Parte 1 Diversidade fenotípica e especialização metabólica de células endoteliais renais

Contato: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mail:audrey.hu@wecistanche.com

Sébastien J. Dumas^1,6, Elda Meta^1,6, Mila Borri^1,6, Yonglun Luo ^2,3, Xuri Li⁴, Ton J. Rabelink⁵e Pedro Carmeliet^1,4

Cistanche tubulosa previne doenças renais, clique aqui para obter a amostra

Resumo |

A vida multicelular complexa em mamíferos depende da cooperação funcional de diferentes órgãos para a sobrevivência de todo o organismo. orinsdesempenham um papel crítico neste processo através da manutenção da homeostase do volume e composição do fluido, o que permite que outros órgãos cumpram suas tarefas. O endotélio renal apresenta características fenotípicas e moleculares que o distinguem do endotélio de outros órgãos. Além disso, a vasculatura renal adulta compreende diversas populações de células endoteliais (ECs) principalmente quiescentes, mas não metabolicamente inativas, que residem dentro dorimglomérulos, córtex e medula. Cada uma dessas populações suporta funções específicas, por exemplo, na filtração do plasma sanguíneo, na reabsorção e secreção de água e solutos e na concentração de urina. O perfil transcricional dessas diversas populações de CE sugere que elas se adaptaram às condições microambientais locais (hipóxia, estresse de cisalhamento, hiperosmolaridade), permitindo que elas suportem as funções renais. A exposição de ECs a fatores angiogênicos derivados do microambiente afeta seu metabolismo e sustentarimdesenvolvimento e homeostase, enquanto os fatores endócrinos derivados de EC preservam nichos microambientais distintos. No contexto da doença renal, os ECs renais apresentam alteração em seu metabolismo e fenótipo em resposta a alterações patológicas no microambiente local, promovendo ainda mais a disfunção renal. Compreender a diversidade e especialização dos ECs renais pode fornecer novos caminhos para o tratamento de doenças renais erimregeneração.

O sistema vascular dos mamíferos consiste em duas redes conectadas e altamente ramificadas que permeiam todo o corpo – cada uma com funções específicas. O sistema vascular sanguíneo fornece oxigênio e nutrientes aos tecidos parenquimatosos e facilita a remoção de resíduos, vigilância imunológica e tráfego de células imunológicas, coagulação e produção de sinais endócrinos para manutenção e regeneração tecidual1. Em contraste, o sistema vascular linfático drena o líquido intersticial extravasado dos capilares sanguíneos permeáveis ​​de volta para as veias e facilita o tráfego de células imunes e o transporte de lipídios.². Todos os vasos sanguíneos são revestidos com células endoteliais sanguíneas (BECs, a seguir denominadas ECs), enquanto as células endoteliais linfáticas (LECs) formam a camada mais interna dos vasos linfáticos – com cada população apoiando suas tarefas específicas da vasculatura. No entanto, a heterogeneidade endotelial se estende muito além das amplas diferenças entre o endotélio sanguíneo e linfático. Em particular, CEs de diferentes órgãos exibem perfis moleculares únicos que suportam as funções específicas do órgão^3–6. orimbenefíciosde uma vasculatura altamente especializada, que está intimamente ligada ao sistema epitelial renal⁷. Especificamente, populações fenotipicamente distintas de células endoteliais renais (RECs) coexistem dentro dos três compartimentos anatômicos e funcionais dorim, os glomérulos, córtex e medula - onde eles suportam tarefas renais específicas8,9. É importante ressaltar que os avanços tecnológicos permitiram o estudo da heterogeneidade dos REC no nível de célula única, fornecendo novos insights sobre seus papéis especializados na saúde e doença renal^6,10,11.

orimé fundamental para a manutenção da homeostase do organismo, regulando o volume e a composição dos fluidos corporais⁷. Os rins recebem 20-25 por cento do débito cardíaco e exibem uma arquitetura de vasos sanguíneos estereotipados. Essa arquitetura não só permite o fornecimento de oxigênio e nutrientes para orins, mas também permite a participação na filtração do plasma sanguíneo, na reabsorção de íons e metabólitos do filtrado, na secreção de íons e metabólitos na urina primária e na concentração urinária^7,8. Esses processos altamente orquestrados permitem o ajuste fino do volume do líquido extracelular, pressão arterial, osmolalidade e concentração de íons^7,8. Os rins também regulam os níveis de metabólitos circulantes, não apenas excretando resíduos metabólicos, mas também liberando glicose (via gliconeogênese) e aminoácidos, por exemplo.¹². Órgãos de mamíferos trocam continuamente metabólitos através da circulação, com uso seletivo para sustentar suas próprias atividades metabólicas¹².

Consequentemente, as funções metabólicas de ECs em diferentes órgãos provavelmente demonstram diferenças específicas de órgão, como apoiado por achados de análises de transcriptoma metabólico de ECs em diferentes órgãos⁶. Além disso, a plasticidade metabólica dos ECs permite que eles se adaptem e respondam às mudanças ambientais em relação às suas necessidades e funções metabólicas3,13. Evidências emergentes sugerem que as CERs especializadas dorimadaptar seu transcriptoma metabólico para apoiar a função renal¹⁰.

A disfunção do REC acompanha a perda aguda ou progressiva derimfunção^14,15. Esta disfunção está associada ao aumento da vasoconstrição arterial e à redução do fluxo sanguíneo renal, à aquisição de fenótipos pró-inflamatórios e pró-trombóticos que favorecem a adesão e infiltração de células imunes e a formação de microtrombos, a dissociação dos pericitos murais do endotélio camada, ruptura da barreira endotelial resultando em edema intersticial, rarefação dos capilares peritubulares (promovendo a hipóxia renal) e transição endotelial-mesenquimal, que contribui para a fibrose renal16,17, sugerindo que o endotélio poderia ser alvo de proteção contra o rim lesão e/ou para regenerar a função renal.

Esta revisão resume nossa compreensão atual dorimvascular, com foco em avanços recentes em nossa compreensão da heterogeneidade fenotípica, molecular e metabólica de RECs em relação ao seu microambiente. Também discutimos a potencial aplicação do direcionamento do metabolismo REC como estratégia terapêutica emrimdoençasou para regeneração renal.

Pontos chave

• O endotélio difere entre os diferentes órgãos, provavelmente para suportar funções de órgãos distintos.

• Múltiplos fenótipos de células endoteliais especializadas coexistem nos glomérulos, córtex e medula renais; estes funcionam para apoiar a filtração glomerular, a reabsorção e secreção de íons e metabólitos e a concentração na urina.

• Os diferentes microambientes locais norimmoldar a heterogeneidade molecular e metabólica do endotélio renal; inversamente, os fatores endócrinos derivados de células endoteliais sustentam os nichos de diferentesrimmicroambientes.

• O metabolismo das células endoteliais renais pode ser alterado no contexto derimlesões e doenças, em parte como resultado de mudanças no microambiente.

• Maior compreensão da diversidade fenotípica e especialização metabólica das células endoteliais renais pode auxiliar na identificação de novos alvos para otratamento derimdoençaserimregeneração.

Heterogeneidade do endotélio renal

Anatomia vascular renal

orimé suprido com sangue através da artéria renal, que depois de entrar narimvia hilo renal, ramifica-se em artérias segmentares, interlobares, arqueadas e interlobulares (Fig. 1a) e, finalmente, arteríolas aferentes, que são vasos de alta resistência responsáveis ​​pelo controle do fluxo sanguíneo glomerular e da taxa de filtração glomerular (TFG) 18. Das arteríolas aferentes, o sangue entra no tufo glomerular – uma rede de capilares glomerulares altamente fenestrados onde a ultrafiltração do plasma sanguíneo ocorre a uma taxa de ~120–140 ml/min em humanos adultos, permitindo que solutos de baixo peso molecular passem do glomerular. capilares para o espaço de Bowman¹⁹. Após uma fração do plasma ter sido filtrada, o sangue deixa o tufo glomerular através das arteríolas eferentes para vascularizar os túbulos contorcidos distais e proximais, formando a rede capilar peritubular cortical. O sangue dentro dos capilares peritubulares é enriquecido com solutos de alto peso molecular e tem baixo conteúdo de fluido devido à perda de fluido durante a ultrafiltração glomerular. Assim, os capilares peritubulares são dedicados à reabsorção de água, íons e nutrientes essenciais do^7,20e túbulos distais²¹. Vários íons, como H plus (ref. 22) e K plus (ref. 23), bem como moléculas como creatinina²⁴e metabólitos de drogas²⁵— que não foram completamente filtrados pelos capilares glomerulares, mas ainda precisam ser eliminados do corpo — movem-se dos capilares peritubulares para as células epiteliais dos túbulos proximais20 ou distais para serem secretados e eliminados na urina21. As arteríolas eferentes dos néfrons justamedulares dão origem aos vasa recta descendente (DVR), que se interconecta com os vasa recta ascendente (AVR) através de plexos capilares. O AVR e o DVR correm em contracorrente à alça de Henle e participam da troca de contracorrente medular, que conforme descrito posteriormente, é necessária para manter um gradiente de osmolaridade para a concentração de urina26. Eventualmente, os sistemas capilares cortical e medular, juntamente com o AVR, coalescem em um sistema venoso na junção corticomedular. Mais especificamente, a vasculatura venosa renal drena o sangue dos capilares peritubulares e AVR para as veias interlobulares e arqueadas e, em seguida, para as veias interlobares, formando a veia renal que emerge darimhilo e finalmente se ramifica na veia cava inferior⁷.

orimtambém é suprida por vasos linfáticos, que seguem a topografia geral dorimvasculatura sanguínea²⁷(Fig. 1a). Eles estão presentes principalmente no córtex renal, onde seu papel principal é remover fluidos e macromoléculas (como albumina) do espaço intersticial entre os túbulos e os capilares.²⁸. Eles também têm um papel na infiltração de células imunes e inflamação subsequente²⁹. Nos glomérulos, circundam a cápsula de Bowman sem penetrar no tufo glomerular²⁸. Em contraste, os vasos linfáticos tradicionais raramente estão presentes na medula renal; nessa região, o líquido intersticial e as macromoléculas são removidos pelo AVR, que representa um tipo de vaso sanguíneo híbrido com características linfáticas^28,30.

Fenótipos de células endoteliais renais

CEs de diferentes órgãos são fenotipicamente heterogêneos^3–6,31. As propriedades únicas dos RECs e, em particular, dos ECs glomerulares, são apreciadas há muito tempo. O perfil transcricional global de ECs de camundongos confirmou a existência de assinaturas transcriptômicas específicas de órgãos^3,4,6. É digno de nota que esses estudos demonstraram que os RECs são os mais diferentes dos ECs de outros órgãos, incluindo cérebro, coração, pulmão, músculo e testículo.⁴(Fig. 1b) através de sua expressão de genes associados à sinalização de interferon, bem como genes que codificam os fatores endócrinos FGF1 e IL-33 (refs^4,6). A heterogeneidade órgão-específica das ECs provavelmente está por trás de sua adaptação molecular para cumprir funções funcionais específicas.^3–6,31.

No entanto, a heterogeneidade das CERs se estende além do nível organotípico, com uma notável diversidade derimvasculatura, como demonstrado inicialmente por microscopia eletrônica e estudos de microarray e, posteriormente, por análises de célula única^6,32,33. orimcórtex, glomérulos e medula contêm populações únicas de CE (cRECs, gRECs e mRECs, respectivamente). Essa diversidade nas populações da CE pode surgir da exposição aos diferentes microambientes dessas regiões. Por exemplo, o endotélio glomerular é exposto a alta pressão vascular e interage fortemente com os podócitos para regular a ultrafiltração, enquanto os mRECs são expostos a alta osmolaridade e hipóxia, que estão relacionadas à manutenção de um gradiente de osmolaridade e concentração de urina^6,9,10,32(Fig. 1c). Além da heterogeneidade intercompartimental, os RECs também demonstram heterogeneidade intracompartimental, que provavelmente é determinada por vários fatores genéticos e ambientais, incluindo o tipo de leito vascular (arterial, capilar, venoso), suas interações com outros tipos de células (por exemplo, , células musculares lisas, pericitos, células granulares, podócitos e células epiteliais tubulares) e sua exposição a diferentes microambientes dentro de um mesmo compartimento, como exposição a diferentes tipos de fluxo ou diferentes níveis de osmolaridade34 (Fig. 1c). Desenvolvimentos em tecnologias de transcriptômica de célula única permitiram que a heterogeneidade de RECs de camundongos fosse mapeada em resolução muito alta^6,10,11, revelando até 24 populações REC transcricionalmente diferentes^6,10,11. Vale ressaltar que os resultados dos estudos de sequência de RNA de célula única resumidos abaixo ainda precisam ser confirmados no nível da proteína, tanto para verificar de forma abrangente a localização espacial das proteínas previstas quanto para integrar o conhecimento das alterações pós-traducionais e/ou mecanismos de sinalização que podem afetar a atividade da proteína. Também digno de nota é o fato de que o enriquecimento relativo de um gene dentro de uma determinada população de REC, conforme determinado por sequenciamento de célula única, não implica necessariamente que a expressão desse gene seja restrita a essa população de células específica.

Heterogeneidade das células endoteliais renais glomerulares.orimglomérulo é uma estrutura altamente especializada que é responsável pela filtração do plasma sanguíneo para gerar um filtrado primário de urina, garantindo que as proteínas plasmáticas essenciais sejam retidas no sangue. É composto por capilares glomerulares que se situam entre as arteríolas aferentes e eferentes, que são vasos de resistência que controlam o fluxo sanguíneo capilar e a pressão. As arteríolas de um néfron estão em contato parcial com o aparelho justaglomerular (AGJ) – uma estrutura especializada que compreende a mácula densa do túbulo contorcido distal, células granulares produtoras de renina que estão associadas à arteríola aferente e às células mesangiais extraglomerulares (Fig. 2a). O JGA regula a TFG de néfron único e a pressão sanguínea através do feedback tubuloglomerular, da resposta miogênica e da liberação de renina.^19,35–37.

O endotélio capilar glomerular é composto por CE únicas com fenestrações não diafragmáticas que permitem a filtração de grandes volumes de líquido38 (Fig. 2b).

As fenestrações têm tamanho de 50 a 100 nm e ocupam cerca de 20% da área da superfície celular, aparecendo na imagem de microscopia eletrônica como buracos transcelulares.³⁸. O diâmetro dessas fenestrações é teoricamente grande o suficiente para permitir a passagem de fluidos e proteínas grandes para os túbulos. No entanto, os gRECs capilares também produzem uma espessa camada de glicocálice compreendendo glicoproteínas e polissacarídeos carregados negativamente que atuam como uma barreira à passagem de proteínas.^39,40. Além disso, os componentes do plasma são adsorvidos no glicocálice e formam uma camada mais ampla chamada de camada superficial endotelial41, que com sua estrutura filamentosa aumenta ainda mais a permseletividade da barreira endotelial glomerular⁴². De fato, albuminúria e proteinúria são observadas no comprometimento do glicocálice^39,43,44. Juntamente com os podócitos, os gRECs capilares também sintetizam e compartilham uma matriz extracelular comum conhecida como membrana basal glomerular (MBG), que compreende principalmente colágeno tipo IV, laminina e proteoglicanos sulfatados42. Mutações que afetam a síntese de qualquer um dos componentes do GBM levam à proteinúria45,46. Assim, gRECs capilares, podócitos e GBM formam uma barreira de filtração glomerular eficiente. É importante notar que o endotélio capilar glomerular não possui diafragma e, portanto, não expressa a proteína 1 associada à vesícula plasmática (PV1) da glicoproteína transmembrana tipo II (PV1), que é codificada por Plvap10 e é um marcador típico de CEs fenestradas associadas aos diafragmas em ponte de células endoteliais. fenestrae e caveolae⁴⁷

O desenvolvimento e a manutenção das fenestrações capilares gREC requerem o fator de crescimento endotelial vascular derivado de podócitos (VEGF), que atua de maneira parácrina através do receptor 2 endotelial de VEGF (VEGFR2, também conhecido como KDR)⁴⁸. A superexpressão de VEGF causa colapso glomerular, perda rápida de gRECs capilares e proteinúria maciça⁴⁹. Assim, a regulação apertada do VEGF podocitário é necessária para estabelecer a vasculatura glomerular durante o desenvolvimento embrionário e para a manutenção das fenestrações nos capilares glomerulares maduros.^38,42. Da mesma forma, o VEGF derivado de células epiteliais tubulares permite a manutenção da rede capilar peritubular⁵⁰

Ao contrário de outros ECs capilares, os gRECs são expostos à pressão alta e ao fluxo sanguíneo elevado, o que impulsiona o processo de filtração glomerular e expõe os gRECs a estresse de cisalhamento substancial⁵¹. Consequentemente, gRECs expressam altos níveis do transcrito regulado por estresse de cisalhamento Pi16 (refs^6,10,11,52) (Fig. 2c; Tabela Suplementar 1). Os gRECs capilares também expressam vários outros marcadores^10,11,32,53, incluindo Ehd3, que codifica um membro da família de proteínas EHD^{10,11,38,54,55}que regula a reciclagem endocítica e acredita-se que regule a reciclagem de VEGFR2 em gRECs capilares (Fig. 2c), juntamente com EHD4 (ref. 54). Assim, EHD3 pode contribuir para a manutenção das fenestrações capilares glomerulares. Os gRECs capilares também apresentam expressão enriquecida de genes associados à via de sinalização TGF-BMP (Eng, Smad6, Smad7, Xiao e Hipk2 (refs10,56–58)), que está envolvida na formação capilar glomerular. A superexpressão de TGF induz proteinúria e glomeruloesclerose⁵⁹, e, portanto, a presença de SMADs inibitórios, como aqueles codificados por Smad6 e Smad7 em gRECs, podem prevenir a sinalização excessiva de TGF e disfunção glomerular. Por outro lado, a BMP derivada de podócitos é crucial para a formação capilar glomerular normal60. Os gRECs capilares também expressam especificamente Notrin³², cujo produto proteico se liga à sintase endotelial de óxido nítrico (eNOS) para desencadear sua translocação da membrana plasmática para estruturas subcelulares semelhantes a vesículas e atenua a produção de óxido nítrico (NO) - um importante regulador da TFG32. Além disso, a expressão restrita da lipoproteína lipase (Lpl) aos gRECs capilares sugere que o endotélio glomerular pode ser essencial para a liberação de ácidos graxos para o ultrafiltrado, que poderia posteriormente ser usado como fonte de energia pelas células epiteliais dos túbulos ou para a regulação da conteúdo de lipídios no sangue ou poderia contribuir para o acúmulo de lipídios glomerulares como observado em contextos patológicos^6,10,61,62. Curiosamente, a expressão renal de genes envolvidos no metabolismo lipídico correlaciona-se com a TFG e inflamação em pacientes comdiabéticorimdoença, enquanto a oxidação defeituosa de ácidos graxos (FAO) em células tubulares contribui para o desenvolvimento derimfibrose^61,62.

Fatores de transcrição, como SOX17 e COUP-TFII (codificado por Nr2f2) em RECs arteriais e venosos, respectivamente, direcionam assinaturas transcriptômicas e a identidade de leitos vasculares específicos63,64. A identidade dos gRECs depende da atividade de pelo menos dois fatores de transcrição: GATA5 e TBX3 (refs10,11,32) (Fig. 2c), que medeiam a aquisição de um perfil de expressão gênica do tipo gREC quando superexpressos juntos na veia umbilical humana CEs (HUVECs), um modelo de CE comumente usado11. O regulon GATA5 é regulado positivamente em gRECs, mas não em outras populações REC^10,11e deleção seletiva de Gata5 em CEs causa lesões glomerulares65. Além disso, a deleção específica de EC de Tbx3 causa defeitos morfogênicos, como microaneurismas em subconjuntos de glomérulos, número reduzido de fenestrações capilares gREC e processos podócitos deformados no pé, sugerindo um papel para esse fator de transcrição na manutenção da organização estrutural dos capilares glomerulares¹¹. Além disso, tanto o GATA5 quanto o TBX3 estão envolvidos na regulação da pressão arterial. GATA5 afeta a função vascular típica, a proteína quinase A e as vias de sinalização do NO⁶⁵, enquanto acredita-se que o TBX3 modula a pressão sanguínea através da regulação da secreção de renina norim¹¹.

A regulação do tônus ​​vascular das arteríolas aferentes e eferentes é necessária para manter a pressão capilar glomerular constantemente alta necessária para a filtração glomerular.¹⁸. Esse processo regulatório permite que uma TFG constante seja mantida apesar das alterações na pressão sistêmica e no débito cardíaco66. As arteríolas aferentes possuem de uma a três camadas de células musculares lisas vasculares (CMLVs), que, nas proximidades da JGA, são parcialmente substituídas por células granulares produtoras de renina67 (Fig. 2d). A heterogeneidade da CE também existe dentro da arteríola aferente, com fenestrações não diafragmáticas do endotélio mais próximas da JGA68,69 — semelhantes às do endotélio capilar glomerular — provavelmente para facilitar o transporte rápido da renina para o sangue18 (Fig. 2d). A expressão de Gja5 (codificando a conexina 40), é enriquecida neste subconjunto de gRECs^10,70e tem um papel importante na comunicação entre o endotélio e as células granulares na JGA para regular a liberação de renina^35,70,71. Esses ECs também são enriquecidos em outros genes envolvidos na interação célula a célula, como aqueles relacionados às vias de sinalização Wnt e Notch, efrina e citocinas e quimiocinas (Fig. 2c), que podem mediar a diafonia entre células mesangiais e/ ou células granulares e gRECs no JGA, e potencialmente contribuem para a autorregulação e modulação da pressão arterial¹⁰.

Por outro lado, gRECs na parte a montante (mais distal) das arteríolas aferentes expressam genes envolvidos na regulação da gasolina, como Edn1 (que codifica endotelina 1), Alox12 (araquidonato 12-lipoxigenase) e S1pr1 (esfingosina{{6) }} receptor de fosfato 1)^10,72,73(Fig. 2c). A via de sinalização S1P-S1PR1 regula potentemente a gasolina arteríola aferente ativando o sistema eNOS^74–76. Em consonância com esse papel, o receptor S1P é enriquecido em gRECs nas arteríolas aferentes e não é detectado nas arteríolas eferentes¹⁰.

Ao contrário dos gRECs nas arteríolas aferentes, os gRECs nas arteríolas eferentes apresentam menor expressão de conexina77, especialmente conexina 37 e conexina 40 (codificada por Gja4 e Gja5, respectivamente)10. Semelhante aos ECs das arteríolas aferentes, no entanto, as análises do transcriptoma de ECs das arteríolas eferentes indicam a presença de duas populações gREC: uma presumivelmente associada ao JGA (expressando genes associados à adesão e extravasamento de células imunes e permeabilidade de EC) e uma segunda que corresponde à porção distal da arteríola eferente (enriquecida em genes envolvidos nas respostas de hiperosmolaridade)10 (Fig. 2c).

Esses insights sugerem que a diversidade fenotípica e funcional dos gRECs está subjacente à capacidade desses endotélios de manter a TFG através da modulação ativa do fluxo sanguíneo glomerular e garantindo a eficiência da filtração glomerular. Através da integração de feedback tubuloglomerular e sinais miogênicos, os gRECs associados ao JGA, em particular, são provavelmente reguladores críticos da TFG.

Heterogeneidade das células endoteliais renais corticais.Além do endotélio capilar glomerular e das arteríolas aferentes e eferentes pré-glomerulares e pós-glomerulares, orimO córtex contém vasos linfáticos e grandes artérias e veias juntamente com seus vasa vasora associados, vênulas pós-capilares e capilares peritubulares. Em consonância com seu papel na reabsorção e secreção de solutos, íons e água, os capilares peritubulares corticais são capilares de paredes finas compreendendo ECs que são funcionalmente acoplados ao epitélio tubular9 (Fig. 3a). Em comparação com gRECs e mRECs, cRECs - em particular, ECs capilares peritubulares - expressam altos níveis de Igfbp3 (codificação da proteína 3 de ligação ao fator de crescimento semelhante à insulina) e Npr3 (codificação do receptor de peptídeo natriurético 3) 10,11 (Fig. 3b) .

Os capilares peritubulares corticais surgem das arteríolas eferentes e circundam os túbulos contorcidos proximais e distais (Fig. 3a), fornecendo oxigênio e nutrientes e contribuindo para a captação de solutos e reabsorção de água do lúmen tubular⁹. Ao contrário dos capilares glomerulares, os EC capilares peritubulares expressam Plvap, cujo produto proteico (PV1) abrange as fenestras EC capilares peritubulares. Essas fenestras diafragmáticas têm 62-68 nm de diâmetro e provavelmente facilitam atroca de água, íons e pequenos solutos com os túbulos proximais e distais9,10

Os glomérulos filtram aproximadamente 180 g de glicose por dia78 e em condições fisiológicas, quase toda ela é reabsorvida nos túbulos proximais. A glicose filtrada é primeiramente reabsorvida do lúmen dos túbulos proximais dentro das células epiteliais através de cotransportadores de sódio-glicose (SGLTs). Uma vez que a concentração de glicose intracelular excede a do interstício, ela se difunde no espaço intersticial por meio de transportadores facilitados específicos de glicose (GLUTs), de onde é reabsorvida na corrente sanguínea79. Em consonância com seu papel neste processo, os ECs capilares peritubulares expressam níveis mais elevados de Slc2a1 (codificando GLUT1) do que ECs de outros leitos vasculares renais11 (Fig. 3b), sugerindo que a reabsorção de glicose pode ser facilitada pelo GLUT1 em ECs capilares peritubulares.

Os capilares peritubulares corticais incluem duas populações de EC — uma que expressa altos níveis de Apoe (codificando apolipoproteína E) e outra que expressa pouca ou nenhuma Apoe10 (Fig. 3b). A população Apoe-high apresenta uma expressão enriquecida de outros genes relacionados ao metabolismo lipídico como Plpp3 e Thrsp10,80,81. Por outro lado, a população Apoe-low expressa genes que codificam receptores de VEGF (Kdr, Flt1 e Nrp1, que codificam VEGFR2, VEGFR1 e neuropilina 1, respectivamente), proteínas de ligação ao fator de crescimento semelhante à insulina e receptor (Igfbp5, Igfbp3 e Insr) , e Npr3, que codifica um receptor para o peptídeo natriurético, que regula o volume sanguíneo e a excreção de sódio10,82–85. Se essas duas populações de EC existem em capilares separados que interagem com túbulos contorcidos proximais ou túbulos distais, ou se existem nos mesmos capilares, é atualmente desconhecido.

Surpreendentemente, duas populações de EC capilares adicionais também foram descritas no córtex renal de camundongos - uma população de EC do tipo angiogênico e uma população que é caracterizada pela expressão de genes estimulados por interferon e genes envolvidos no processamento e apresentação de antígenos10 (Fig. 3b) . Os ECs do tipo angiogênico podem ter um papel na regeneração de RECs danificados, enquanto os ECs ativados por interferon podem participar da vigilância imunológica, embora sejam necessários mais estudos para investigar essas possibilidades10.

Os cRECs em grandes artérias são caracterizados pela expressão do gene do fator de transcrição arterial Sox17 e do gene de junção apertada Cldn5 (claudin 5), enquanto os cRECs em grandes veias são caracterizados pela expressão do fator de transcrição Nr2f2 (COUP-TFII) e o marcador de fenestração Plvap^{6,10,11,47,63,64,86}(Fig. 3b).

Os cRECs arteriais expressam o gene codificador de semaforina Sema3g, que tem efeitos autócrinos e parácrinos em ECs e VSMCs, respectivamente, os genes codificadores de conexina Gja4 e Gja5, que são componentes de junções mioendoteliais, e o membro da família Notch Jag1 (refs6,10, 11,87-90) (Fig. 3b). As grandes artérias são expostas à pressão arterial elevada e seu tônus ​​vascular é modulado em resposta às mudanças na pressão arterial. Sua capacidade de responder a sinais mecânicos é possibilitada pela presença de uma camada elástica na túnica média que é rica em fibras elásticas.^9,91e através da expressão de genes relacionados à montagem de fibras elásticas como Eln (elastina), Ltbp4 (proteína de ligação ao fator de crescimento de transformação latente- -), Fbln5 (fibulina 5) e Bmp4 (refs6,10,11,92 –95). Também expressam altos níveis de Mgp (proteína de matriz Gla)6,10, que suprime a calcificação vascular provavelmente por inibição da sinalização de BMP2 e BMP496. Consistente com seu papel na regulação do fluxo sanguíneo renal, os cRECs das grandes artérias também expressam genes que são responsáveis ​​pela regulação da gasolina, como Ace, Edn1 e S1pr1 (refs6,10,97-99) (Fig. 3b).

A entrega de oxigênio e nutrientes e a remoção de produtos residuais liberados dentro da parede vascular de grandes artérias e veias são facilitadas pela vasa vasora100. Vasa vasora RECs não foram identificados nos estudos publicados de RECs de célula única de camundongo, presumivelmente porque vasos com diâmetro de lúmen de<0.5mm (the="" diameter="" of="" normal="" vessels="" in="" mice)="" do="" not="" normally="" have="" vasa="">^6,10,11,100. A realização de tais estudos em animais maiores ou em humanos, que possuem vasos renais maiores, pode aumentar a probabilidade de captura de RECs vasa vasora. Atualmente, não há marcadores descritos para RECs derivados de vasa vasora.

Além do sistema vascular sanguíneo, o córtex renal também contém dois conjuntos de vasos linfáticos renais. Ambos se originam como capilares cegos no lóbulo renal de onde um conjunto segue as artérias em direção ao hilo para conectar o sistema hilar e capsular e o outro penetra na cápsula para se unir aos linfáticos capsulares28,101 (Fig. 1a). Os capilares linfáticos renais podem ser distinguidos dos capilares dos vasos sanguíneos, pois estão presentes principalmente no interstício, são cegos e não possuem pericitos.^28,29. Os capilares linfáticos renais consistem em LECs de camada única, em forma de folha de carvalho, parcialmente sobrepostos28,29, que podem ser distinguidos dos BECs pela expressão de vários marcadores⁶, dos quais os mais conhecidos são Pdpn (podoplanina)102, o gene codificador do receptor de hialuronano Lyve1 (ref. 103), Flt4 (que codifica VEGFR3)104 e o gene do fator de transcrição Prox1 (ref. 105) (Fig. 3b) . Embora esses marcadores também sejam expressos em outros tipos celulares, eles podem ser usados ​​para distinguir entre os dois principais tipos de CE29. No humanorim, a podoplanina foi descrita como sendo o marcador mais confiável de LECs^28,29. No entanto, nenhum dos dois conhecidosrimPopulações LEC foram identificadas em estudos publicados de RNA-seq de célula única^6,10,11, possivelmente devido à sua perda durante as etapas de processamento técnico (por exemplo, durante a digestão enzimática ou purificação de EC) e/ou porque representam uma fração de EC muito pequena em comparação com a população de BECs renais. Portanto, mais estudos são necessários para caracterizar a heterogeneidade do endotélio linfático renal.

Heterogeneidade das células endoteliais renais medulares.O principal papel da medula renal é a concentração de urina⁹. A disposição anatômica dos vasos retos e o baixo fluxo sanguíneo da medula renal (10% do fluxo sanguíneo renal total9), evitam a eliminação de solutos, como uréia e NaCl, criando um gradiente de osmolaridade da medula externa para a papila renal , que é essencial para a concentração urinária26,106. Esse gradiente varia de acordo com o estado de hidratação106.

O endotélio medular renal é caracterizado pela expressão de Igfbp7 (refs10,11), um marcador urinário derimlesão que prediz a recuperação renal após lesão renal aguda (LRA)107, e Cd36 (refs10,32), que codifica um receptor scavenger que é responsável pela captação de ácidos graxos de cadeia longa da circulação108 (Fig. 3c). Assim, os lipídios podem se deslocar de maneira CD36-dependente através do endotélio medular para as células intersticiais medulares, uma população de células semelhantes a fibroblastos que é caracterizada por gotículas lipídicas, cuja abundância se correlaciona com o estado de diurese109. A deleção de Cd36 em camundongos foi associada a um aumento do risco renal-dependente de hipertensão espontânea^10,110, mas atenuou o desenvolvimento derimfibrose em resposta a uma dieta rica em gordura111 (Fig. 3c), sugerindo, portanto, um papel protetor e patológico para o transporte de lipídios nesses processos.

Assim como os endotélios cortical e glomerular, o endotélio medular renal exibe extensa heterogeneidade intracompartimental.^10,11. O DVR é um vaso tipo arterial compreendendo um endotélio contínuo cercado por pericitos semelhantes a músculo liso ou VSMCs que respondem a estímulos vasoativos para controlar o fluxo sanguíneo medular renal. Consistente com seu fenótipo tipo arteriolar, os ECs DVR expressam Sox17 (refs10,55), Cldn5 (refs10,55,86,112), Fbln5, Gja4 e Cxcl12 (CXCL12, também conhecido como SDF1 — uma proteína quimiocina que atua como um ligante para CXCR4 e CXCR7 expresso por VSMCs e pericitos)^10,63,113. DVR ECs também expressam Slc14a1 e Aqp1 que codificam o transportador de ureia B (UTB)^10,11,112e o canal de água aquaporina 1 (refs^10,11,55), ambos necessários para a concentração da urina114,115 (Fig. 3c,d). Esses CEs também expressam Scin, que codifica a cinza em — uma proteína que se liga à aquaporina 2 em um complexo multiproteico nas células epiteliais do ducto coletor, presumivelmente para facilitar o tráfego da aquaporina 2116. A co-expressão de Aqp1 e Scin em DVR ECs sugere uma interação semelhante no endotélio medular¹⁰.

O gradiente de osmolaridade estabelece um ambiente hostil para as células da medula renal, principalmente para as da papila renal, onde a osmolaridade é mais elevada (correspondendo a uma condição de hiperosmolaridade fisiológica em que a osmolaridade é maior do que no plasma sistêmico)117. Os ECs de DVR de camundongo podem ser separados em dois fenótipos principais de acordo com sua localização na papila renal ou na medula externa ou interna10, e distinguidos pela expressão de genes induzidos por hiperosmolaridade e de regulação de vasotonas10 (Fig. 3c). Os ECs de DVR da papila renal expressam genes responsivos à hiperosmolaridade, incluindo genes-alvo do fator de transcrição induzível por hiperosmolaridade NFAT5, como S100a4 e S100a6 (refs10,118), enquanto os ECs de DVR da medula interna e externa mostram expressão enriquecida de Hpgd, que codifica uma das principais enzimas envolvidas no catabolismo de prostaglandinas vasoativas, Edn1, que codifica o vasoconstritor endotelina 1, e Adipor2, que codifica um receptor para adiponectina que induz efeitos vasodilatadores119,120 (Fig. 3c). Esse padrão de expressão é consistente com a presença mais proeminente de pericitos do tipo músculo liso na porção medular externa da DVR e, portanto, com a maior responsividade dessa região aos fatores vasoativos, em comparação com porções inferiores da DVR9,121.

Ao contrário do DVR, os AVR são vasos fenestrados do tipo venoso (Fig. 3d). Esses vasos reabsorvem água do interstício medular renal que se acumula durante a concentração da urina pelos ductos coletores, alça de Henle e DVR, coletando-a de volta à circulação geral de maneira semelhante à função dos vasos linfáticos30. Em consonância com esse papel, os ECs AVR expressam o fator de transcrição venosa Nr2f2 (refs10,11,64) e Plvap - provavelmente para sustentar seu papel na reabsorção de água^10,11,47,122(Fig. 3c). Os ECs de AVR também expressam Tek, codificando o receptor de angiopoietina Tie2, que é necessário para a formação de AVR durante o desenvolvimento. A deleção de Tek em camundongos desencadeia o rápido acúmulo de líquido e cistos no interstício medular e perda de feixes vasculares medulares e resulta em diminuição da capacidade de concentração da urina³⁰.

Semelhante ao DVR, o AVR pode ser separado em duas populações de EC transcriptômicamente diferentes localizadas na papila e na medula externa e interna. Aqueles na papila são caracterizados pela expressão de genes responsivos à hiperosmolaridade (Cryab, Fxyd2 e Cd9 (refs10,123,124)), genes glicolíticos (Ldha, Aldoa e Gapdh10,125,126) e Car2, que codifica a enzima anidrase carbônica 2 , cuja ausência prejudica a concentração de urina e desencadeia poliúria em camundongos127 (Fig. 3c). ECs papilares de AVR expressam especificamente o gene codificador de subunidades Na plus /K plus ATPase Fxyd2, enquanto um gene alternativo de codificação de subunidades Fxyd6 é suprarregulado em ECs AVR na medula externa e interna¹⁰ (Fig. 3c).

As porções papilares do AVR e DVR exibem perfis de expressão gênica distintos, mas compartilham a expressão de vários genes responsivos à hiperosmolaridade, incluindo Akr1b3, que codifica a aldose redutase – a enzima limitante da taxa da via do poliol que é responsável pela conversão de glicose em sorbitol, um osmólito orgânico inerte que é importante para a manutenção do volume celular em condições de hiperosmolaridade117. Eles também expressam S100a6, assim como outros genes – como Fxyd5 (que codifica outra subunidade Na mais /K mais ATPase), Nrgn (que codifica a proteína neurogranina de ligação à calmodulina) e Crip1 (que codifica a proteína 1 rica em cisteína) 10.118 — que pode estar potencialmente ligado ao ambiente hiperosmótico (Fig. 3c).

O plexo capilar medular renal, que conecta o DVR e o AVR (Fig. 3a), é caracterizado por um endotélio fenestrado positivo para Plvap e pela expressão endotelial enriquecida de genes que codificam receptores de VEGF, como Kdr, Flt1 e Nrp1, bem como como genes envolvidos no transporte e metabolismo de ácidos graxos (Cd36 e Plpp3)10 (Fig. 3c). Os mRECs também incluem ECs de vênulas pós-capilares, bem como populações de ECs angiogênicas e ativadas por interferon, semelhantes aos capilares do córtex renal10.

Heterogeneidade do REC e doença renal

Sob condições fisiológicas, o endotélio é quiescente – um estado que é mantido em grande parte através da S-nitrosilação de proteínas e fatores de transcrição pelo NO128,129 derivado da eNOS. A atividade da própria eNOS é regulada pela tensão de cisalhamento¹³⁰e metabólitos intracelulares, como o substrato eNOS, l-arginina, e seu cofator, tetrahidrobiopterina¹³¹. Sob condições particulares – por exemplo, em resposta à infecção – este estado quiescente pode ser desligado, induzindo a ativação de ECs e o recrutamento de células imunes. A sinalização redox e, em particular, o desacoplamento da enzima eNOS resultando na produção de superóxido em vez de NO é fundamental para este processo de ativação. O desacoplamento da eNOS desencadeia uma cascata que leva à remodelação da camada superficial endotelial e induz a expressão de receptores que podem interagir com plaquetas e células imunes¹³². Embora a ativação endotelial faça parte do sistema de defesa do hospedeiro, esta maquinaria molecular pode ser inapropriadamente ativada em doenças como doenças autoimunes ou no contexto de fatores de risco cardiovascular ou infecção. É importante notar que existe heterogeneidade na resposta dos RECs a sinais prejudiciais¹³³. Por exemplo, na síndrome hemolítico-urêmica atípica, mutações no fator H inibidor do complemento estão associadas à ligação reduzida do fator H ao heparan sulfato glomerular endotelial134, induzindo assim microangiopatia trombótica glomerular. Outro exemplo é a rejeição crônica do aloenxerto humoral, na qual os capilares peritubulares parecem ser o alvo primário da lesão.¹³⁵; a perda associada da rede capilar peritubular prediz a ocorrência derimfalha 136. No contexto da pandemia de COVID-19, é importante observar que a IRA é frequentemente observada em pacientes com doença grave (afetando até 50% dos pacientes em unidades de terapia intensiva)¹³⁷, em quem a disfunção generalizada da CE pode promover o aumento da doença como resultado de vazamento vascular, coagulopatia e inflamação exacerbada^138,139.

Além da heterogeneidade na resposta de ativação endotelial, a resposta dos RECs a estímulos ambientais da circulação pode ser específica do local. Por exemplo, gRECs de pacientes com diabetes tipo 1 Mellitus demonstram uma resposta angiogênica desregulada resultando em crescimento glomerular e podocitopatia secundária^140,141. Na lesão isquêmica - em capilares peritubulares em particular - a ativação endotelial e o desprendimento de CEs resultam no chamado fenômeno de "no-reflow", pelo qual a perfusão não é restaurada mesmo após a restauração da patência, resultando em lesão de células epiteliais tubulares e IRA¹⁴². A patologia clínica induzida pela ativação do REC é discutida em detalhes em outro lugar.

O surgimento de técnicas de alta resolução, como o RNA-seq de célula única, forneceu novos insights sobre a regulação molecular da heterogeneidade fenotípica endotelial e os processos envolvidos narimprejuízo. Vários estudos ao longo dos últimos anos, do nosso grupo e de outros, avançaram o conceito de que a heterogeneidade endotelial está interligada com o metabolismo intracelular^{3,6,10,143–145}. Conforme descrito abaixo, os diferentes microambientes aos quais os RECs estão expostos ajudam a estabelecer sua diversidade fenotípica e especialização metabólica.

Especialização metabólica de RECs

As CEs exibem um metabolismo ativo mesmo quando quiescentes para sustentar processos como produção de energia, síntese de biomassa e homeostase redox, que são necessários para a manutenção da integridade da barreira vascular, função vasorreguladora, transporte de solutos e inibição de trombose e inflamação vascular. Por exemplo, ECs quiescentes sustentam altos níveis de FAO, o que ajuda a manter a integridade da barreira vascular em parte por meio da regeneração de NADPH, que fornece proteção contra espécies reativas de oxigênio (ROS)146. Em consonância com esse papel, a inibição da FAO em ECs aumenta o estresse oxidativo, a permeabilidade da barreira endotelial, a infiltração de leucócitos146 e a transição endotelial-mesenquimal¹⁴⁷, sugerindo que a FAO é necessária para a manutenção da função endotelial e do fenótipo. RECs mostram diferentes perfis metabólicos e transcriptomas para ECs isolados de outros órgãos em camundongos^3,6. Em particular, eles são caracterizados pela regulação positiva de genes envolvidos na biossíntese de aminoácidos e pirimidinas, bem como no metabolismo da glicose.⁶. Além disso, alguns genes metabólicos são seletivamente enriquecidos em ECs arteriais, capilares ou venosas, indicando heterogeneidade metabólica intra-órgão.⁶. Conforme discutido abaixo, diferentes condições microambientais às quais diferentes populações de REC estão expostas também podem afetar seus perfis metabólicos e apoiar a heterogeneidade fenotípica de REC, bem como sua resposta aos estímulos da doença.

Respostas REC a mudanças na tensão de oxigênio

Emborarinssão os órgãos mais perfundidos do corpo, menos de 10% do oxigênio circulante é consumido durante a passagem do sangue pelorins¹⁴⁸. orima medula é exposta a baixa tensão de oxigênio, com pO2 de 10-20 mmHg (hipóxia) em comparação com 50 mmHg no córtex renal117 (Fig. 4a). O gradiente de oxigênio que segue o eixo corticopapilar é consequência de vários fatores, incluindo um shunt arteriovenoso de oxigênio que resulta do arranjo paralelo do AVR e DVR na medula, o fluxo sanguíneo limitado para e dentro da medula para minimizar a lavagem de solutos , e o uso de fosforilação oxidativa para produzir os altos níveis de energia necessários para que a Na plus /K plus ATPase reabsorva Na plus e possibilite o funcionamento adequado de outros transportadores de solutos da membrana celular117. Assim, a hipóxia é inerente ao mecanismo de concentração de urina da medula^10,117.

Também é necessário para a devidarimdesenvolvimento 149. No entanto, a hipóxia pode ser prejudicial e é considerada uma das principais causas de LRA150 e um fator de risco para doença renal crônica (DRC)151 (Fig. 4a). A hipóxia renal pode resultar de eventos isquêmicos, como pode ocorrer durante o transplante renal ou como resultado de perfusão renal anormal por rarefação capilar peritubular, lesão glomerular, aterosclerose, desregulação do tônus ​​vascular arterial, anemia e difusão prejudicada de oxigênio por fibrose152 ( Fig. 4a). Dentro do sistema vascular, a exposição de curto prazo à hipóxia causa modulação reversível do tônus ​​vascular e do fluxo sanguíneo, enquanto a exposição de longo prazo resulta em remodelação irreversível da vasculatura e dos tecidos circundantes com proliferação e fibrose de VSMC¹⁵³. A resposta celular à hipóxia depende da inativação de oxigenases dependentes de Fe2 mais e de oxigenases dependentes de 2-oxoglutarato (2-OG)152, e a ativação subsequente de fator de transcrição induzível por hipóxia (HIF) dependente e Vias independentes de HIF. A exposição à hipóxia desencadeia a ativação de HIF1 e HIF2 em ECs154 (Fig. 4b). Norim, RECs expressam amplamente HIF2 em hipóxia, enquanto a expressão proteica de HIF1 é limitada a mRECs na papila155-157, onde provavelmente estimula a glicólise (Fig. 4b). A ativação de HIF2 em RECs, em geral, medeia proteção e recuperação de lesão renal isquêmica promovendo eritropoiese e suprimindo a inflamação renal, rarefação capilar e fibrose156 (Fig. 4b). Exposição de RECs à hipóxia no contexto derima doença pode, portanto, induzir respostas diferentes em gRECs e cRECs do que em mRECs. Por exemplo, a hipóxia promove proliferação e migração dependentes de HIF de ECs158,159 cultivadas; no entanto, em condições não confluentes, os gRECs cultivados sofrem apoptose dependente da mitocôndria após a exposição à hipóxia155,160,161, sugerindo uma má adaptação dos gRECs à hipóxia. Embora os gRECs pareçam ser bastante resistentes à hipóxia in vivo, provavelmente devido ao efeito parácrino do VEGF161 derivado de podócitos, a hipóxia pode induzir uma perda progressiva das proteínas de junção apertada ocludina e ZO-1 em gRECs em um HIF{{ 11}}dependente, acabando por aumentar a permeabilidade da barreira endotelial162. Pouco se sabe sobre a resposta dos mRECs à hipóxia. Os mRECs no AVR e DVR, em particular, são expostos a baixa tensão de oxigênio na papila sob condições fisiológicas, e o regulon Epas1 (que codifica HIF2 ) é regulado positivamente nos mRECs após a privação de água, provavelmente em resposta a um aumento na hipóxia causada pela processo de concentração de urina¹⁰.

Adaptação metabólica de ECs a mudanças na tensão de oxigênio.Sob condições normóxicas, os ECs dependem principalmente da glicólise para a produção de ATP, em vez da fosforilação oxidativa mitocondrial163. Em resposta à hipóxia, essas respostas metabólicas são exacerbadas, com maior aumento da glicólise e supressão da respiração mitocondrial (Fig. 4b), explicando por que as CE resistem à hipóxia enquanto a glicose permanece disponível164. Após a exposição à hipóxia aguda, como um evento isquêmico, os ECs mostram um rápido aumento nas EROs derivadas da mitocondrial e/ou NAD(P)H oxidase, que estabiliza o HIF1 e permite maior fluxo glicolítico164 — respostas que são consistentes com um HIF{{6 }} regulação positiva induzida do metabolismo da glicose e regulação negativa da atividade mitocondrial^164,165 (Fig. 4b). Além disso, análises de vias metabólicas de ECs expostas a hipóxia crônica, como pode ocorrer na medula ou no contexto de DRC, revelaram uma regulação positiva de genes glicolíticos dependente de HIF2 -¹⁶⁶. Curiosamente, alguns genes glicolíticos, como Eno1 e Aldoa, que codificam as enzimas enolase 1 e aldolase A, que são necessárias para produzir ATP e piruvato a partir da glicose, foram superregulados em maior extensão em mRECs do que em cRECs e gRECs10. Mais especificamente, os mRECs da porção papilar do AVR – que é a porção do leito vascular renal mais exposto à hipóxia – apresentaram a maior expressão dos genes glicolíticos Aldoa, Ldha e Gapdh entre todos os mRECs em camundongos10. Assim, os mRECs papilares podem demonstrar maior fluxo glicolítico anaeróbio do que outros RECs como resultado de seu microambiente hipóxico. Da mesma forma, as células epiteliais medulares têm maior capacidade de produção de ATP glicolítico anaeróbico do que as células tubulares proximais.¹¹⁷. Os mRECs também regulam positivamente vários genes glicolíticos após a privação de água, concomitantemente com o aumento da atividade do HIF2 mencionado acima¹⁰.

Em ECs, HIF2 é regulado positivamente em parte após a ativação do NAD mitocondrial mais desacetilase sirtuína 3 dependente (SIRT3) (ref. 167) (Fig. 4b). A perda de SIRT3 prejudica a sinalização hipóxica em ECs e resulta em angiogênese defeituosa e disfunção microvascular, secundária a uma mudança metabólica da glicólise independente de oxigênio para a respiração mitocondrial. Essa mudança metabólica está associada a uma diminuição na expressão de 6-fosfofruto-2-quinase (PFKFB3), uma enzima que atua como um regulador positivo da glicólise e formação de ROS¹⁶⁷(Fig. 4b). Em hipóxia, SIRT3 regula positivamente as enzimas antioxidantes mitocondriais de uma maneira dependente de FOXO3 (ref.¹⁶⁸) — um fator de transcrição que também é regulado positivamente pelo HIF1¹⁶⁹ (Fig. 4b). Curiosamente, a via antioxidante SIRT3-FOXO3 é operacional em gRECs, impedindo a transição endotelial-mesenquimal erimfibrose em modelo animal de hipertensão induzida por angiotensina II¹⁷⁰(Fig. 4b). As abordagens farmacológicas que aumentam a SIRT3 também limitam a LRA induzida por cisplatina, protegendo contra lesão tubular e melhorandorimfunção¹⁷¹. Por outro lado, camundongos nocautes Sirt3-exibem IRA mais grave, embora a contribuição dos RECs para esses efeitos não tenha sido determinada¹⁷¹. Se esta via antioxidante SIRT3-FOXO3 também está envolvida na resposta fisiológica de mRECs à hipóxia na medula ainda não foi determinado.

O metabolismo dos ácidos graxos também é afetado pela disponibilidade de oxigênio, uma vez que a hipóxia desencadeia um aumento na expressão e atividade da ácido graxo sintase (FAS), uma enzima chave controladora da taxa da via de biossíntese de ácidos graxos, resultando em uma redução da malonil -CoA pool e um aumento dos níveis de palmitato em ECs172 (Fig. 4b). Em ECs da artéria pulmonar humana, a inibição da FAS leva ao comprometimento da estabilização do HIF1 e subsequentes alterações mediadas pelo HIF no transporte e metabolismo da glicose e à restauração da função da eNOS, sugerindo que a inibição da síntese de ácidos graxos pode ser benéfica para a função EC em hipóxia¹⁷²(Fig. 4b). Norim, Fans — que codifica a FAS — foi regulado positivamente em um modelo experimental de insuficiência renal crônica e contribuiu para a hipertrigliceridemia¹⁷³. A regulação positiva de Fans e outros genes responsivos à hipóxia também foi observada norimcórtex de um modelo de camundongo de anemia falciforme que exibiu dano glomerular e tubular progressivo¹⁷⁴. O metabolismo lipídico alterado é uma característica da DRC proteinúrica e evidências clínicas e experimentais apoiam a noção de que o metabolismo lipídico alterado pode contribuir para a patogênese e progressão da doença renal¹⁷⁵. No entanto, o papel dos RECs no metabolismo desregulado de ácidos graxos no contexto derimdoençacontinua a ser melhor esclarecida.

A hipóxia também induz a regulação positiva da arginase II de uma maneira dependente da ativação do HIF2¹⁷⁶ou HIF1¹⁷⁷, e diminui a síntese e transporte de seu substrato, arginina, em ECs^178,179(Fig. 4b). A arginase II é uma metaloenzima que é particularmente expressa narinse catalisa a hidrólise de l-arginina em ureia e l-ornitina. O aumento da atividade da arginase II reduz a biodisponibilidade da arginina, que amortece a atividade da eNOS, diminuindo a produção endotelial de NO e desencadeando o desacoplamento da eNOS, levando à produção de ROS e estresse nitrosativo.¹⁷⁶. Essas etapas são críticas na promoção da disfunção endotelial, doença renal diabética eriminflamação no contexto da obesidade induzida por dieta^180,181. Em condições fisiológicas, a arginase II é expressa principalmente na medula externa, sugerindo que essa adaptação metabólica provavelmente não ocorre nos mRECs mais expostos à hipóxia¹⁸¹.

Finalmente, a exposição de mRECs papilares à hipóxia aguda desencadeia a liberação de purinas e ATP, juntamente com UTP e UDP, no espaço extracelular^182–184. O ATP ativa os receptores P2Y endoteliais, resultando em produção de NO, vasodilatação e aumento da perfusão tecidual¹⁸⁵. O ATP também forma adenosina após o metabolismo do ATP por ectoenzimas^185,186. É importante ressaltar que a hipóxia desencadeia uma regulação positiva2 -dependente de HIF do receptor de adenosina A2a (codificado por ADORA2A) em ECs^187,188, cuja ativação aumenta a síntese da proteína HIF1, promovendo ainda mais a expressão gênica glicolítica e o fluxo glicolítico¹⁸⁷(Fig. 4b). Na maioria dos casos, a ativação dos receptores A2a e A2b expressos por ECs e VSMCs medeia os efeitos vasodilatadores da adenosina liberada durante a hipóxia185. Norim, diferentes receptores de adenosina estão presentes em diferentes partes da vasculatura¹⁸⁹, e ATP extracelular e adenosina exercem papéis-chave na regulação da hemodinâmica renal e da microcirculação^185,190. Na medula, a adenosina é produzida no ramo ascendente espesso medular da alça de Henle (TALH) após estresse oxidativo¹⁹¹e atua como um vasodilatador, induzindo um aumento no fluxo sanguíneo medular através de um mecanismo que pode envolver mRECs DVR¹⁹². No entanto, ao contrário de seus efeitos na maioria dos outros vasos, a ativação mediada por adenosina dos receptores A2a, que são particularmente expressos nas arteríolas aferentes, desencadeia vasoconstrição da vasculatura renal, afetando potencialmente o fluxo sanguíneo renal e a filtração glomerular.^185,193. De notar, um papel para os receptores purinérgicos na progressão da DRC foi identificado¹⁹⁴.