Parte 1 Heterogeneidad de fibroblastos y tejidos linfoides terciarios en el riñón
Mar 16, 2022
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Resumen
Los fibroblastos residen en varios órganos y dan soporte a la estructura tisular y la homeostasis en condiciones fisiológicas. Las alteraciones fenotípicas de los fibroblastos subyacen al desarrollo de diversas condiciones patológicas, incluida la fibrosis de órganos. Los avances recientes en la biología unicelular han revelado que los fibroblastos comprenden subpoblaciones heterogéneas con fenotipos distintos, que ejercen efectos tanto beneficiosos como perjudiciales en los órganos del huésped de una manera dependiente del contexto. En elriñón, las alteraciones fenotípicas de los fibroblastos residentes provocan condiciones patológicas comunes deenfermedad renal cronica(ERC), como anemia renal y pérdida de capilares peritubulares. Además, en ancianos lesionadosriñones, los fibroblastos proporcionan soporte funcional y estructural para los tejidos linfoides terciarios (TLT), que sirven como sitio ectópico de las reacciones inmunitarias adquiridas en diversos contextos clínicos. Los TLT están estrechamente relacionados con el envejecimiento y la progresión de la ERC, y las etapas de desarrollo de los TLT reflejan la gravedad de la lesión renal. En esta revisión, describimos la comprensión actual de la heterogeneidad de los fibroblastos tanto en condiciones fisiológicas como patológicas, con especial énfasis en la contribución de los fibroblastos a la formación de TLT en elriñón. La disección de las características heterogéneas de los fibroblastos proporcionará una opción terapéutica prometedora para las condiciones patológicas relacionadas con los fibroblastos, incluida la formación de TLT.
PALABRAS CLAVEcrónicoriñónenfermedad, fibroblasto, fibrosis, miofibroblasto, tejido linfoide terciario
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1|INTRODUCCIÓN
En el pasado, la identificación celular en el tejido se basaba en la apariencia morfológica bajo observación microscópica cuidadosa. Los avances en biología molecular condujeron al descubrimiento de marcadores moleculares específicos para cada tipo de célula que pueden utilizarse para la clasificación celular, y esto contribuyó significativamente a la exploración de diversos mecanismos biológicos. Los avances recientes en el análisis multiómico de una sola célula han revelado las características heterogéneas de las poblaciones celulares con una resolución sin precedentes y han reconstruido drásticamente nuestra comprensión de los fenómenos biológicos. Cada categoría de células comprende varias subpoblaciones con distintas funciones, que caracterizan el microambiente específico del tejido tanto en contextos fisiológicos como patológicos. El campo de investigación de los fibroblastos no es una excepción, y se ha acumulado una enorme evidencia que sugiere sus características heterogéneas.
Los fibroblastos son células fusiformes ubicadas en los espacios intersticiales de varios órganos, donde sintetizan varias proteínas estructurales, como colágenos y fibronectinas, para organizar la matriz extracelular (MEC) y mantener la homeostasis de los órganos.1 Además de sus funciones comunes en todos los órganos , los fibroblastos desempeñan funciones específicas de órganos junto con otras células residentes. Por ejemplo, una subpoblación de fibroblastos residentes en elriñónproduce eritropoyetina (EPO), un regulador principal de la eritropoyesis. Estudios recientes han revelado que los fibroblastos en diferentes órganos exhiben una alta heterogeneidad funcional. Bajo condiciones patológicas, ocurren alteraciones fenotípicas dramáticas de los fibroblastos y contribuyen significativamente al desarrollo de disfunción orgánica. Los fibroblastos se transdiferencian en miofibroblastos y promueven la progresión de la fibrosis de órganos, que es la manifestación de una reparación desadaptativa después de una lesión.2 En el riñón, los fibroblastos desempeñan funciones cruciales en el desarrollo y progresión deenfermedad renal cronica(ERC), que tiene una alta morbilidad y mortalidad en todo el mundo incluso en la era moderna.3 Los fibroblastos impulsan varias condiciones patológicas relacionadas con la ERC, como la fibrosis renal y la anemia renal, independientemente de la etiología de la ERC. Además, los fibroblastos también desempeñan funciones multifacéticas de manera dependiente del contexto. En los riñones lesionados envejecidos, por ejemplo, los fibroblastos desempeñan un papel crucial en la formación de tejido linfoide terciario (TLT), un tejido linfoide ectópico inducible provocado por la inflamación crónica.4 La aclaración de las características individuales de los fibroblastos aclarará los mecanismos subyacentes de los fibroblastos relacionados. condiciones patológicas y facilitar el desarrollo de terapias efectivas.
En esta revisión, primero describimos la heterogeneidad de fibroblastos en términos de su origen y función en condiciones fisiológicas. Posteriormente, discutimos la heterogeneidad funcional de los fibroblastos en diversas condiciones patológicas, incluida la fibrosis de órganos y sus interacciones con otros tipos de células y el microambiente circundante. Se pone especial énfasis en los fibroblastos residentes en elriñóny su implicación en la progresión de la ERC. Finalmente, se discutirá la contribución de los fibroblastos a la formación de TLT y su significado clínico.
2|LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS FIBROBLASTOS
2.1|Características y funciones de los fibroblastos en condiciones fisiológicas
Los fibroblastos generalmente se identifican por su morfología, localización y expresiones de marcadores representativos, como PDGFR y CD73.1 Sin embargo, estos marcadores no son absolutamente específicos para los fibroblastos, por lo que la ausencia de marcadores para otros linajes celulares (p. ej., CD45 para células hematopoyéticas ) se utiliza a menudo para identificar fibroblastos. En condiciones fisiológicas, los fibroblastos contribuyen al mantenimiento de la estructura tisular normal al respaldar la renovación de la MEC. Además de estas funciones, los fibroblastos residentes también desempeñan funciones específicas de tejido. Por ejemplo, en el corazón, donde los fibroblastos comprenden la población celular más grande, los fibroblastos detectan el estiramiento mecánico e interactúan con los miocitos a través de la unión comunicante, lo que permite una conducción eléctrica adecuada y mantiene la función cardíaca normal.5Además, el agotamiento de fibroblastos en la médula ósea y el músculo esquelético provoca anemia y caquexia,6 lo que sugiere su importancia en la homeostasis tisular normal en varios órganos.
losriñónes un órgano único en el que múltiples tipos de células residen cerca unas de otras y funcionan armoniosamente para ejercer funciones renales específicas, como la eliminación de productos de desecho y el mantenimiento del equilibrio de líquidos corporales. Los fibroblastos brindan soporte estructural a las nefronas, la unidad funcional básica del riñón, y tienen una interacción directa con otras células renales residentes, como las células tubulares proximales.7 Como función específica de los fibroblastos residentes renales, ciertas subpoblaciones de fibroblastos en la corteza profunda y la médula externa produce EPO en respuesta a la hipoxia, lo que estimula la eritropoyesis en la médula ósea.8 Las células productoras de EPO poseen una morfología dendrítica similar a una neurona y expresan marcadores neuronales, como la proteína 2 asociada a microtúbulos (MAP2) y el polipéptido ligero de neurofilamento (NFL). .8 Curiosamente, en condiciones de anemia severa, casi todos los fibroblastos residentes, incluidos los de la corteza externa, producen EPO, lo que sugiere la alta plasticidad de la función de los fibroblastos.9 La localización de las células productoras de EPO contrasta marcadamente con otros factores de crecimiento hematopoyéticos. , como los factores estimulantes de colonias de granulocitos, que se sintetizan en la proximidad de sus células diana y se divierten acción de manera paracrina. Una explicación de esta discrepancia es que la concentración fisiológica de oxígeno en el riñón es más baja que en otros órganos, y el flujo sanguíneo renal representa aproximadamente el 20 por ciento del gasto cardíaco, lo que convierte al riñón en el sensor biológico ideal para la hipoxia.10 Los riñones también pueden detectan el estado de los líquidos en la región yuxtamedular y regulan el volumen extracelular ajustando la cantidad de reabsorción de sodio. Junto con la producción de EPO, los riñones pueden establecer el volumen de plasma y la masa de glóbulos rojos en niveles favorables, sirviendo como un "critómetro".11,12Además, los fibroblastos de la médula renal expresan COX1 y COX2, que son enzimas clave en la síntesis de prostaglandinas (PG).13 En condiciones fisiológicas, las PG tienen múltiples funciones en elriñón, como la regulación del flujo sanguíneo renal y la liberación de renina. En general, los fibroblastos residentes en el riñón contribuyen al mantenimiento de la homeostasis renal por varios mecanismos.
2.2|Origen de los fibroblastos
Los orígenes del desarrollo de los fibroblastos son heterogéneos. En elriñón, revelamos previamente que los fibroblastos residentes en la corteza renal y la médula externa se derivan de células extrarrenales marcadas con linaje Cre de proteína cero (P0) de mielina.14 En la fase embrionaria, P0 se expresa en las células de la cresta neural.15 Las células marcadas con el linaje P0-Cre migran desde la cresta neural al embriónriñónen el día embrionario 13,5 y se localizan junto con la cápsula externa y el uréter del riñón. en el adultoriñónSe observan células marcadas con linaje P0-Cre en el intersticio renal y expresan marcadores de fibroblastos como PDGFR y CD73. Curiosamente, la mayoría de los fibroblastos productores de EPO también están marcados con linaje por P0-Cre, de acuerdo con sus características de fenotipos similares a neuronas descritos anteriormente.8 Estos resultados también están respaldados por la observación de que la principal fuente de EPO en la eritropoyesis primitiva son las células neurales y de la cresta neural.16
Por el contrario, los fibroblastos residentes en la médula renal interna están marcados por linaje por Wnt4-Cre,17 ejemplificando la heterogeneidad regional del origen de los fibroblastos en elriñón. En el desarrollo renal, la expresión de Wnt4 se observa en las nefronas ensambladas y el estroma medular.18,19 Wnt4 regula la diferenciación de las células del estroma medular en células del músculo liso,20 así como la transición mesenquimatosa a epitelial y la tubulogénesis.19 De hecho, el agotamiento de Wnt4 atenúa la expresión de actina de músculo liso (SMA) en las células estromales medulares.20
Junto con los diferentes orígenes de los fibroblastos en la corteza y la médula renales, también se han informado varias diferencias fenotípicas entre los fibroblastos corticales y medulares. Por ejemplo, mientras que los fibroblastos corticales expresan ecto-5'-nucleotidasa (5'NT), la mayoría de los fibroblastos medulares no lo hacen.21 En el análisis ultraestructural, los fibroblastos corticales tienden a exhibir una estructura dendrítica para interactuar con las células adyacentes, mientras que los fibroblastos medulares contienen gotitas de lípidos.7,22 Curiosamente, estas gotitas de lípidos también aparecen en los fibroblastos corticales de ratas anémicas.riñones.21 Se necesita investigación futura para determinar si estas diferencias fenotípicas están relacionadas con las diferencias funcionales entre los fibroblastos corticales y medulares.
2.3|Pericitos y fibroblastos
Los pericitos son células murales que rodean las células endoteliales vasculares y controlan la microcirculación. Tradicionalmente, los pericitos se definen principalmente por su ubicación anatómica, su morfología y la expresión típica de marcadores.23 Los pericitos comparten características comunes con los fibroblastos residentes, como su origen mesenquimatoso y su morfología. Los pericitos expresan los mismos marcadores celulares que los fibroblastos residentes, como PDGFR. Aunque se han utilizado varios marcadores para identificar los pericitos, como NG-2, no son absolutamente específicos para los pericitos, y no existe un marcador definitivo que distinga completamente los pericitos de los fibroblastos. De hecho, la eficiencia de rastreo de los pericitos renales por NG-2 es relativamente baja.24 Aunque las diferencias en la localización anatómica en condiciones fisiológicas ayudan en parte a la diferenciación de los pericitos de los fibroblastos residentes, algunos fibroblastos residentes también residen en el área perivascular. ("fibroblastos perivasculares"), por lo que la diferenciación entre pericitos y fibroblastos por localización anatómica no es suficiente.
Al igual que los fibroblastos, el origen de los pericitos es heterogéneo. Mientras que los pericitos en el sistema nervioso central y el timo se originan en la cresta neural derivada del ectodermo, los pericitos en el corazón y los pulmones se derivan del mesotelio.23 En el riñón, los pericitos se originan a partir de progenitores mesenquimales corticales positivos para FoxD1-.25 Las células FoxD1 plus se derivan originalmente de progenitores de mesodermo intermedio nefrogénico Osr1-positivo en la fase embrionaria.26,27Las células FoxD1 plus sirven como progenitores mesenquimales y se diferencian en varios tipos de células, como pericitos, fibroblastos, células del músculo liso vascular y células mesangiales.27 Curiosamente, las poblaciones de células estromales marcadas con el linaje FoxD1-Cre se superponen en gran medida con las células marcadas con el linaje P0-Cre, excepto en la médula interna.14,25,27Esto se confirma por la observación de que las células de la cresta neural que migran en la fase embrionaria expresan FoxD1,28y células marcadas con el linaje P0-Cre que entran en el embriónriñónexpresan transitoriamente FoxD1.14 Consistentemente, las células productoras de EPO también están marcadas por linaje mediante FoxD1-Cre.29 Por lo tanto, existe una gran superposición entre las poblaciones de células definidas como "fibroblastos" y "pericitos" y, como tales, los pericitos y los fibroblastos se han discutido a menudo como un todo. En esta revisión, usamos el término "fibroblastos/pericitos" para definir la población celular que incluye tanto fibroblastos como pericitos. La contribución de FoxD1 más progenitores mesenquimales al conjunto de miofibroblastos y al desarrollo de fibrosis se analizará en la siguiente sección.
Aunque ha sido difícil distinguir los pericitos de los fibroblastos, un estudio reciente que realizó scRNAseq de fibroblastos y células murales (células del músculo liso vascular y pericitos) en órganos musculares nos permite comprender sus diferencias a nivel transcripcional.30 Muhl et al realizaron scRNAseq de células derivadas de corazón, músculo esquelético, colon y vejiga de ratón. Aunque cada tipo de célula exhibe heterogeneidad transcripcional dependiente de órganos, se identificaron 90 subconjuntos de genes superpuestos en los cuatro órganos que podrían utilizarse para discriminar entre pericitos y fibroblastos. Aunque los marcadores de fibroblastos comunes incluyen muchos genes ECM (p. ej., Col1a1), CD34 y PDGFR, los marcadores de células murales comprenden Mcam, Tagln y Notch3. Aunque ningún marcador por sí solo puede definir completamente cada tipo de célula, la combinación de estos marcadores distingue de manera eficiente los pericitos de los fibroblastos. Curiosamente, los pericitos exhiben una localización específica de órganos y una expresión de marcadores en comparación con los fibroblastos. Por ejemplo, aunque los pericitos del colon se localizan en el vértice de las asas capilares subepiteliales con una fuerte expresión de PDGFR y NG-2, los pericitos de la vejiga tienden a expresar SMA. Los distintos perfiles transcripcionales de los pericitos podrían explicar las diferencias funcionales de los pericitos entre los diferentes órganos.
3|MIOFIBROBL A ST: ORIGEN, FUNCIÓN, HETEROGENEIDAD Y CONDICIONES PATOLÓGICAS RELACIONADAS
La fibrosis es la última manifestación común de dishomeostasis de órganos y se define como un depósito excesivo de ECM con arquitecturas tisulares distorsionadas. El desarrollo de fibrosis está regulado por el intrincado equilibrio entre la síntesis de ECM y su degradación.31 Una vez que se desarrolla, la fibrosis se asocia con un mal pronóstico en varios órganos, incluido elriñón, y se considera un predictor confiable de la disminución de la función de los órganos. En el riñón, la fibrosis se desarrolla concomitantemente con anemia renal y pérdida de capilares peritubulares, los cuales son características de la CKD. En el desarrollo de la fibrosis, los miofibroblastos emergen de novo después de la lesión y proliferan y sintetizan activamente los componentes de la MEC (Figura 1).
3.1|El origen de los miofibroblastos
Durante la última década, se han propuesto varias fuentes celulares como candidatas para progenitores de miofibroblastos. Los estudios han revelado que la mayoría de los miofibroblastos se derivan de fibroblastos residentes, tanto en elriñóny otros órganos (p. ej., corazón).14,32,33En elriñón, Los fibroblastos residentes marcados con linaje P0-Cre se transdiferencian en miofibroblastos después de la lesión, con pérdida concomitante de la producción de EPO.14 Consistentemente, los miofibroblastos en lesionadosriñonestambién están etiquetados como linaje por FoxD1-Cre.25 Estos resultados fueron confirmados por un estudio posterior que utilizó ratones EPO-Cre bajo obstrucción ureteral unilateral (UUO), un importante modelo experimental in vivo de fibrosis renal.9 En los miofibroblastos, se activan las señales de NFκB y Smad, que son la base de la transición fenotípica de los miofibroblastos y la disminución de la producción de EPO. Curiosamente, la producción de EPO en los miofibroblastos se restablece mediante la administración de agentes neuroprotectores, como la dexametasona y las neurotrofinas.14 o invirtiendo UUO,9 ejemplificando la alta plasticidad funcional de los miofibroblastos.
A diferencia de los miofibroblastos corticales, los miofibroblastos medulares se originan a partir de Wnt4 más fibroblastos residentes en la médula interna.17 Un análisis transcripcional de una sola célula reciente también respalda la posibilidad de que los (mio)fibroblastos corticales y medulares puedan exhibir fenotipos distintos. snRNAseq en murinoriñónLos modelos de lesión revelaron que las subpoblaciones de fibroblastos se subdividen en cuatro grupos según su sitio de origen cortical o medular.34 Curiosamente, los fibroblastos corticales expresan transitoriamente Acta2 y Col1a1 solo en la fase aguda de la IRI, mientras que los fibroblastos medulares exhiben una expresión sostenida de estos marcadores de miofibroblastos, incluso 6 semanas después de la IRI. Estas diferencias fenotípicas entre los miofibroblastos corticales y los miofibroblastos medulares podrían provenir de los diferentes orígenes de los fibroblastos, como se describió anteriormente.
Un estudio completo publicado recientemente proporcionó pruebas convincentes de que la mayoría de los miofibroblastos se originan a partir de fibroblastos/pericitos residentes no solo en los riñones murinos sino también en los riñones humanos. Kuppe et al analizaron humanos y ratones fibróticosriñonespor scRNAseq con muy alta resolución.35 La mayoría de los miofibroblastos se diferencian de los fibroblastos y los pericitos, con una contribución menor de otros tipos de células, como las células tubulares proximales desdiferenciadas. En este estudio, los miofibroblastos se definieron como las células que expresan la mayor cantidad de genes de ECM, en lugar de la expresión de SMA, y se reveló que los miofibroblastos se marcan de manera más eficiente con la periostina (Postn). Curiosamente, la transición de fibroblasto/pericito a miofibroblasto se caracteriza por la expresión temprana de genes relacionados con el cese del ciclo celular, como la proteína activadora-1 (AP1). La expresión de AP1 es seguida por la expresión de integrinas y TGF, los cuales son los principales impulsores de la fibrosis renal. También identificaron a Nkd2 como el marcador selectivo de miofibroblastos maduros. La expresión de Nkd2 se correlaciona positivamente con la expresión de Postn y ECM, pero negativamente con genes asociados con fibroblastos y pericitos. Derribo de Nkd2 enriñónLos organoides suprimieron la expresión de Col1a1, lo que sugiere que Nkd2 podría desempeñar un papel en el desarrollo de la fibrosis. Aunque se necesita más validación in vivo, existe la posibilidad de que Nkd2 pueda servir como diana terapéutica para la fibrosis renal.
Aunque la contribución de los fibroblastos/pericitos al grupo de miofibroblastos es la más significativa, también se ha informado la contribución de los fibrocitos. Los fibrocitos son células derivadas de la médula ósea con marcadores hematopoyéticos positivos, que producen colágeno y componentes de la MEC. Los fibrocitos migran hacia elriñóncomo células productoras de colágeno prediferenciadas y contribuyen al desarrollo de fibrosis en el riñón.36 Los primeros estudios informaron resultados contradictorios sobre la contribución general de los fibrocitos a los miofibroblastos,24,37principalmente debido a las diferencias en la confiabilidad de los reporteros transgénicos. Estudios recientes que utilizan modelos de parabiosis y scRNAseq demostraron que la mayoría de los miofibroblastos se derivan de fibroblastos/pericitos, pero no de células derivadas de linaje hematopoyético.38 scRNAseq del ser humanoriñóntambién reveló resultados similares,35 lo que sugiere que la contribución de los fibrocitos al conjunto de miofibroblastos es relativamente pequeña en comparación con los fibroblastos/pericitos.
Un estudio anterior argumentó que las células epiteliales se transdiferencian en miofibroblastos mediante la transición epitelial a mesenquimatosa (EMT),39 basado principalmente en la colocalización de marcadores epiteliales y mesenquimales. Sin embargo, los estudios detallados de seguimiento del destino celular cuestionaron la principal contribución de la EMT in vivo y demostraron que la EMT representa solo una pequeña fracción del conjunto de miofibroblastos, si es que existe alguno.24,25,35La transición endotelial a mesenquimatosa (EndoMT) es otro proceso biológico en el que las células endoteliales se transdiferencian en miofibroblastos. Aunque algunos estudios han revelado que EndoMT contribuye a la fibrosis renal,40-42la contribución de EndoMT a las poblaciones generales de miofibroblastos parece ser menos significativa que la de los fibroblastos/pericitos o los fibrocitos.24,35
3.2|Redefiniendo los miofibroblastos
Tradicionalmente, los miofibroblastos se han definido como células que poseen características tanto de fibroblastos como de células de músculo liso y que expresan la proteína contráctil SMA.1 Sin embargo, varios estudios han sugerido que, además de los fibroblastos, los miofibroblastos también exhiben una alta heterogeneidad, y SMA es un marcador inconsistente para los miofibroblastos. . Como se describió anteriormente, en el análisis scRNAseq realizado recientemente de fibróticoriñones, los miofibroblastos se definieron como las células con la mayor expresión de ECM, y se utilizó Postn para identificar miofibroblastos en lugar de SMA.35De hecho, Sun et al utilizaron ratones con doble indicador Col-EGF/ SMA-RFP y revelaron que solo una pequeña fracción de las células productoras de colágeno expresan SMA en modelos de fibrosis renal y pulmonar.43 Otro estudio también indicó que las células del músculo liso y los pericitos expresan niveles más altos de SMA que los mi-fibroblastos, lo que convierte a la SMA en un marcador inconsistente para los miofibroblastos, al menos en la fibrosis pulmonar.44 Curiosamente, los miofibroblastos se subdividen en cinco grupos mediante scRNAseq, y el análisis de pseudotiempo sugiere que cada uno de ellos representa diferentes etapas de la transición de miofibroblastos a partir de fibroblastos.35 Se necesitan más estudios de validación para confirmar la heterogeneidad funcional de los diferentes subtipos de fibroblastos.
3.3|Heterogeneidad funcional de (mio)fibroblastos
En condiciones patológicas, los fibroblastos adquieren fenotipos distintos y desempeñan diversas funciones en función de su microambiente y contexto clínico. En el pulmón, se ha notificado una alta heterogeneidad funcional de los fibroblastos residentes, lo que contribuye a la fibrosis pulmonar a través de distintos mecanismos.44-46 Existen distintas subpoblaciones de fibroblastos pulmonares que residen en diferentes ubicaciones anatómicas (fibroblastos alveolares, adventicios y peribronquiales), y cada uno de ellos exhibe diferentes perfiles transcripcionales en scRNAseq.44 Entre ellos, se identificó una subpoblación de fibroblastos única con alta producción de ECM mediante la expresión de la repetición de triple hélice de colágeno que contiene 1 (Cthrc1). Los fibroblastos Cthrc1-positivos se diferencian de los fibroblastos alveolares y se observan principalmente en los focos fibroblásticos, el sitio central de la fibrogénesis. Presentan una alta capacidad migratoria y colonizadora después de la transferencia intratraqueal, lo que sugiere sus funciones patológicas. Estos resultados indican que distintas subpoblaciones de fibroblastos ocupan diferentes ubicaciones anatómicas en el pulmón, y Cthrc1 marca fibroblastos perjudiciales con alta expresión de ECM. Otro estudio reveló que las alteraciones fenotípicas de los miofibroblastos envejecidos en el pulmón subyacen a la capacidad deficiente de resolución de la fibrosis pulmonar en individuos de edad avanzada.47 Los miofibroblastos envejecidos exhiben una mayor expresión de NADPH-oxidasa 4 (Nox4) mientras que el factor 2 relacionado con NFE2-(Nrf2 ), que es el principal regulador de la respuesta al estrés antioxidante, está regulado a la baja. El desequilibrio redox entre Nox4 y Nrf2 desencadena la adquisición de fenotipos antiapoptóticos y senescentes en fibroblastos envejecidos, lo que promueve la fibrosis persistente. De hecho, el bloqueo in vivo de la actividad de Nox4 por siRNA o inhibidor de molécula pequeña restaura la capacidad de resolución de fibrosis en ratones de edad avanzada, con fenotipos senescentes y antiapoptosis disminuidos en miofibroblastos.
También se informa un fenotipo de fibroblastos único en la enfermedad relacionada con IgG4-(IgG4-RD), que se caracteriza por infiltración de células plasmáticas IgG4-positivas y fibrosis estoriforme.48 Aunque la mayoría de los pacientes con IgG4-RD responden bien al tratamiento con glucocorticoides, la justificación subyacente de la respuesta terapéutica no estaba clara. Revelamos que la expresión del receptor de glucocorticoides (GR) está significativamente aumentada en los órganos afectados de los pacientes, como las glándulas submandibulares, el retroperitoneo yriñones.49 Curiosamente, GR se expresa principalmente en fibroblastos y leucocitos del órgano afectado, lo que explica en parte por qué la administración de glucocorticoides atenúa el desarrollo de fibrosis en IgG4-RD. Aunque la contribución de los fibroblastos al desarrollo de IgG4-RD debe validarse aún más, estos resultados ejemplifican la heterogeneidad funcional de los fibroblastos en el desarrollo de diversas condiciones patológicas.
3.4|Anemia renal y pérdida de capilares peritubulares: dos condiciones patológicas comunes impulsadas por la disfunción de los fibroblastos en el riñón
La fibrosis es la vía común final de la ERC, independientemente de su etiología subyacente. De hecho, la fibrosis en la corteza renal se considera el mejor predictor histológico de disfunción renal en la ERC.50 Esto se debe en parte a que la fibrosis está estrechamente relacionada con otras condiciones patológicas comunes en la ERC, como la anemia renal y la pérdida de capilares peritubulares. Varios factores desencadenan la transición de fibroblastos a miofibroblastos y el desarrollo de fibrosis en el riñón, como la lesión del túbulo proximal.51,52 Como se describe en el capítulo anterior, los fibroblastos/pericitos productores de EPO se transdiferencian en miofibroblastos en respuesta a la lesión, con la pérdida concomitante de producción de EPO. .14,29 La producción de EPO es inducida en la condición hipóxica y regulada por factores inducibles por hipoxia (HIF). En condiciones normóxicas, los HIF se hidroxilan rápidamente por las proteínas que contienen el dominio HIF-prolil hidroxilasa (PHD) que promueven la degradación proteasomal de los HIF. En elriñón, activación de HIF por Ph.D. la inhibición restaura la producción de EPO en los miofibroblastos, y el eje PHD2-HIF2 es la principal cascada reguladora.53 Curiosamente, la producción de EPO en los fibroblastos marcados con el linaje FoxD1-Cre está regulada al alza por la inactivación de PHD2, pero no por la inactivación de PHD1 o PHD3, lo que sugiere que la producción de EPO en estas células está regulada por mecanismos únicos.53 Aunque la terapia estándar actual para la anemia renal es la administración de EPO humana recombinante (rhEPO), la administración de rhEPO exógena se asocia con varios efectos adversos, como hipertensión y eventos trombóticos.54,55Para superar estas desventajas de rhEPO, Ph.D. Se han desarrollado y utilizado inhibidores que regulan al alza los genes inducidos por la hipoxia, incluida la EPO, para el tratamiento de la anemia renal.56 Aunque se requieren más estudios sobre los efectos adversos a largo plazo de Ph.D. inhibidores, dirigidos a los miofibroblastos para inducir la producción de EPO endógena podría ser una estrategia terapéutica prometedora y favorable para la anemia renal en la ERC.
La pérdida de capilares peritubulares y la rarefacción capilar también se desarrollan junto con la fibrosis, y la alteración funcional de los pericitos subyace a estas manifestaciones.57-59En elriñón, los capilares peritubulares están rodeados de pericitos, que sustentan la estructura y función capilar en condiciones fisiológicas. Después de la lesión, estos pericitos se desprenden de los capilares peritubulares y migran a los túbulos lesionados.53,60 En este proceso, los capilares peritubulares pierden el soporte mecánico de los pericitos, dando lugar a|201 ARAI et al. regresión capilar y rarefacción.57,58En el modelo UUO, la apoptosis de las células endoteliales y la pérdida de capilares peritubulares se desarrollan junto con la progresión de la fibrosis.61 Además, los capilares peritubulares de fibróticoriñonesexhiben anomalías morfológicas, como formación de caveolas y vacuolización, y su permeabilidad es elevada, como es evidente en el aumento de la extravasación en las imágenes microscópicas de dos fotones.62 De hecho, la disminución del suministro de sangre renal inducida por la pérdida de capilares peritubulares y la rarefacción se detecta en modelos de ratones con ERC mediante microtomografía computarizada mejorada con contraste.63 Junto con el desarrollo de fibrosis y la deficiencia relativa de EPO, la pérdida de capilares peritubulares contribuye a la disminución del suministro de oxígeno a túbulos renales e intersticio, lo que exacerba la lesión renal y forma un círculo vicioso de progresión de la ERC.64
4|HETEROGENEIDAD FUNCIONAL DE LOS FIBROBLASTOS MÁS ALLÁ DE LA FIBROSIS
Estudios recientes que emplean análisis scRNAseq han revelado la heterogeneidad fenotípica de los fibroblastos en condiciones patológicas en varios órganos y, en consecuencia, han demostrado las funciones versátiles de los fibroblastos. Los fibroblastos no solo ejercen efectos perjudiciales sino que también tienen funciones beneficiosas de manera dependiente del contexto. En esta sección, revisamos la comprensión actual de las diversas funciones de los fibroblastos, además del desarrollo de fibrosis.
4.1|funciones inflamatorias
Los fibroblastos promueven la inflamación de los tejidos en varios contextos.65 Por ejemplo, en el modelo de ratón de infarto de miocardio, los fibroblastos residentes conducen no solo a la fibrosis cardíaca sino también a la inflamación local que deteriora la función cardíaca. Después de un infarto de miocardio, los fibroblastos cardíacos en el área fibrótica aumentan Sox9,66,67que es un factor de transcripción responsable del depósito de ECM en los condrocitos.68 La deleción específica de fibroblastos de Sox9 in vivo alivia la inflamación cardíaca y la fibrosis en la fase crónica después de un infarto de miocardio, lo que conduce a una mejor disfunción del ventrículo izquierdo y cicatrización del miocardio. El RNAseq del tejido cicatricial cardíaco reveló que la eliminación de Sox9 en los fibroblastos regula a la baja los genes proinflamatorios, como IL-6, así como los genes del colágeno. ChIPseq en condrocitos de mamíferos reveló que algunos de estos genes proinflamatorios están directamente unidos por Sox9 en la lesión potenciadora.69 En conjunto, aunque las señales aguas arriba para la regulación positiva de SOX9 deben investigarse más a fondo, estos hallazgos sugieren que Sox9 en los fibroblastos cardíacos regula tanto la fibrosis como la inflamación después de la lesión. infarto de miocardio, y podría considerarse como una nueva diana terapéutica.
Los fenotipos proinflamatorios de las subpoblaciones de fibroblastos también se han investigado intensamente en la artritis reumatoide (AR). Croft et al investigaron modelos de ratón de resolución y artritis persistente y revelaron que los fibroblastos positivos para la proteína de activación de fibroblastos a (FAPa) se acumulan en la articulación inflamada.70 La eliminación de FAPa más fibroblastos atenúa la inflamación local y la deformidad de la articulación, lo que sugiere sus funciones patológicas. Curiosamente, FAPa más fibroblastos se subdividen en dos subpoblaciones distintas por scRNAseq: FAPa más THY1 más fibroblastos y FAPa más THY1- fibroblastos. Los fibroblastos FAPa más THY1 más se localizan en la capa de revestimiento sinovial, mientras que los fibroblastos FAPa más THY1- residen en la capa de revestimiento sinovial. Además de su diferencia espacial, estos fibroblastos son funcionalmente distintos; la transferencia adoptiva de FAPa más THY1 más fibroblastos a la articulación induce una inflamación local grave con un aumento de la infiltración de leucocitos, mientras que la transferencia de FAPa más THY1- fibroblastos produce un aumento de la actividad de los osteoclastos y una deformidad articular sin agravar la inflamación. Estos fibroblastos funcionalmente distintos también se observan en articulaciones humanas con AR. De hecho, FAPa más THY1 más fibroblastos son más abundantes en las articulaciones de los pacientes con AR que en los pacientes con osteoartritis (OA),70 lo que ejemplifica su firma inflamatoria. Otro estudio investigó los tejidos sinoviales humanos mediante RNAseq y scRNA-seq a granel e identificó tres subconjuntos principales de fibroblastos con una expresión distinta de proteínas de superficie.71 Entre ellos, los fibroblastos Pdpn más THY1 más CD34− se expanden en la zona perivascular de la membrana sinovial inflamada y se correlacionan positivamente con la gravedad de la inflamación sinovial en la AR. Los fibroblastos Pdpn más THY1 más CD34− exhiben altos perfiles migratorios y proliferativos in vitro. Curiosamente, la mayoría de estos fibroblastos Pdpn más THY1 más CD34- expresan cadherina-11, que es la base de las características patológicas de los fibroblastos sinoviales murinos.72 También se ha investigado el mecanismo subyacente para regular los fibroblastos proinflamatorios en la AR. Wei et al revelaron que la señalización de Notch3 gobierna la diferenciación de THY1 más fibroblastos sublimadores que subyacen a la inflamación sinovial de la AR.73 El agotamiento genético o el bloqueo farmacológico de la señalización de Notch3 atenúa la inflamación articular y la erosión ósea en el modelo de ratón de AR. En general, estos hallazgos indican que dirigirse específicamente a los fibroblastos inflamatorios puede ser una estrategia terapéutica prometedora en la AR.
Los fibroblastos también actúan como células inmunitarias innatas. Los pericitos/fibroblastos expresan varios receptores de reconocimiento de patrones, como los receptores tipo Toll (TLR), y promueven la cascada inflamatoria local. Leaf et al revelaron que los pericitos renales detectan patrones moleculares asociados al daño (DAMP) liberados de las células lesionadas de una manera dependiente de TLR y MyD88-.74 De la misma manera que las células inmunitarias clásicas, los pericitos activan el inflamasoma NLRP3, lo que conduce a la secreción de IL-1 e IL-18. Estos hallazgos demuestran que la localización intersticial de los pericitos/fibroblastos les permite detectar inmediatamente la lesión inicial y funcionar como propagadores de la inflamación local. Como otro mecanismo para propagar la inflamación local, la observación microscópica intravital reveló que los pericitos cambian su morfología durante la inflamación y forman espacios entre los pericitos adyacentes, lo que facilita la transmigración y el rastreo de neutrófilos.75
Los fibroblastos también contribuyen a la formación de TLT en riñones lesionados envejecidos.4,76 Al secretar quimiocinas homeostáticas como CXCL13 y CCL19, los fibroblastos que residen dentro de los TLT reclutan 202|ARAI et al. linfocitos y proporcionar un andamiaje funcional para TLT, como se analiza en la siguiente sección.
4.2|Regulación de la progresión tumoral
En el microambiente tumoral (TME), los fibroblastos asociados con el cáncer (CAF) comprenden el componente celular más grande en el estroma de TME y juegan un papel importante en la patogénesis del cáncer.77 Los CAF promueven la progresión del cáncer a través de múltiples mecanismos, como la remodelación de la MEC y la secreción de factores de crecimiento y citocinas proinflamatorias. Los CAF también regulan el reclutamiento de células inmunitarias y suprimen la reacción inmunitaria antitumoral.77,78Los CAF exhiben una alta diversidad funcional y regional dependiendo de sus órganos residentes. Por ejemplo, en el adenocarcinoma ductal pancreático (PDAC), se identifican dos subtipos distintos de CAF: un subconjunto de CAF reside junto a las células tumorales con una expresión elevada de SMA, mientras que el otro subconjunto está ubicado lejos de las células tumorales y secreta citocinas inflamatorias, como IL-6.79En el cáncer de mama, los CAF se clasifican en tres subpoblaciones según sus orígenes, cada una de las cuales tiene capacidades de pronóstico independientes.80 Curiosamente, los estudios han sugerido que estas subpoblaciones heterogéneas de CAF podrían subdividirse en dos subtipos funcionalmente distintos: CAF que promueven el cáncer (pCAF ) y CAF que restringen el cáncer (rCAF).77,81 La existencia de rCAF ha sido sugerida por la observación de que el agotamiento genético o la intervención funcional de los CAF proliferantes no inhibe, sino que promueve, la progresión del cáncer.82-84Aunque aún no se ha determinado el marcador específico para rCAF, un estudio reciente reveló que rCAF en PDAC se caracteriza por la expresión de Mifflin,85que se identificó por primera vez como una proteína anclada en glicosilfosfatidilinositol que marca específicamente las células madre/estromales mesenquimales.86 En pacientes con PDAC, la infiltración de Meflin más CAF se correlaciona positivamente con resultados favorables. En el análisis de un modelo de ratón de xenoinjerto subcutáneo, la transferencia de Meflin inducida por lentivirus a las células del estroma tumoral atenuó el crecimiento tumoral y la infiltración de SMA más CAF. El estroma de los tumores de los ratones knockout para Mifflin exhibe estructuras de colágeno más anchas y rectas, y el nivel de expresión de Mifflin en el PDAC humano se asocia con estructuras de colágeno alteradas. Dado que la progresión del cáncer está estrechamente relacionada con la remodelación de la matriz,87 estos hallazgos sugieren que Meflin más CAF suprimen la progresión del tumor al inhibir la remodelación del colágeno. Aunque se necesitan más estudios sobre el mecanismo subyacente del desarrollo de Meflin plus CAF, la regulación de rCAF podría ser una nueva estrategia terapéutica en la terapia contra el cáncer.
4.3|Funciones regenerativas
Aunque los efectos perjudiciales de los fibroblastos han atraído el interés de la investigación, como se describe en la sección anterior, los fibroblastos también promueven la regeneración de tejidos a partir de lesiones. De hecho, la inhibición de la función de los fibroblastos no conduce necesariamente a un mejor resultado. Por ejemplo, la eliminación de Postn más miofibroblastos en el corazón dificulta la formación de una cicatriz adecuada, lo que lleva a la ruptura ventricular y a una mayor mortalidad.32
Estudios recientes han revelado que, en la lesión y reparación de tejidos, una subpoblación específica de fibroblastos ejerce efectos regenerativos en múltiples mecanismos. En la piel, los fibroblastos se subdividen en dos categorías según su localización: fibroblastos papilares en la dermis superior y fibroblastos reticulares en la dermis inferior.88 Después de la lesión, los fibroblastos reticulares se reclutan en la lesión antes de la migración de los fibroblastos papilares y excretan los colágenos responsables de la formación de cicatrices. . Por el contrario, los fibroblastos papilares, que se reclutan en un momento posterior a la lesión, contribuyen a la regeneración del folículo piloso. Estos hallazgos indican que los subtipos de fibroblastos espacial y funcionalmente distintos contribuyen a la regeneración de heridas en la piel de manera coordinada. Un análisis reciente de scRNAseq también reveló que los fibroblastos en las heridas de la piel exhiben una gran heterogeneidad y se pueden clasificar en doce subgrupos.89 El análisis de pseudotiempo y velocidad del ARN demostró que algunos de estos grupos representan estados de diferenciación hacia fenotipos contráctiles, mientras que otros adquieren fenotipos regenerativos. Curiosamente, se ha identificado una subpoblación única de fibroblastos de piel especializados en la reparación de tejidos por lesiones. Después de una lesión en la piel, los fibroblastos que residen en la fascia, que es una estructura membranosa gelatinosa que separa la piel y la estructura rígida que se encuentra debajo, ascienden a la superficie de la piel.90 En respuesta a lesiones profundas, los fibroblastos de la fascia dirigen su matriz compuesta circundante hacia la herida y forman una matriz provisional. La mayoría de estos "fibroblastos de fascia" están marcados por engrailed 1 (En1), que se identificó por primera vez como el marcador de células de linaje fibrogénico en la piel dorsal de ratones.91 La abundancia de fibroblastos fasciales en la herida se correlaciona positivamente con la profundidad de la cicatriz. De hecho, el agotamiento genético de los fibroblastos de la fascia impide que la matriz se dirija hacia la herida y conduce a una cicatrización defectuosa. La implantación de una película impermeable debajo de la piel evita la migración de fibroblastos de la fascia y da como resultado una cicatriz abierta. También se informó la contribución de otro subconjunto de fibroblastos único, las células precursoras de adipocitos (APS); Los AP interactúan con CD301b más macrófagos y contribuyen a la regeneración de la piel después de una lesión.92 En general, estos hallazgos sugieren que las subpoblaciones heterogéneas de fibroblastos con funciones especializadas contribuyen a la regeneración de la piel después de una lesión.
Estos "fibroblastos regenerativos" también se observan en elriñón. La observación ultramicroscópica reveló que los miofibroblastos migran alrededor de los túbulos lesionados y los sostienen estructuralmente en el modelo de lesión renal, lo que sugiere que los miofibroblastos podrían facilitar la regeneración de las células tubulares.93 Al utilizar ratones P0-Cre: DTR, en los que la administración de toxina diftérica (DT) agota los fibroblastos residentes marcados con linaje P0-Cre en el riñón, revelamos que el agotamiento de fibroblastos en la fase temprana de la lesión atenúa la regeneración tubular y agrava la lesión renal.94 Curiosamente, en respuesta a la lesión, los fibroblastos aumentan la expresión de retinaldehído deshidrogenasa 2 (RALDH2), la enzima limitante de la velocidad de síntesis del ácido retinoico. El receptor de ácido retinoico (RAR) se expresa en las células tubulares proximales, y la B-cristalina, el producto de los genes diana de RAR, se regula al alza exclusivamente en las células tubulares proximales lesionadas. Un agonista inverso de los RAR atenúa la proliferación de células tubulares in vitro. Dado que el ácido retinoico secretado por el mesénquima estromal en embrionesriñoneses esencial para el desarrollo de la yema ureteral,95,96estos hallazgos sugieren que RALDH2 más miofibroblastos podrían desempeñar un papel importante en la regeneración de los túbulos proximales lesionados a través de la señalización del ácido retinoico en la fase temprana de la lesión.
