Васкуларна пермеабилност: регулациони путеви и улога у болестима бубрега

За више информација. контактtina.xiang@wecistanche.com

Апстрактан

Позадина: Васкуларна пермеабилност(ВП) је фундаментални аспект васкуларне биологије. Све већи број студија је открио да многи сигнални путеви управљају ВП и у физиолошким и у патофизиолошким стањима. Штавише, нови докази идентификују промену ВП као кључни патогени фактор уакутна повреда бубрега, хронична болест бубрега, дијабетесна болест бубрегаи друге протеинуријске болести. Стога је уочавање веза између ових путева и етиологије болести бубрега важан задатак јер такво знање може покренути развој нових терапијских или превентивних медицинских приступа. С тим у вези, дискусија која сумира путеве који регулишу ВП и повезују их са болестима бубрега је веома оправдана.

Резиме: Главни путеви регулације ВП обухватају ангиогене факторе укључујући фактор раста васкуларног ендотела/ВЕГФР, ангиопоетин/Тие и семафорин/неуропилин класе 3 и инфламаторне факторе укључујући хистамин, фактор који активира тромбоците и екстравазацију леукоцита. Ови путеви углавном делују на васкуларни ендотелни кадхерин како би модулирали адхеренске спојеве ендотелних ћелија (ЕЦс), чиме се повећава ВП преко парацелуларног пута. Повишена ВП код различитих болести бубрега укључује апоптозу ЕЦ, неуравнотежене регулаторне факторе и многе друге патофизиолошке догађаје, што заузврат погоршава структурне и функционалне поремећаје бубрега. Мере за побољшање ВП ефикасно побољшавају болесни бубрег у смислу повреде ткива, ендотелне дисфункције, функције бубрега и дугорочне прогнозе.

Кључне поруке: (1) Ангиогени фактори, инфламаторни фактори и молекули адхезије представљају главне путеве који регулишу ВП. (2) Васкуларна хиперпермеабилност повезује различите патофизиолошке процесе и игра штетну улогу у вишеструким болестима бубрега. 2021 С. Каргер АГ, Базел

Кључне речи: Васкуларна пермеабилност · Васкуларни ендотелни кадхерин · Акутна повреда бубрега · Хронична болест бубрега · Дијабетичка болест бубрега

Кликните овде да сазнате за шта се користи цистанцхе

Увод

За кичмењаке, васкуларни систем игра незаменљиву улогу у складиштењу крви, храњењу ткива кисеоником и хранљивим материјама, транспорту метаболита и пружању капија имунолошком систему. Да би остварио ове мисије, обезбеђује адекватне интерфејсе и довољну пропустљивост за размену материјала између циркулације и различитих ткива [1].

Васкуларна пермеабилност (ВП) се генерално дефинише као способност крвних судова да контролишу двосмерни пролаз молекула и имуних ћелија одређеног опсега величине и да ограниче екстравазацију већих молекула. У физиолошким условима, молекули<40 kda="" can="" pass="" through="" mature="" vessels,="" whereas="" larger="" proteins,="" such="" as="" albumin="" (66="" kda)="" and="" transferrin(80="" kda),="" are="" retained.="" however,="" under="" pathophysiological="" conditions,="" for="" instance,="" inflammation,="" and="" allergy,="" even="" molecules="" of2,000="" kda="" may="" extravasate.="" in="" addition="" to="" size="" and="" physiological="" status,="" vp="" is="" also="" affected="" by="" the="" type="" of="" microvessels="" involved="" (venules="" or="" capillaries),="" other="" characteristics="" of="" the="" molecule(shape,="" charge,="" and="" hydrophilicity),="" and="" the="" histological="" pathway(transcellular,="" paracellular,="" or="" via="">

Васкулатура бубрега је јединствена и сложена: бубрежна артерија улази у бубрег у бубрежном хилуму и даље се грана у интерлобуларне и лучне артерије које на крају формирају гломеруларне капиларе и пост-гломеруларне капиларе. Ова специфична васкулатура обезбеђује функцију бубрега ултрафилтрације крви, производњу урина и одржавање равнотеже течности, електролита и ацидобазне равнотеже [3]. Као витално својство васкулатуре бубрега, ВП гломеруларних и пост-гломеруларних капилара игра кључну улогу у хомеостази бубрега. Гломеруларна пермеабилност филтрационе баријере одређује типове молекула који се филтрирају из серума у ​​Бовманову капсулу. Штавише, ВП пост-гломеруларних капилара, укључујући перитубуларну капиларну мрежу и васа рецта, је од суштинског значаја за реапсорпцију ултрафилтрата и одржавање медуларног осмотског градијента [4].

Промена ВП је уско повезана са различитим болестима бубрега. Код акутне повреде бубрега (АКИ), капиларна хиперпермеабилност – доприноси микроваскуларној хипоперфузији, едему, хипоксији и упали, додатно погоршавајући повреду и дисфункцију ткива [5]. Промене системске и гломеруларне пермеабилности су повезане са албуминуријом и едемом код вишеструких протеинуријских болести као што су дијабетичка обољења бубрега (ДКД), идиопатски нефротски синдром (ИНС) и хипертензија [6-8]. За хроничну бубрежну болест (ЦКД), посебно завршну бубрежну болест (ЕСРД), микроваскуларно цурење праћено рефакцијом капилара и тубулоинтерстицијалном фиброзом пријављено је и код животиња и код пацијената, што је повезано са лошом прогнозом [9,10].

С обзиром на кључну улогу ВП у хомеостази бубрега иу физиолошким и у патолошким условима, даља истраживања његовог регулационог механизма и његове везе са бубрежним обољењима су веома оправдана. У овом прегледу ће се расправљати о тренутном напретку истраживања регулације ВП главним сигналним путевима, променама ВП код различитих болести бубрега, њиховој корелацији и превођењу таквих молекуларних механизама у претклиничку и клиничку праксу. Елементи и путеви ВП у бубрежним капиларама сумирани су на слици 1.

Слика 1. Бубрежни капилари и путеви пермеабилности. Шематски приказ елемената и путева ВП у бубрежним капиларама. Бубрег има 2 врсте капиларних лежишта, гломеруларну капилару и пост-гломеруларну капилару (перитубуларна капилара), који имају различите елементе који утичу на њихову пропустљивост. Оба су главни ендотелни површински гликокаликс и ЕЦ монослој за трансћелијски пут, ЕЦ спојеви (ТЈс и АЈ) за парацелуларни пут, ЕЦ фенестре (перитубуларне капиларне фенестре имају танку дијафрагму), перицити (месангијалне ћелије као гломеруларне ћелије), и базалне мембране (ГБМ). Штавише, баријера гломеруларне пермеабилности укључује подоците са прорезом дијафрагме између њихових стопала. ВП, васкуларна пермеабилност;ЕЦ,ендотелне ћелије;ТЈс,тесни спојеви;АЈс,адхеренсни спојеви; ГБМ, базална мембрана гломерула.

Уредба ВП

ВЕГФ/ВЕГФР сигнални пут

Васкуларни ендотелни фактор раста (ВЕГФ) је првобитно назван фактор васкуларне пермеабилности, што указује на његову кључну улогу у регулацији пермеабилности. Чланови ВЕГФ породице обухватају ВЕГФ-А до ВЕГФ-Е и факторе раста плаценте, који делују преко својих рецептора ВЕГФР1, ВЕГФР2 и ВЕГФР3 и ко-рецептора неуропилин-1 (НРП1) и неуропилин-2(НРП2) [11].

ВЕГФ-А/ВЕГФР2 са ко-рецептором НРПл је главни пут за модулацију ангиогенезе и ВП [11]. У бубрезима се ВЕГФ производи првенствено подоцитима и тубуларним епителним ћелијама, а ВЕГФР2 се експримира на ендотелним ћелијама (ЕЦс), где формира механосензорни комплекс са васкуларним ендотелним кадхерином (ВЕ-кадхерином), главним адхезивним протеином на спојевима адхеренса (АЈс). ВЕГФ стимулација покреће ВЕГФР2 фосфорилацију на тирозину И949 који везује Т-ћелијски специфични адаптер низводно, даље Срц. Вав2/Раце/ПАК1 сигнал, што доводи до фосфорилације ВЕ-кадхерина на И658 и И685, а затим до ендоцитозе праћене деградацијом или рециклирањем, чиме се повећава ВП [12, 13]. Друго место фосфорилације ВЕГФР2 одговорно за ВП је И1173, које може, путем ПЛЦ-зависног прилива калцијума у ​​ПИ3К/Акт путу индуковану ендотелну фосфорилацију азот оксид синтазе (еНОС) у серинском С1177, ац приватним еНОС да произведе НО [12]. НО индукује вазодилатацију и повећање локалног протока крви, што доводи до измењеног напрезања смицања ради модулације фосфорилације ВЕ-кадхерина и промене хидростатског притиска како би се подстакла екстравазација интраваскуларних компоненти [14,15]. Осим тога, НО-уређује С-нитрозилацију -катенина на Цис619, промовишући његову дисоцијацију од ВЕ-кадхерина и растављања АЈ[16]. Такође, ВЕГФ/ВЕГФР2 пут може посредовати ВП путем ометања чврстих спојева (ТЈс)[17].

Занимљиво је да се раније сматрало да ВЕГФР3 са ко-рецептором НРП2 контролише лимфангиогенезу, али ВЕГФР3 такође може да модулише ВП супресијом експресије ВЕГФР2 и активности ВЕГФ/ВЕГФР2 пута у мирним, ангиогеним ЕЦ [18]. Такав феномен имплицира интеракцију између ВЕГФР-а и наглашава њихов синтетички ефекат када се фокусира на било који од ових путева, иако ВЕГФР-ови имају нескладан афинитет за различите лиганде. Треба напоменути да су подаци о којима се горе говори су генерисани коришћењем мишјих модела [12-18] и ЕЦс култивисаних ин витро, укључујући људске [14,15,17] и мишје [14-16,18]ЕЦлине, које могу не одражавају савршено процес трансдукције сигнала у људском телу. Штавише, треба нагласити да интернализација ВЕ-кадхерина као уобичајеног пута ВЕГФ-индукованог ВП доводи до поремећаја АЈс и коначно посредује ВП преко парацелуларног пута.

Ангст/Тие и ВЕ-ПТП

Ангиопоетини (Ангптс) су секретовани фактори раста који регулишу ангиогенезу и упалу преко ендотелног рецептора тирозин киназе Тие. Ангел и Ангпт2 делују антагонистички у ВП модулацији: Ангптл је конститутивно изражен у не-ЕЦс, фосфорилише Тие2 на ЕЦ, промовише његову редистрибуцију и даље изазива Рапл/Раце пут да деактивира фосфорилацију лаког ланца миозина посредовану путем РхоА/РОЦК, преуређење ВЕ-кадхерина и васкуларно цурење [19,20]. Супротно томе, експресија Ангпт2 од стране ЕЦ-а се обично контролише на ниским нивоима, али се појачано регулише у патолошким условима и компетитивно се везује за Тие2 да би га инактивирао [20]. Такође, Ангпт2 смањује експресију клаудина-5 у ТЈс, повећава експресију кавеолина-1 да би подржао трансцелуларни пут и стимулише одвајање и миграцију перицита да посредује ВП [21]. Други могући механизам Ангпт{14}}индукованог ВП може укључивати оштећење ендотелног површинског гликокаликса који је важан за ендотелну дисфункцију, јер клиничко испитивање сугерише да повећани Ангпт2 може посредовати у вези између липопротеина ниске густине-холестерола и повреде гликокаликса обележен биомаркером синдекан-л код пацијената са нефротским синдромом [22]. Тиел је мање окарактерисан од Тие2, који може директно да ступи у интеракцију са Тие2 да регулише пут Ангпт/Тие2, а његово брисање затеже АЈ тако што повећава експресију ВЕ-кадхерина [23].

Васкуларни ендотелни протеин тирозин фосфатаза (ВЕ-ПТП) је ендотелно специфична фосфатаза повезана и са ВЕ-кадхерином и са Тие2, и стабилизује ВЕ-кадхерин у мирном ендотелу путем инхибиције ГЕФ-Х{6}}посредоване РхоА активности активирани ендотел путем дефосфорилације ВЕ-кадхерина на И658/И685 [24]. Контроверзно, могао би да игра двоструке улоге у изазваном ендотелу, где његова инхибиција активира Тие2 да стабилизује АЈс. Међутим, у одсуству Тие2, ВЕ-ПТП инхибиција повећава ВП, у складу са његовим ефектом на дефосфорилацију ВЕ-кадхерина [19,24] . Штавише, ВЕ-ПТП дефосфорилише ВЕГФР2 на начин који зависи од Анг1/Тие2-, што инхибира фосфорилацију ВЕ-кадхерина [25]. Заузврат, током ВЕГФ стимулације екстравазације леукоцита, ВЕ-ПТП се дисоцијација од ВЕ-кадхерина АЈс [26]. У закључку, ВЕ-ПТП регулише ВП кроз своје комбиновано деловање на дефосфорилацију ВЕ-кадхерина, супресију Тие2 и регулацију ВЕГФР2. Симултано циљање ВЕГФ, Ангпт2 и ВЕ-ПТП може бити обећавајуће терапијске стратегије за микроангиопатију [27].

Слично истраживачким студијама о ВЕГФ-у, ови подаци су добијени углавном из модела миша[19-21,23,27], људских ЕЦ линија [19,21,23,27] и мишјих ЕЦ линија [21, { {9}}], демонстрирајући ефекте Ангпт/Тие сигнала преко трансцелуларних [21] и парацелуларних [19,20,24,25] путева. Клиничко испитивање [22] пружа доказе о томе како Ангпт2 модулира ВП путем оштећења гликокаликса код пацијената, а потребно је више клиничких студија да би се повећала поузданост тренутних закључака.

Семафорин класе 3 и НРП1

Семафорини класе 3 су растворљиви молекули који су првобитно идентификовани као аксонски водећи протеини. НПЛ је мембрански усидрен рецептор за семафорине класе 3 код кичмењака, који може неконкурентно да веже ВЕГФ и покрене одговарајуће низводне путеве [28].

НРП1 као ко-рецептор ВЕГФ/ВЕГФР2 може допринети афинитету лиганд-рецептора и учествовати у преношењу сигнала [11,28]. Штавише, НРП1 и ВЕГФР2 могу или посредовати ВП независно један од другог [29]. На пример, СЕМА3А/НРПл пут инхибира активност ПП2А преко Срц/Сет сигнала који доводи до фосфорилације ВЕ-кадхерина код серина С665 и интернализације или покреће ПИ3К/Акт пут [30, 31]. Такође, СЕМА3А може да интерагује са комплексом ВЕГФР1/НРП2 да изазове активацију Мицал2, дезорганизацију Ф-актина и поремећај цитосол-Етон [32]. Штавише, наше истраживање је идентификовало СЕМА3Цас као про-пропусни фактор који доприноси повреди ткива током АКИ. Од интереса, СЕМА3А је анти-ангиогена и у одређеној мери антагонизује ВЕГФ-А, док промовише ВП [31]; Функције СЕМА3Ц су сличне ВЕГФ-у, јер промовише ангиогенезу и ВП код мишева (Цаи А ет ал, подаци у ревизији). Ови резултати указују да СЕМА3А (СЕМА3Ц)/НРП1 пут може учествовати у различитим болестима модулацијом ВП, што укључује не само сам пут већ и његову интеракцију са ВЕГФР. Што се тиче могуће терапије, можемо посебно инхибирати место везивања семафорина класе 3 на НРП1 да бисмо блокирали одговор пермеабилности, док је ВЕГФ везивање остало нетакнуто да би се одржала ЕЦ пролиферација и преживљавање.

Заједно, извор ових података је комбинација експеримената ин виво који користе мишје моделе [28-32] и ин витро ћелијске културе користећи људске ЕЦ линије [29-31] или мишје линије [32]. Предлаже се да се семафорини класе 3 вежу за НРП1 да би индуковали ВП преко парацелуларног пута, али како то превести у клиничку праксу потребно је даље истраживање.

Фактори инфламације и екстравазација леукоцита Васкуларна хиперпермеабилност узрокована различитим инфламаторним факторима игра критичну улогу у инфламацији и анафилаксији. Хистамин, истакнути инфламаторни фактор, има 4 сродна рецептора везана за Г протеин, означена од ХИР до Х4Р. Хистамин повећава ВП кроз ХИР, који се такође може активирати фактором који активира тромбоците (ПАФ). Активација Х1Р промовише мобилизацију калцијума посредовану ПЛЦ-ом и РхоА/РОЦК пут, који заједно индукују фосфорилацију лаког ланца миозина и редистрибуцију ВЕ-кадхерина, праћено формирањем празнина [33]. Поред горе поменутог еНОС пута, који укључује хемодинамске промене и НО-индуковану С-нитрозилацију -катенина, п120 и ВЕ-кадхерина, представљају још један главни про-пермеабилни механизам ових инфламаторних фактора [34, 35]. Поред тога, ТНФ-а, још један познати проинфламаторни цитокин, снажно промовише пермеабилност путем покретања РхоА/РОЦК сигнала, активирања Рац/РОС пута за одвајање ВЕ-ПТП од ВЕ-кадхерина и модулације ТЈ молекула, укључујући ЗО{ {21}}, оклудин и клаудин [36, 37].

Екстравазација леукоцита, кључни догађај у запаљењу, уско је повезана са ВП преко ВЕ-кадхерина, пошто анти-пермеабилност преко ВЕ-кадхерин-а-катенин комплекса снажно смањује инфилтрацију леукоцита у одређеним ткивима без утицаја на ВЕГФР2 сигнал, ВЕ-ПТП асоцијација, или цитоскелетна организација [13, 38]. Интригантно, екстравазација ВП и леукоцита су регулисани различитим тирозинима ВЕ-кадхерина, пошто фосфорилација на И685 омогућава ВП и леукоциту, дефосфорилише И731 да екстравазатира [39]. Без обзира што ВЕ-ПТП функционише селективно на И685, он је критичан у трансмиграцији леукоцита јер ВЕГФ стимулација или везивање лимфоцита за адхезиони молекул васкуларних ћелија-1 активира пут Раце/НОКС/РОС/Пик2 који посредује у ВЕ-ПТП детацх ВЕ-кадхерин, потребан за ВП и дијапедезу леукоцита ин виво [26]. Штавише, фосфорилација ВЕ-кадхерина И685 подржава дифузију хемокина из запаљеног интерстицијума товаскуларног лумена, чиме се промовише реверзна транс-ендотелна миграција активираних неутрофила да изазове оштећење органа на даљину [40].

Све ове претклиничке истраживачке студије о инфламаторним цитокинима и ћелијама су засноване на мишјим моделима [33-40], уз помоћ хуманих ЕЦ линија [33,35,38,39] или изолованих примарних ћелија [36, 39]. Узети заједно, ови инфламаторни фактори деле неколико заједничких механизама не само у себи већ иу ангиогеним факторима, а изгледа да модификација ВЕ-кадхерина да би се олакшао парацелуларни пут игра централну улогу. Путеви који регулишу ВП су сажети на слици 2.

Сл.2.Главни сигнални путеви који регулишу ВП. Ови путеви углавном укључују ангиогени сигнални пут (ВЕГФ/ВЕГФР2, Ангпт/Тие2 и СЕМА3А/НРП1) и инфламаторни сигнални пут (хистамин/ХИР, ПАФ/ПАФР, ТНФ-а/ТНФР и леукоцит/ВЦАМ{{6} }). Без обзира на прецизан процес трансдукције сигнала, они модулишу заједнички супстрат, ВЕ-кадхерин, у АЈ. Фосфорилација ВЕ-кадхерина на И658, И685 и С665 доводи до интернализације праћене деградацијом или рециклирањем, чиме се повећава ВП. ВЕ-ПТП инхибира фосфорилацију ВЕ-кадхерина и ВЕГФР2 ради стабилизације ендотелних спојева; стога, његова дисоцијација од ВЕ-кадхерина повећава ВП.С-нитрозил-дејство ВЕ-кадхерина, -катенина, и пл20 посредује у поремећају АЈс и ендоцитозе ВЕ-кадхерина. Фосфорилација МЛЦ, стресног влакна, промовише преуређење и прерасподелу ВЕ-кадхерина да би се отворио ендотелни контакт. Леукоцит дефосфорилише ВЕ-кадхерин И731 да изазове екстравазацију. ВП је такође модулисан ТЈс, експресијом кавеолина-л (трансцелуларни транспорт), одвајањем перицита и хемодинамским факторима. ВП, васкуларна пермеабилност; ВЕ-кадхерин, васкуларни ендотелни кадхерин; АЈ, адхерентни спој; ВЕ-ПТП, васкуларни ендотелни протеин тиро-син фосфатаза; МЛЦ, лаки ланац миозина; ТЈс, уски спојеви; ИС, индоксил сулфат; ЕЦ, ендотелна ћелија.