experimental y clínica sugiere que en la ERC se altera el equilibrio entre los factores proangiogénicos y antiangiogénicos^259,264. Aunque la ERC se caracteriza por la rarefacción de los capilares peritubulares, lo que promueveriñónhipoxia, impide la rediferenciación de los túbulos en regeneración y es probable que esté asociado con la transición endotelial a mesenquimatosa, lo que contribuye a la fibrosis renal, la señalización proangiogénica en gREC capilares favorece la interrupción de la barrera de filtración259. Por ejemplo, la evidencia de modelos animales sugiere que en las primeras fases de la nefropatía diabética, el endotelio glomerular y las EC que se encuentran en la vecindad del glomérulo experimentan una angiogénesis anormal mediada por VEGF; el bloqueo de la angiogénesis en estos modelos mejora la función renal²⁶⁵.

Si bien se sabe poco sobre el crecimiento de los vasos intususceptivos, la angiogénesis germinal se ha caracterizado intensamente1. El proceso de germinación se orquesta a través de la activación de los receptores de superficie de EC y las vías de señalización aguas abajo por factores de crecimiento angiogénicos, y la aparición de dos fenotipos de EC angiogénicos principales: EC proliferantes (también conocidas como células tallo) y EC migratorias (también conocidas como células punta); descrito en detalle en otra parte^1,266,267). A nivel metabólico, cada tipo de CE angiogénico tiene necesidades específicas (demandas energéticas y de biomasa), según su fenotipo proliferativo o migratorio, y adapta su metabolismo en consecuencia144 (Cuadro 1). Queda por determinar si las REC angiogénicas, identificadas mediante estudios de RNA-seq de una sola célula en ratones adultos sanos, exhiben una actividad fenotípica y metabólica similar a la de las células tip. Además, la capacidad potencial de estrategias metabólicas como la suplementación metabólica para promover la angiogénesis o la linfangiogénesis parariñónla reparación y regeneración también requiere más investigación.

Señalización angiocrina en riñón

Las EC también instruyen directamente a sus células vecinas a través de la liberación de factores de crecimiento y citoquinas, y la expresión de moléculas de adhesión268. En elriñón, la vasculatura establece un nicho que sostiene el desarrollo y mantenimiento de lariñónestructura y función4,11. La prueba directa de este concepto la proporcionan los estudios de organoides renales derivados de células madre pluripotentes inducidas, en los que se puede inducir la maduración de estructuras glomerulares y tubulares mediante la promoción de la vascularización y el flujo sanguíneo mediante el trasplante del organoide debajo de la cápsula renal de ratones269. Además, la alteración del endotelio glomerular en los riñones embrionarios de ratón impide la maduración de los podocitos, en particular, la adquisición de procesos podales y diafragmas de hendidura.⁴⁹. Curiosamente, tanto la vasculatura renal en desarrollo como la adulta demuestran diferencias espaciales en la expresión de factores endocrinos. Durante el desarrollo del glomérulo, la metaloproteinasa de matriz 2 derivada de EC parece regular la interacción de las EC con los podocitos para el ensamblaje glomerular.²⁷⁰, mientras que la expresión de PDGFB estimula el reclutamiento de células mesangiales^271,272. El endotelio glomerular en desarrollo también expresa genes de factores de crecimiento como Fgf1 y Vegfa, el ligando de Notch Dll4, la señal de guía neuronal Sema5a y el antagonista de Wnt Dkk2 (refs4,11); Dkk2 también está enriquecido en gREC de arteriolas aferentes que se asocian con la JGA en la edad adulta10. Las arterias y arteriolas renales en desarrollo también expresan factores de crecimiento, incluidos Pdgfb, Tgfb2 y Ltbp4 (ref. 11); la expresión de Tgfb2 y Ltbp4 permanece enriquecida en los mismos subconjuntos de REC en la edad adulta10. Sorprendentemente, el sistema de señalización del factor de crecimiento similar a la insulina muestra una clara zonación dentro del adultoriñónvasculatura: Igf1 se expresa principalmente en lariñónmédula por los REC del AVR en la papila, Igfbp7 se considera un amplio marcador de mREC, Igfbp4 se encuentra en los gREC arteriolares aferentes, Igfbp3 se expresa principalmente en los cREC capilares peritubulares e Igfbp5 se enriquece tanto en los capilares corticales peritubulares como glomerulares10,11. Muchos otros factores endocrinos también muestran una expresión heterogénea entre los diferentes fenotipos de EC en riñones de ratones adultos10. Su papel en el mantenimiento deriñónel tejido y las funciones quedan por investigar.

La señalización angiocrina también es fundamental para los procesos de reparación después de una lesión renal. Por ejemplo, las REC pueden contribuir a la recuperación renal después de una LRA al regular las respuestas inflamatorias o proporcionar señales protubulogénicas.²⁷³. En cocultivos, las células del túbulo proximal renal estimulan las REC para que expresen una serie de factores angiocrinos, incluidos VEGF, TGF, su antagonista 2-macroglobulina y factor de crecimiento de hepatocitos, que a su vez promueven la supervivencia, proliferación y diferenciación del túbulo proximal. celdas274. Es probable que la rarefacción capilar induzca procesos de 'reparación desregulada de lesión crónica', que dan como resultado una regeneración epitelial alterada, pérdida de nefronas y señales proinflamatorias y fibróticas, posiblemente debido a señales angiocrinas insuficientes273. En apoyo de esta hipótesis hay evidencia que demuestra que los extractos de células progenitoras endoteliales poseen actividad renoprotectora en modelos animales de LRA al prevenir la pérdida capilar y reducir la fibrosis, con factores endocrinos como el factor inhibidor de la leucemia que previenen y revierten la transición de fibroblastos a miofibroblastos²⁷⁵.

Se justifica una mayor investigación de los microambientes fisiológicos y patológicos que dan forma a los perfiles endocrinos de las REC. Además, quedan por determinar los mecanismos por los cuales los procesos metabólicos de REC se interrelacionan con estas distintas firmas endocrinas. Curiosamente, un estudio de 2020 describió la comunicación de metabolitos endocrinos en la regeneración muscular después de la isquemia. Ese estudio demostró que el lactato derivado de EC induce a los macrófagos a adoptar un fenotipo similar a M2-pro-regenerativo, lo que plantea la cuestión de si un mecanismo similar podría ocurrir en elriñónpara promover la regeneración después de lesiones isquémicas²⁷⁶.

Conclusiones

Durante mucho tiempo se ha considerado que el sistema vascular de los mamíferos es un conducto pasivo para el suministro de oxígeno y nutrientes a los diferentes órganos, así como para la eliminación de desechos, con el endotelio sirviendo como barrera entre la sangre y el tejido. Este paradigma ya no es válido ya que la investigación intensiva en el campo vascular ha revelado un papel activo del endotelio no solo en la regulación del vasotono y la inflamación, sino también en la maduración de los órganos a través de la producción de mediadores endocrinos, la inmunidad y la función de los órganos. La importancia de las EC para estos procesos se evidencia por el hecho de que cada órgano se beneficia de un endotelio único, adaptado a sus necesidades específicas y moldeado por el microambiente celular y no celular.

Endotelio en elriñónes exclusivo de ese órgano y exhibe una gran heterogeneidad para sostener las múltiples actividades del riñón en la homeostasis de líquidos y presión arterial. Es importante destacar que la disfunción de REC no solo está asociada con la enfermedad renal, sino que también puede impulsar la progresión de la enfermedad, lo que identifica al endotelio renal como un objetivo terapéutico relevante. En la última década, extensos análisis han revelado que el metabolismo de las EC está estrictamente regulado a nivel celular y subcelular y que diferentes fenotipos de EC muestran perfiles metabólicos únicos. La plasticidad del metabolismo de las EC proporciona un mecanismo para orquestar el comportamiento fenotípico de las EC, lo que permite que las EC respondan activamente a los cambios en su microambiente, pero también brinda una oportunidad potencial para la orientación terapéutica. Por ejemplo, la inhibición de PFKFB3 endotelial en el flujo glucolítico normalizado de EC tumorales y la maduración mejorada de los vasos se asocian con una menor activación endotelial y un endurecimiento de la barrera endotelial.²⁷⁷. Además, la suplementación de EC con el precursor de acetil-CoA, acetato, promueve la (linfa)angiogénesis, in vitro e in vivo.^278–280. Las dietas específicas también pueden ofrecer nuevas vías terapéuticas: un estudio de 2019 demostró que una dieta cetogénica promueve la linfangiogénesis al aumentar la reserva de acetil-CoA en los LEC y disminuir el linfedema en un modelo animal²⁸¹

Del mismo modo, en elriñón, se cree que la heterogeneidad fenotípica de las REC está impulsada por adaptaciones metabólicas a las necesidades celulares y las señales del microambiente tanto en la salud como en la enfermedad. La orientación metabólica de la disfunción endotelial, así como la angiogénesis y la linfangiogénesis, son estrategias potenciales para mejorar la función renal en el contexto de la enfermedad renal. Los organoides renales se han propuesto como un enfoque regenerativo para reemplazarriñónpero su falta de vasculatura desarrollada es una limitación importante^282–284. Estrategias (incluyendo estrategias metabólicas) para estimularriñónla vascularización de los organoides y promover la maduración de las CE puede promover la maduración de estos organoides y, en última instancia, facilitar su uso terapéutico²⁶⁹. A pesar de la necesidad de una mayor investigación sobre las especificidades del endotelio renal, la evidencia disponible respalda el papel clave de estas células enriñónprocesos fisiológicos y sugiere que la orientación (metabólica) de REC podría ser una estrategia muy beneficiosa para promover la recuperación y regeneración renal.

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