Vaskularna permeabilnost: regulacijski putevi i uloga u bolestima bubrega

Za više informacija. kontakttina.xiang@wecistanche.com

Abstract

Pozadina: Vaskularna permeabilnost(VP) je fundamentalni aspekt vaskularne biologije. Sve veći broj studija otkriva da mnogi signalni putevi upravljaju VP i u fiziološkim i u patofiziološkim stanjima. Nadalje, novi dokazi identificiraju promjenu VP kao ključni patogeni faktor uakutna povreda bubrega, hronična bolest bubrega, dijabetička bolest bubregai druge proteinurijske bolesti. Stoga je uočavanje veza između ovih puteva i etiologije bolesti bubrega važan zadatak jer takvo znanje može potaknuti razvoj novih terapijskih ili preventivnih medicinskih pristupa. S tim u vezi, rasprava o rezimiranju puteva regulacije VP i njihovom povezivanju sa bubrežnim bolestima je vrlo opravdana.

Sažetak: Glavni putevi regulacije VP uključuju angiogene faktore uključujući faktor rasta vaskularnog endotela/VEGFR, angiopoetin/Tie i semaforin/neuropilin klase 3 i inflamatorne faktore uključujući histamin, faktor koji aktivira trombocite i ekstravazaciju leukocita. Ovi putevi uglavnom djeluju na vaskularni endotelni kadherin kako bi modulirali adherenske spojeve endotelnih ćelija (ECs), čime se povećava VP preko paracelularnog puta. Povišeni VP kod različitih bolesti bubrega uključuje apoptozu EC, neuravnotežene regulatorne faktore i mnoge druge patofiziološke događaje, što zauzvrat pogoršava strukturne i funkcionalne poremećaje bubrega. Mere za poboljšanje VP efikasno poboljšavaju bolesni bubreg u smislu povrede tkiva, endotelne disfunkcije, funkcije bubrega i dugoročne prognoze.

Ključne poruke: (1) Angiogeni faktori, inflamatorni faktori i adhezioni molekuli predstavljaju glavne puteve koji regulišu VP. (2) Vaskularna hiperpermeabilnost povezuje različite patofiziološke procese i igra štetnu ulogu u višestrukim bolestima bubrega. 2021. S. Karger AG, Basel

Ključne riječi: Vaskularna permeabilnost · Vaskularni endotelni kadherin · Akutna povreda bubrega · Hronična bolest bubrega · Dijabetička bolest bubrega

Kliknite ovdje da saznate za što se koristi cistanche

Uvod

Za kičmenjake, vaskularni sistem igra nezamjenjivu ulogu u skladištenju krvi, hranjenju tkiva kisikom i hranjivim tvarima, transportu metabolita i pružanju ulaza u imunološki sistem. Da bi ostvario ove misije, osigurava adekvatne interfejse i dovoljnu propusnost za razmjenu materijala između cirkulacije i različitih tkiva [1].

Vaskularna permeabilnost (VP) se općenito definira kao sposobnost krvnih žila da kontroliraju dvosmjerni prolaz molekula i imunoloških stanica određenog raspona veličine i da ograniče ekstravazaciju većih molekula. U fiziološkim uslovima, molekuli<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="">

Vaskulatura bubrega je jedinstvena i složena: bubrežna arterija ulazi u bubreg na renalnom hilumu i dalje se grana u interlobularne i lučne arterije koje na kraju formiraju glomerularne kapilare i post-glomerularne kapilare. Ova specifična vaskulatura osigurava funkciju bubrega ultrafiltracije krvi, proizvodnju urina i održavanje ravnoteže tekućine, elektrolita i acidobazne ravnoteže [3]. Kao vitalno svojstvo vaskulature bubrega, VP glomerularnih i post-glomerularnih kapilara igra ključnu ulogu u homeostazi bubrega. Glomerularna permeabilnost filtracijske barijere određuje tipove molekula koji se filtriraju iz seruma u Bowmanovu kapsulu. Štaviše, VP post-glomerularnih kapilara, uključujući peritubularnu kapilarnu mrežu i vasa recta, je od suštinskog značaja za reapsorpciju ultrafiltrata i održavanje medularnog osmotskog gradijenta [4].

Promjena VP je usko povezana s različitim bolestima bubrega. Kod akutne ozljede bubrega (AKI), kapilarna hiperpermeabilnost – doprinosi mikrovaskularnoj hipoperfuziji, edemu, hipoksiji i upali, dodatno pogoršavajući ozljedu i disfunkciju tkiva [5]. Promjene sistemske i glomerularne permeabilnosti povezane su s albuminurijom i edemom kod višestrukih proteinurijskih bolesti kao što su dijabetesna bolest bubrega (DKD), idiopatski nefrotski sindrom (INS) i hipertenzija [6-8]. Za hroničnu bubrežnu bolest (CKD), posebno završnu bubrežnu bolest (ESRD), mikrovaskularno curenje praćeno razrjeđivanjem kapilara i tubulointersticijskom fibrozom prijavljeno je i kod životinja i kod pacijenata, što je povezano s lošom prognozom [9,10].

S obzirom na ključnu ulogu VP u homeostazi bubrega iu fiziološkim i u patološkim stanjima, dalja istraživanja njegovog regulacionog mehanizma i njegove veze sa bubrežnim oboljenjima su veoma opravdana. Ovaj pregled će raspravljati o trenutnom napretku istraživanja regulacije VP glavnim signalnim putevima, promjeni VP kod različitih bolesti bubrega, njihovoj korelaciji i prevođenju takvih molekularnih mehanizama u pretkliničku i kliničku praksu. Elementi i putevi VP u bubrežnim kapilarama sumirani su na slici 1.

Slika 1. Bubrežni kapilari i putevi permeabilnosti. Šematski prikaz elemenata i puteva VP u bubrežnim kapilarama. Bubreg ima 2 tipa kapilarnih ležišta, glomerularnu kapilaru i post-glomerularnu kapilaru (peritubularna kapilara), koji imaju različite elemente koji utiču na njihovu propusnost. Oba su glavni endotelni površinski glikokaliks i EC monosloj za transcelularni put, EC spojevi (TJs i AJ) za paracelularni put, EC fenestre (peritubularne kapilarne fenestre imaju tanku dijafragmu), periciti (mesangial pericites ćelije kao glomerularne ćelije). i bazalne membrane (GBM). Nadalje, barijera glomerularne permeabilnosti uključuje podocite sa prorezom dijafragme između njihovih stopala. VP, vaskularna permeabilnost;EC,endotelne ćelije;TJs,tesni spojevi;AJs,adherensni spojevi; GBM, bazalna membrana glomerula.

Uredba VP

VEGF/VEGFR signalni put

Faktor rasta vaskularnog endotela (VEGF) je prvobitno nazvan faktor vaskularne permeabilnosti, što ukazuje na njegovu ključnu ulogu u regulaciji permeabilnosti. Članovi VEGF porodice obuhvataju VEGF-A do VEGF-E i faktore rasta placente, koji djeluju preko svojih receptora VEGFR1, VEGFR2 i VEGFR3 i ko-receptora neuropilin-1 (NRP1) i neuropilin-2(NRP2) [11].

VEGF-A/VEGFR2 sa ko-receptorom NRPl je glavni put za modulaciju angiogeneze i VP [11]. U bubrezima, VEGF se prvenstveno proizvodi podocitima i tubularnim epitelnim ćelijama, a VEGFR2 se eksprimira na endotelnim ćelijama (ECs), gdje formira mehanosenzorni kompleks sa vaskularnim endotelnim kadherinom (VE-cadherin), glavnim adhezivnim proteinom na spojevima adherensa (AJs). VEGF stimulacija pokreće VEGFR2 fosforilaciju na tirozinu Y949 koji vezuje T-ćelijski specifični adapter nizvodno, dalje Srccelite Vav2/Race/PAK1 signal, što dovodi do fosforilacije VE-kadherina na Y658 i Y685, a zatim do endocitoze praćene degradacijom ili recikliranjem, čime se povećava VP [12, 13]. Još jedno mesto fosforilacije VEGFR2 odgovorno za VP je Y1173, koje može, putem PLC-ovisnog kalcijuma priliva PI3K/Akt putem endotelne fosforilacije azot oksid sintaze (eNOS) u serinskom S1177, ac privatnim eNOS za proizvodnju NO [12]. NO inducira vazodilataciju i povećanje lokalnog protoka krvi, što dovodi do izmijenjenog naprezanja smicanja kako bi se modulirala fosforilacija VE-kadherina i promjena hidrostatskog tlaka kako bi se potaknula ekstravazacija intravaskularne komponente [14,15]. Osim toga, NO djeluje na S-nitrozilaciju -katenina na Cys619, promovišući njegovu disocijaciju od VE-kadherina i rastavljanja AJ[16]. Takođe, VEGF/VEGFR2 put može posredovati VP putem ometanja čvrstih spojeva (TJs)[17].

Zanimljivo je da se ranije smatralo da VEGFR3 sa ko-receptorom NRP2 kontroliše limfangiogenezu, ali VEGFR3 takođe može modulirati VP supresijom ekspresije VEGFR2 i aktivnosti VEGF/VEGFR2 puta u mirnim, angiogenim EC [18]. Takav fenomen implicira interakciju između VEGFR-ova i naglašava njihov sintetički efekat kada se fokusira na bilo koji od ovih puteva, iako VEGFR-ovi pokazuju nesrazmjeran afinitet za različite ligande. Treba napomenuti da su podaci o kojima se gore raspravljalo generirani korištenjem mišjih modela [12-18] i EC-a kultiviranih in vitro, uključujući ljudske [14,15,17] i mišje [14-16,18]ECline, koje mogu ne odražavaju savršeno proces signalne transdukcije u ljudskom tijelu. Štaviše, treba naglasiti da internalizacija VE-kadherina kao uobičajenog puta VEGF-induciranog VP dovodi do poremećaja AJs i konačno posreduje VP preko paracelularnog puta.

Angst/Tie i VE-PTP

Angiopoetini (Angpts) su sekretirani faktori rasta koji regulišu angiogenezu i upalu preko endotelnog receptora tirozin kinaze Tie. Angel i Angpt2 djeluju antagonistički u VP modulaciji: Angptl je konstitutivno izražen u ne-ECs, fosforilira Tie2 na EC, promovira njegovu redistribuciju i dalje izaziva Rapl/Race put da deaktivira fosforilaciju lakog lanca miozina posredovanu putem RhoA/ROCK, reorganizacija VE-kadherina i vaskularno curenje [19,20]. Suprotno tome, ekspresija Angpt2 od strane EC-a obično je kontrolirana na niskim razinama, ali je pojačana u patološkim stanjima i kompetitivno se vezuje za Tie2 kako bi ga inaktivirala [20]. Također, Angpt2 smanjuje ekspresiju klaudina-5 u TJ, povećava ekspresiju kaveolina-1 kako bi podržao transcelularni put i stimulira odvajanje i migraciju pericita da posreduje VP [21]. Drugi mogući mehanizam Angpt2-induciranog VP može uključivati ​​oštećenje endotelnog površinskog glikokaliksa koji je važan za endotelnu disfunkciju, jer kliničko ispitivanje sugerira da povećani Angpt2 može posredovati u povezanosti između lipoproteina niske gustine-holesterola i ozljede glikokaliksa označen biomarkerom syndecan-l kod pacijenata sa nefrotskim sindromom [22]. Tiel je manje okarakterisan od Tie2, koji može direktno stupiti u interakciju sa Tie2 kako bi regulisao put Angpt/Tie2, a njegovo brisanje zaoštrava AJ tako što povećava ekspresiju VE-kadherina [23].

Vaskularna endotelna proteinska tirozin fosfataza (VE-PTP) je endotelno specifična fosfataza povezana i sa VE-kadherinom i sa Tie2, i stabilizuje VE-kadherin u mirnom endotelu putem inhibicije GEF-H{6}}posredovane RhoA aktivnosti aktivirani endotel putem defosforilacije VE-kadherina na Y658/Y685 [24]. Kontroverzno, mogao bi igrati dvostruke uloge u endotelu sa izazovom, gdje njegova inhibicija aktivira Tie2 da stabilizira AJs. Međutim, u odsustvu Tie2, VE-PTP inhibicija povećava VP, što je u skladu s njegovim efektom na defosforilaciju VE-kadherina [19,24] . Nadalje, VE-PTP defosforilira VEGFR2 na Ang1/Tie2-zavisan način, što inhibira fosforilaciju VE-kadherina [25]. Zauzvrat, tokom VEGF stimulacije ekstravazacije leukocita, VE-PTP se disocira od VE-cadhera AJs [26]. U zaključku, VE-PTP reguliše VP kroz svoje kombinovano djelovanje na defosforilaciju VE-kadherina, supresiju Tie2 i regulaciju VEGFR2. Simultano ciljanje VEGF, Angpt2 i VE-PTP moglo bi biti obećavajuće terapijske strategije za mikroangiopatiju [27].

Slično istraživačkim studijama o VEGF-u, ovi podaci su dobijeni uglavnom od mišjih modela [19-21,23,27], ljudskih EC linija [19,21,23,27] i mišjih EC linija [21, { {9}}], demonstrirajući efekte Angpt/Tie signala preko transcelularnih [21] i paracelularnih [19,20,24,25]puteva. Kliničko ispitivanje [22] pruža dokaze o tome kako Angpt2 modulira VP putem oštećenja glikokaliksa kod pacijenata, a potrebno je više kliničkih studija kako bi se povećala pouzdanost trenutnih zaključaka.

Semaforin klase 3 i NRP1

Semaforini klase 3 su izlučeni rastvorljivi molekuli koji su prvobitno identifikovani kao aksonalni proteini za vođenje. NPL je membranski usidren receptor za semaforine klase 3 kod kičmenjaka, koji može nekonkurentno vezati VEGF i pokrenuti odgovarajuće nizvodne puteve [28].

NRP1 kao ko-receptor VEGF/VEGFR2 može doprinijeti ligand-receptorskom afinitetu i učestvovati u prijenosu signala [11,28]. Nadalje, NRP1 i VEGFR2 mogu ili posredovati VP nezavisno jedan od drugog [29]. Na primjer, SEMA3A/NRPl put inhibira aktivnost PP2A putem Src/Set signala koji dovodi do fosforilacije VE-kadherina kod serina S665 i internalizacije ili pokreće PI3K/Akt put [30, 31]. Takođe, SEMA3A može stupiti u interakciju sa VEGFR1/NRP2 kompleksom da izazove aktivaciju Mical2, dezorganizaciju F-aktina i poremećaj citosol-Eton [32]. Štaviše, naše istraživanje je identifikovalo SEMA3Cas kao pro-propusni faktor koji doprinosi povredi tkiva tokom AKI. Zanimljivo je da je SEMA3A anti-angiogena i do određenog stepena antagonizira VEGF-A, dok promoviše VP [31]; SEMA3C funkcije su slične VEGF-u, jer promovira angiogenezu i VP kod miševa (Cai A et al, podaci u reviziji). Ovi rezultati ukazuju da SEMA3A (SEMA3C)/NRP1 put može učestvovati u različitim bolestima modulirajući VP, što uključuje ne samo sam put već i njegovu interakciju sa VEGFR. Što se tiče moguće terapije, možemo posebno inhibirati mjesto vezanja semaforina klase 3 na NRP1 kako bismo blokirali odgovor permeabilnosti, dok je VEGF vezivanje ostalo netaknuto kako bi se održala EC proliferacija i preživljavanje.

Zajedno, izvor ovih podataka je kombinacija eksperimenata in vivo koristeći mišje modele [28-32] i in vitro ćelijske kulture koristeći ljudske EC linije [29-31] ili mišje linije [32]. Predlaže se da se semaforini klase 3 vežu za NRP1 kako bi inducirali VP preko paracelularnog puta, ali kako to prevesti u kliničku praksu treba dalje istražiti.

Inflamatorni faktori i ekstravazacija leukocita Vaskularna hiperpermeabilnost uzrokovana različitim inflamatornim faktorima igra ključnu ulogu u upali i anafilaksiji. Histamin, istaknuti inflamatorni faktor, ima 4 srodna receptora vezana za G protein, označena od HIR do H4R. Histamin povećava VP kroz HIR, koji se također može aktivirati faktorom aktivacije trombocita (PAF). Aktivacija H1R promoviše PLC posredovanu mobilizaciju kalcija i RhoA/ROCK put, koji zajedno induciraju fosforilaciju lakog lanca miozina i redistribuciju VE-kadherina, nakon čega slijedi formiranje praznina [33]. Pored gore pomenutog eNOS puta, koji uključuje hemodinamske promene i NO-indukovanu S-nitrozilaciju -katenina, p120 i VE-kadherina, predstavljaju još jedan glavni pro-propusni mehanizam ovih inflamatornih faktora [34, 35]. Dodatno, TNF-a, još jedan poznati proinflamatorni citokin, snažno promoviše permeabilnost putem pokretanja RhoA/ROCK signala, aktiviranja Rac/ROS puta za odvajanje VE-PTP od VE-kadherina i moduliranja TJ molekula, uključujući ZO{ {21}}, okludin i klaudin [36, 37].

Ekstravazacija leukocita, ključni događaj u upali, usko je povezana s VP kroz VE-kadherin, budući da je anti-permeabilnost preko VE-kadherin-a-catenin kompleksa snažno smanjila infiltraciju leukocita u određenim tkivima bez utjecaja na VEGFR2 signal, VE-PTP asocijacija, ili citoskeletna organizacija [13, 38]. Intrigantno, ekstravazacija VP i leukocita su regulisani različitim tirozinima VE-kadherina, pošto fosforilacija na Y685 omogućava VP i leukocitu, defosforilira Y731 da ekstravazatira [39]. Bez obzira na funkciju VE-PTP selektivno na Y685, on je kritičan u transmigraciji leukocita jer VEGF stimulacija ili vezivanje limfocita na adhezioni molekul vaskularnih stanica-1 aktivira put Race/NOX/ROS/Pyk2 koji posreduje u detachmentu VE-PTP VE-kadherin, potreban za VP i dijapedezu leukocita in vivo [26]. Nadalje, fosforilacija VE-kadherina Y685 podržava difuziju hemokina iz zapaljenog intersticijuma u vaskularni lumen, promovišući na taj način obrnutu trans-endotelnu migraciju aktiviranih neutrofila za indukciju udaljenog oštećenja organa [40].

Ova pretklinička istraživanja upalnih citokina i ćelija su bazirana na mišjim modelima [33-40], uz pomoć ljudskih EC linija [33,35,38,39] ili izolovanih primarnih ćelija [36, 39]. Uzeti zajedno, ovi inflamatorni faktori dijele nekoliko zajedničkih mehanizama ne samo u sebi već iu angiogenim faktorima, a čini se da modifikacija VE-kadherina radi olakšavanja paracelularnog puta igra centralnu ulogu. Putevi koji regulišu VP su sažeti na slici 2.

Slika 2. Glavni signalni putevi koji regulišu VP. Ovi putevi uglavnom uključuju angiogeni signalni put (VEGF/VEGFR2, Angpt/Tie2 i SEMA3A/NRP1) i upalni signalni put (histamin/HIR, PAF/PAFR, TNF-a/TNFR i leukocit/VCAM{{6} }). Bez obzira na precizan proces transdukcije signala, oni moduliraju zajednički supstrat, VE-kadherin, u AJ. Fosforilacija VE-kadherina na Y658, Y685 i S665 dovodi do internalizacije praćene degradacijom ili recikliranjem, čime se povećava VP. VE-PTP inhibira fosforilaciju VE-kadherina i VEGFR2 radi stabilizacije endotelnih spojeva; stoga, njegova disocijacija od VE-kadherina povećava VP.S-nitrozilno djelovanje VE-kadherina, -katenina i pl20 posreduje u poremećaju AJs i endocitoze VE-kadherina. Fosforilacija MLC, stresnog vlakna, potiče preuređenje i preraspodjelu VE-kadherina kako bi se otvorio endotelni kontakt. Leukociti defosforilišu VE-kadherin Y731 da induciraju ekstravazaciju. VP je također moduliran TJs, ekspresijom kaveolina-l (transcelularni transport), odvajanjem pericita i hemodinamskim faktorima. VP, vaskularna permeabilnost; VE-kadherin, vaskularni endotelni kadherin; AJ, adherentni spoj; VE-PTP, vaskularni endotelni protein tiro-sin fosfataza; MLC, laki lanac miozina; TJs, uski spojevi; IS, indoksil sulfat; EC, endotelna ćelija.