Molekylære mekanismer for nyre-progenitorregulering: Hvor mange brikker i puslespillet?
Feb 24, 2022
Abstrakt: Nyreraf mus, rotter og mennesker besidder stamceller, der opretholder daglig homeostase og deltager i endogene regenerative processer efter skade, på grund af deres evne til at formere sig og differentiere. I de glomerulære og tubulære rum i nefronet viste konsistente undersøgelser, at velkarakteriserede, distinkte populationer af progenitorceller, lokaliseret i parietale epitel af Bowman-kapslen og spredt i de proksimale og distale tubuli, kunne generere segmentspecifikke celler under fysiologiske forhold. og efter vævsskade. Imidlertid kan defekte eller unormale regenerative reaktioner af disse progenitorer bidrage til patologiske tilstande. De molekylære egenskaber vednyreprogenitorer er blevet grundigt undersøgt, hvilket afslører, at adskillige klassiske og evolutionært konserverede veje, såsom Notch eller Wnt/-catenin, spiller en stor rolle i celleregulering. Andre, såsom retinsyre, renin-angiotensin-aldosteron-system, TLR2 (Toll-like receptor 2) og leptin, er også vigtige i denne proces. I denne gennemgang opsummerer vi overfloden af molekylære mekanismer, der styrernyreprogenitor-responser under homeostase og efterfølgendenyreskade.Til sidst vil vi undersøge, hvordan enkeltcellet RNA-sekventering kunne bringe karakteriseringen afnyreforfædre til det næste niveau, samtidig med at det at kende deres molekylære signatur vinder relevans i klinikken.
Nøgleord:renale stamfædre; molekylære mekanismer; nyreskade; enkeltcellet RNA-sekventering; molekylær signatur

CISTANCHE VIL FORBEDRE NYRE-/NYRESYGDOMME
Introduktion Mekanismer for endogen regenerering og reparation er blevet foreslået for flere pattedyrsorganer [1]. Klassiske regenerative organer, såsom mave-tarmkanalen og huden, er blevet grundigt undersøgt i årenes løb og har bragt den store rolle af endogene stamceller frem i lyset [2]. I tarmen opretholder intestinale stamceller daglig homeostase, mens distinkte stam-/progenitorceller er ansvarlige for de hurtige reparationsprocesser efter skade [2]. Ligeledes danner epidermale stamceller en heterogen stamcellepool, der deltager i epidermal homeostase, såvel som vævsreparation efter sår [3]. Den voksnenyreer et organ med en lav cellulær omsætning og udstyret med progenitorer, der er i stand til at formere sig og differentiere [4,5]. Denne værdifulde egenskab giver forskere og klinikere mulighed for at overveje nye terapeutiske veje at genoprettenyrefunktionefter skade. Her foreslår vi en oversigt over de molekylære mekanismer, der finder sted i glomerulær og tubulærnyreprogenitorer i fysiologiske og patologiske tilstande (figur 1) og af hvordan en dysregulering af disse veje kunne være årsagen tilnyre sygdom. Vi vil også undersøge hvordannyreprogenitorer kunne karakteriseres yderligere ved hjælp af enkeltcellet RNA-sekventeringsteknologi (scRNAseq) og den kliniske relevans af disse cellers molekylære signatur.


Renale stamfædre
Renale stamfædre blev opdaget af Sagrinati et al. hos mennesketnyrer, baseret på ekspressionen af stamcellemarkørerne CD133 og CD24, i fravær eller lav ekspression af differentieringsmarkører [6,7]. CD133 plus CD24 plus celler er lokaliseret ved urinpolen af Bowman kapslen, såvel som spredt langs nefronens rørformede rum blandt differentierede tubulære celler [6]. Noglenyreprogenitorer, inklusive dem, der er lokaliseret i Bowman-kapslen og en undergruppe af dem, der er sc attereret langs tubuli, udtrykker også CD106 (også kaldet vaskulær celleadhæsionsmolekyle 1, VCAM1), mens størstedelen af progenitorer lokaliseret langs tubuli ikke [6, 8]. Disse fænotypiske forskelle afspejler en forskelligartet funktionel kapacitet; faktisk, CD133 plus CD24 plus CD106- celler spredt langs tubuli viser funktionelle træk ved tubulære stamceller, mens CD133 plus CD24 plus CD106 plus parietale epiteliale ål (PEC'er) er multipotente [6]. Derudover er en undergruppe af CD1 33 plus CD24 plus CD1 06 plus progenitorer lokaliseret tæt på den distale pol af Bowman-kapslen og udtrykker podocalyxin kun i stand til at generere podocytter [6]. Alt i alt konfigurerer disse observationer en hierarkisk afstamning afnyreforfædre inden fornyreder minder om det hæmopoietiske system [9]. PEC'er med lignende progenitor-træk og anatomisk lokalisering blev også identificeret hos mus og rotternyrer[4,10,11]. Den genetiske tagging af PEC'er i en transgen inducerbar muselinje demonstrerede, at PEC'er migrerer til den glomerulære tuft og differentierer til podocytter i ad olescente mus [11]. På det seneste er Pax2 blevet identificeret som en markør for musnyreprogenitorer, og skabelsen af en inducerbar musemodol til afstamningssporing af Pax2 plus cellepopulationen, der gjorde det muligt at demonstrere differentieringen afnyreprogenitorer lokaliseret blandt PEC'er i podocytter under postnatal glomerulær vækst [4]. Yderligere undersøgelser viste, at juxtamedullære og corticol glomeruli har forskelligt antal Pax2 plus stamceller, hvor kortikale er udstyret med dobbelt så mange Pax2 plus stamceller tisser glomerulære podocyttal under sunde forhold [12]. Hos voksen rottenyrer, er umodne celler, der udtrykker det neurale celleadhæsionsmolekyle (NCAM) og progenitorcellemarkøren CD24 blevet beskrevet blandt epitelceller, der beklæder rotte Bowman-kapslen [10].
Den genetiske mærkning af Pax2 plus progenitorer af Bowman kapslen af mus tillod at demonstrere, at disse progenitorer differentierer til podocytter i modeller af focal segmental glomerulosclerosis (FSGS), og deres respons på skade bestemmer resultatet af glomerulære lidelser, hvilket yderligere underbygger deres rolle som podocyt. stamfædre [4,12]. For nylig, ved hjælp af en transgen musemodel, hvor podocytter var mærket med GFP (grønt fluorescerende protein) og PEC'er blev samtidigt mærket med tdTomato, gav Kaverina og kolleger også stærke beviser for, at PEC'er tjener som en kilde til nye podocytter i voksne mus ved skade. Disse celler co-udtrykte de to fluorescerende mærker, erhvervede podocytmarkører og viste de primære, sekundære og tertiære fodprocesser [13]. Et unormalt progenitorrespons på skade kan også bidrage til glomerulære forstyrrelser [4,10,14,15]. Under visse forhold, hos mennesker, mus og rotter, er en kaotisk migration og spredning af Bowman-kapsel-progenitorceller faktisk blevet påvist at bidrage til halvmånedannelse og glomerulær ardannelse [4,10,14]. Undersøgelser på menneskernyrebiopsier er i overensstemmelse med konceptet om, at prolifererende stamceller genererer hyperplastiske læsioner i halvmåne- og kollapsende glomerulopati [14], og lignende resultater er opnået hos rotter [10]. Hos mus viste afstamningssporingen af PEC'er, at deres proliferation fører til en markant stigning i celleantal inden for halvmåner af murin nefrotoksisk serumnefritis og kollapsende glomerulopati [16] og dannelsen af sklerotiske læsioner og ekstracellulær matrixaflejring i FSGS [15]. For nylig viste den specifikke genetiske sporing af stamceller blandt PEC'er deres involvering i genereringen af hyperplastiske glomerulære læsioner, der kunne forestilles som en fejl i at regenerere podocytter efter skade [4]. Fra alle disse undersøgelser er det nu klart, atnyreprogenitorer lokaliseret blandt PEC'er reagerer på podocytskade, hvilket udløser et regenerativt program, men en ineffektiv eller overdreven respons kan føre til, at et funktionelt væv bliver et arlignende væv sammensat af celler og uorganiseret ekstracellulær matrix. Derfor at kende de mekanismer, der driver en korrekt proliferativ og differentiativ reaktion afnyreprogenitorer under homeostase og efter skade er af afgørende betydning og kan tillade identifikation af formodede modulatorer for at øge det regenerative potentiale afnyreforfædre.
Regulatorer af glomerulær progenitorfysiologi: Når orkestret stemmer melodien
Hvilke signalveje regulerer glomerulær progenitor hvile, proliferation og differentiering mod podocytter hos raskenyrer? Undersøgelser af nefrogenese viste, at aktivering af -catenin/Wnt-signalering repræsenterer et afgørende trin, der driver PEC-differentiering til podocytter under udvikling [17,18]. Faktisk inducerede deletionen af Ctnnb1 (-catenin 1) i PEC'er i en betinget knockout-mus på det sene S-formede kropsstadium glomerulære anomalier og udskiftningen af PEC'er i Bowman-kapsler med veldifferentierede podocytter. Sporing af nefrogenese i embryonale betingede -catenin knockout-mus afslørede, at disse "parietale podocytter" stammede fra precursorceller i parietallaget af den S-formede krop ved direkte linjeskift. Disse resultater viser, at -catenin/Wnt-signalering er nødvendig for den korrekte differentiering og modning af PEC'er til podocytter [17]. WT1, en masterregulator af denne proces [19], er også en potent inhibitor af -catenin/Wnt-signalvejen [18]. Undersøgelser udført i hvilende PEC'er viste, at ekspressionen af WT1 undertrykkes af høje niveauer af Pax2 og af ekspressionen af høje niveauer af mikroRNA-193a (miR-193a) [20]. Når PEC'er nedregulerer ekspressionen af miR-193a, tillader dette opreguleringen af WT1, som undertrykker -catenin/Wnt-signalering og inducerer PEC-differentiering til podocytter. Nylige in vitro-resultater viste, at apolipoprotein L1 (APOL1) også regulerer den molekylære PEC-fænotype gennem modulering af miR193a-ekspressionen, og at APOL1 og miR193a deler et gensidigt feedback-forhold [21]. I et kultursystem blev PEC-differentiering til podocytter faktisk ledsaget af et fald i miR-193a-ekspression. Tilsvarende forbedrede undertrykkelsen af miR-193a APOL1-udtrykket [21]. Fremtidige værker bør tage stilling til, om denne APOL1–miR-193a-akse fungerer på samme måde in vivo, som den gør in vitro i relevante transgene musemodeller og i menneskernyrer. Interessant nok er APOL1 et modtagelighedsgen med genetiske varianter, der øger sandsynligheden for at udvikle podocytopatier [22].
Styringen af celleskæbnebeslutningen og celleproliferation i mange forskellige systemer drives gennem den integrerede signalering af Wnt- og Notch-signalvejene [23]. Lasagni et al. rapporterede, at inyreprogenitorer lokaliseret i Bowman-kapslen, Notch-aktivering fremmer indtræden i S-fasen af cellecyklussen og efterfølgende mitose, indtil de er i en udifferentieret tilstand [24]. Dog forringet nedregulering af Notch-vejen undernyreprogenitor-differentiering inducerede dannelsen af podocytter med unormalt DNA-indhold og deres følgende dødsfald ved mitotisk katastrofe [24,25]. Nylige resultater tyder på, at podocyt-afledt CXCL12 (CXC-motiv kemokinligand 12) hæmmer Notch-signalering, og dermed opretholder roen af podocyt-progenitorer [12]. Notch-nedregulering associerer med opreguleringen af cellecyklushæmmere p21, p27 og p57 og nedreguleringen af cyclin D1 [24], hvilket giver podocytten karakteristika af en postmitotisk, ikke-proliferativ celle. Den CXCL12-medierede podocyt-renal progenitor-feedback-mekanisme begrænser også podocytregenerering efter glomerulær skade [12]. Faktisk ved at bruge afstamningssporingen af Pax2 plusnyreprogenitorer hos mus med Adriamycin-induceret nefropati, viste forskerne, at en CXCL12-blokade fremmer de novo podocytdannelse og dæmper glomerulosklerose [12].

CISTANCHE VIL FORBEDRE NYRE-/NYREFUNKTIONEN
Som forbedring afnyreprogenitordifferentiering til podocytter kan repræsentere en attraktiv terapeutisk strategi til at fremme remission af glomerulære lidelser, flere undersøgelser er blevet udført for at identificere differentierende forbindelser. Retinsyrer (RA) er derivater af vitamin A med etablerede fordele i behandlingen af en række kræftformer [26]. RA har også vist sig at beskytte modnyreskadei flere eksperimentelle modeller afnyre sygdom,herunder minimal forandringssygdom, membranøs nefropati, FSGS, human immundefekt virus (HIV)-associeret nefropati (HIVAN) og lupus nefritis [27]. Talrige undersøgelser har understreget RA's rolle i podocytdifferentiering in vitro [28,29], og vi brugte RA i cellekulturmedierne til at fremmenyreprogenitor-differentiering mod podocyt-linjen [7]. Interessant nok kunne eksponering for albumin, som binder RA med høj affifinitet, under in vitro kulturer hæmmenyreprogenitor differentiering mod podocytter ved sekvestrering af RA. In vivo rapporterede vi, at RA blev frigivet i Bowman-rummet efter glomerulær skade, og at stoppe den endogene RA-syntese i en model af fokal segmentel glomerulosklerose forværrede albuminuri, glomerulær skade og dødelighed [30]. Den eksogene administration af RA, der neutraliserede albumins sekvestreringsaktivitet, tillod det regenerative respons afnyreprogenitorer, etablering af en stigning i podocyttal og forbedring afnyrefunktion[30]. Nylige resultater fra Lasagni et al. [4] bekræftede hypotesen om, at farmakologiske tilgange, der øger podocytters reaktionsevne over for RA-signalering, ville afbøde udviklingen af eksperimentelnyreskade. Faktisk in vitro behandling afnyreprogenitorer med RA i nærvær af 6-brom-indirubin-30 -oxim (BIO), en glykogensyntase-kinase-3 (GSK3)-hæmmer, inducerede en stærk differentiering af menneskernyreprogenitorer mod podocytter gennem aktivering af RA-responsive elementer (RARE) transkriptionel aktivitet, dvs. at øge den renale progenitor-følsomhed over for de differentierende virkninger af endogen RA. Forøgelsen af renal progenitor-differentiering til podocytter ved at bruge BIO i en murin model af FSGS resulterede i en vigtig effekt på sygdommen, hvilket øgede sygdomsremissionen hos behandlede mus. I en progressiv musemodel af fedme-relateret type 2-diabetes, BIO som et supplement til det dobbelte renin-angiotensin-system (RAS)/natrium-glucosetransporter (SGLT)-2-hæmning med metformin, ramipril og empagliflflozin svækket faldet i glomerulær fifiltrationshastighed (GFR) ved yderligere at reducere glomerulosklerose, øge antallet af podocytter gennem opretholdelse af specialisering, samt inducere de novo differentiering fra podocyt-forfædre og forbedre fifiltrationsspaltens tæthed [31].
Endlich et al. demonstrerede rollen som Dach1 (Dachshund homolog 1) i celleskæbnebestemmelsen af PEC i podocytter og for korrekt podocytfunktion. Podocytter udtrykker høje niveauer af Dach1 in vivo og in vitro, mens PEC udtrykker meget lave niveauer af Dach1. Forfatterne fandt, at induktionen af Dach1-ekspression i PEC signifikant opregulerer de podocytspecifikke proteiner synaptopodin og WT1. Interessant nok er Dach1 en del af Eya-Six-Hox-Pax regulatoriske netværk, og reguleringen af synaptopodin-ekspression blev ledsaget af en samtidig nedregulering af Pax2-ekspression [32].
Guhr et al. analyseret med hvilke mekanismernyreprogenitorer opretholder potentialet til at udtrykke podocytproteiner under patofysiologiske forhold og demonstrerede, at de indeholder et aktiveret ubiquitin-proteasomsystem (UPS), der fører til den hurtige nedbrydning af nyligt syntetiserede podocytspecifikke proteiner [33]. På den anden side opretholder UPS'en podocytidentiteten ved at regulere niveauerne af podocytspecifikke proteiner, såsom de actinbindende proteiner -actinin 4 (ACTN4) og synaptopodin (SYNPO), transkriptionsfaktoren Wilms tumor 1 (WT1), stomatin-familiemedlemmet podocin, spaltemembranproteinet nephrin, adapterproteinet NCK1 og aktiveret proteinkinase Cλ (PKCλ) [33]. UPS-aktivitet er derfor en vigtig determinant for glomerulære cellefænotyper og differentieringsstatus.Det er velkendt, at inyre,det mekaniske miljø er udsat for modifikationer i etablerede modeller af glomerulære sygdomme og kan påvirke den differentierede tilstand af adskillige celletyper, herunder podocytter [34]. Vi har for nylig analyseret påvirkningen af substratstivhed pånyreprogenitor adfærd, der viser, at i det mindste in vitro, fænotypen af mennesketnyreprogenitorer er meget afhængige af Youngs modul af substratet, som er et mål for materialets stivhed defineret som forholdet mellem stress og belastning, med stivere substrater, der fremmer nyreprogenitorproliferation og migration. Underlagets stivhed modulerer også kapaciteten afnyreprogenitorer til at differentiere mod podocytter, hvor et Youngs modul på 12 kPa er optimalt blandt de analyserede. Ved hjælp af kemiske og genetiske inhibitorer viste vi, at Rho kinase (ROCK) aktivitet er nødvendig for at mediere virkningerne af stivhed pånyreprogenitor spredning, migration og differentiering [35]. En reduceret glomerulær stivhed er et fællestræk ved mange former for glomerulær skade, herunder FSGS [34,36], hvilket tyder på en vigtig rolle for ROCK også inyre sygdom.
Renin angiotensin aldosteron systemhæmmere (RAAS-I) er lægemidler, der er effektive til at bremse udviklingen afnyre sygdomgennem en række forskellige handlinger. De mekanismer, der er ansvarlige for de terapeutiske virkninger af disse lægemidler, såvel som deresnyrecellulære mål, er i vid udstrækning blevet undersøgt i flere dyremodeller af menneskernyre sygdom. Nylige data viste, at de også kunne udøve deres gavnlige virkninger ved at fremmenyreprogenitor differentiering til podocytter. Faktisk, i en rottemodel af glomerulær skade inducerede en behandling med ACE-I en reduktion af progenitorproliferation, formindskelsen af halvmånedannelse og undgik progression mod glomerulosklerose [10]. Moderering af progenitorcelleaktivering af lægemidler genoprettede således en normal glomerulær arkitektur [10]. Interessant nok var ekspressionen af angiotensin (Ang) II-receptor, AT1, begrænset til sjælden CD24 plus PEC i normale menneskernyrermen blev opreguleret i de hyperplastiske læsioner [37], hvilket tyder på et bidrag fra Ang II/AT1-receptorvejen til at fremme unormalenyreprogenitor migration og proliferation i proliferative sygdomme [37]. I overensstemmelse hermed, hos en patient ramt af CGN (crescentic glomerulonephritis), ACE-I-terapi forbundet med regression af hyperplastiske læsioner og normaliserede AT1-receptorekspressionen pånyreforfædre. Disse resultater giver en anden forklaring på de gavnlige virkninger, der observeres efter behandlingen med angiotensin II-receptorblokker (ARB). Tilsvarende forbedrede ARB-behandlingen resultatet i en rottemodel af mesangial proliferativ glomerulonephritis, hvilket inducerede en stigning i antallet af PEC'er, der udtrykker stamcellemarkører [38].
Skader på podocytter anses for at være en vigtig bidragyder til diabetikerenyre sygdomprogression mod slutstadietnyre sygdom[39-41]. Suganami et al. rapporterede forebyggelse og tilbageførsel afnyreskadeved leptinadministration i dyremodeller af diabetisk nefropati [39]. For nylig har Pichaiwong et al. viste, at udskiftning af leptin kunne vende de strukturelle og funktionelle parametre for avanceret diabetisk nefropati i leptin-deficiente BTBR ob/ob mus [41]. Især leptinbehandlingen, men ikke RAAS-I, resulterede i en signifikant stigning i podocytdensitet og antal og i en stigning af WT1-positivt prolifererende PEC. Mekanismerne bag denne proces blev yderligere afgrænset i et opfølgningspapir, hvor de viste, at en dobbeltbehandling af leptin-deficiente ob/ob-mus med en selektiv antagonist af endotelin-1 type A-receptoren (ETAR) i kombination med RAAS-hæmning førte til en forbedret fænotype [40], karakteriseret ved aktivering af PEC'er og øget antal podocytter. Disse resultater giver indirekte beviser for, at PEC'er kan være et potentielt reservoir til at genoprette tabte podocytter, og at den differentierende kapacitet af PEC'er kan være et nøgleelement for regression af diabetisk nefropati, der kan være farmakologisk moduleret.
Regulatorer af glomerulære stamfædre i patologi: Når orkestret er ude af stemningMensnyreprogenitorer kan drive podocytregenerering efter skade [4], de kan også forårsage ekstrakapillære proliferative læsioner eller halvmåner, der er kendetegnende for både inflammatoriske og ikke-inflammatoriske glomerulære sygdomme [42]. Faktisk indikerer beviser i eksperimentelle modeller [15] og i humane biopsier, at halvmåner er sammensat afnyreforfædre [14], der unormalt skifter deres reaktioner fra reparerende til skadelige. Det er ikke helt forstået, hvilke faktorer der er ansvarlige for at vippe balancen. CGN er den bedst karakteriserede sygdom, hvornyreforfædre er de største syndere. Cellulær halvmåne er den typiske morfologiske ændring observeret i CGN. Det er defineret som de flerlagede akkumuleringer afnyreprogenitorer og andre celletyper i Bowman-rummet. Følgelig lukker det urinudløbet og strømmen af den primære urin, og senere er den implicerede nefron svækket. Sprængningen af glomerulære kapillærer i halvmånesygdom fører til eksponering afrenal forfædre til en høj koncentration af plasma, der dramatisk øger spredningen af menneskernyrestamfædre i kultur [43]. Adskillige plasmakomponenter kan forklare halvmånedannelsen, men i øjeblikket er der kun konsistente data for fifibrinogenaktivering, et medlem af den aktiverede koagulationskaskade under vaskulære skader. Mangel på fifibrinogen eller fifibrinolyse forhindrer dannelse af halvmåne i flere gnavermodeller [43,44].

Kollapsende nefropati og pseudocrescents stammer også franyreforfædre [14]. Til forskel fra halvmåner blev det foreslået, at pseudocrescents stammer franyreprogenitorer som en dysreguleret respons på den massive og hurtige podocytløsning, der forekommer under visse tilstande med direkte podocytbeskadigelse (såsom eksponering for visse lægemidler, immunmedierede lidelser eller infektioner, der direkte retter sig mod podocytten), der forekommer i fravær af inflammatoriske komponenter og fører til kapillær kollaps [22,45]. Disse læsioner ses også hyppigt ved virale glomerulopatier, såsom HIV- og parvovirus-nefropati [22]. I disse virale glomerulopatier udløser interferon (IFN-)- og IFN- ikke kun lokal inflammation inde i glomerulus, men virker også på PEC'er og podocytter, hvor IFN-hæmmer migrationen af PEC'er og både undertrykkernyreprogenitor differentiering til podocytter in vitro [46]. In vivo, i en model af Adriamycin nefropati, forværrede injektionen af enten IFN- eller IFN-proteinuri og glomerulosklerose [46]. For nylig er kollapsende FSGS blevet beskrevet hos patienter af nyere afrikansk herkomst med højrisiko APOL1-genotype og inficeret med alvorligt akut respiratorisk syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) [47,48]. Det er blevet foreslået, at SARS-CoV-2 direkte kunne inficere podocytten [49] og/eller udløse en inflammatorisk kaskade, der involverer aktivering af interferon-kemokin-vejen, som igen interagerer med APOL1-variantgenet [ 50]. Som angivet ovenfor,nyreprogenitordifferentiering til podocytter associerer med APOL1-ekspression og kan derfor være involveret i coronavirus sygdom 2019 (COVID-19)-associeret nefropati.
Adskillige nyere undersøgelser fremhævede en kritisk rolle for de novo-ekspressionen af CD9 og efterfølgende af CD44 som en patogen ændring af PEC'er fra en hvilende til en aktiveret fænotype i CGN og i FSGS [16,51,52], hvilket bekræfter den patogene rolle. af PEC'er i disse sygdomme og tilbyder nye molekylære mål for glomerulær sygdomsbehandling. Til støtte for denne idé har Kaverina et al. viste, at PEC'er mister CD44-ekspression, når de differentieres til podocytter i beskadigede glomeruli fra gamle mus, hvilket tyder på, at en CD44-stigning i PEC'er ikke repræsenterer en regenerativ, men en patologisk overgang [53]. I FSGS har CD44 vist sig at spille en vigtig rolle i cellemigration mod den skadede fifiltrationsbarriere, hvor skadede podocytter opregulerer den migrationshæmmende faktor (MIF) og stromal celleafledt faktor 1 (SDF1), der stimulerer CD44-ekspression og CD{{12} }medieret migration [54]. Derudover producerede PEC'er både PEC-afledte og podocyt-specifikke ekstracellulære matrixproteinisoformer på en CD44-afhængig måde [55]. Endelig antydede en afstamningssporingsundersøgelse af PEC'er, at CD44 ikke deltog inyreregenerering gennem differentiering til podocytter og deltog kun i en pro-fifibrotisk vej [56].
Rørformede stamfædre
Renalprogenitorer fra det parietale epitellag af Bowman-kapslen kan potentielt regenerere proksimale tubulære epitelceller ved glomerulotubulær forbindelsen [57]. Imidlertid eksisterer tubulær-committerede progenitorer spredt i de proksimale og distale tubuli også hos mennesker [6,58-60] og hos mus [5,61-63] og øges ved tubulær skade hos patienter ramt af akut eller kronisk tubulær skade [6 ]. Kumar et al. udførte afstamningssporing af sjældne Sox9-udtrykkende celler i den proksimale tubuli og identificerede dem som en formodet tubulær stamfaderpopulation involveret i postakutnyreskade(AKI) gendannelse [64]. Sox9 er en transskriptionsfaktor, der inyreudvikling, kontrollerer epitelforgrening og udtrykkes i nefron-prækursorer [64,65]. Interessant nok, da Sox9 blev slået ud fra S1- og S2-segmenterne, en langsommere genopretning af det fysiologiskenyrefunktioner, øget tubulær skade, samt øgetnyrefifibrose, opstod [64]. Efter partiel nefrektomi prolifererer Sox9 plus-celler og genererer epitelceller fra den proksimale tubuli, Henles loop, distale tubuli, opsamlingskanal og parietallaget af glomerulus [66]. For nylig har Lazzeri et al. gav bevis for, at tubulære stamceller gennemgår mitose og erstatter cirka halvdelen af de irreversibelt tabte tubulære celler under AKI [5]. Ved at udføre afstamningssporing af Pax2 plus-celler i en musemodel af tubulær skade identificerede de tubulære stamceller som en særskilt tubulære cellesubpopulation, der var modstandsdygtig over for død og udviste høj klonogen aktivitet, hvilket førte til dannelsen af lange tubulære segmenter [5].
Regulatorer af Tubular Progenitor Physiology: A Polyphonic Choir
Humannyreprogenitorer udtrykker B-lymfom Mo-MLV (Moloney murine leukæmivirus) indsættelsesområde 1 (Bmi-1) [57]. Bmi-1 er et medlem af polycomb-familien af transkriptionelle repressorer. Det er involveret i cellecyklusregulering og ældning af stamceller, der er endogene til forskellige organer, såsom prostata, tyndtarm og lunger [67-70]. I dennyrer, BMI-1-niveauer steg hurtigt efter skade i en musemodel af AKI [71]. Disse fund peger mod involvering af Bmi-1 udtrykt i tubulære stamceller inyreregenerering. Lv et al. viste, at akut tubulær nekrose førte til en Bmi-1-stigning og efterfølgende tubulær progenitormobilisering i vildtypemus, mens tubulære progenitorer ikke blev mobiliseret i Bmi-1 knockout-mus [72]. Bmi-1 knockout-mus viste en stærknyrefænotype, herunder interstitiel fifibrose, tubulær atrofi og sværnyredysfunktion, med nedsat celleproliferation, øget celleapoptose og senescens og inflammatorisk celleinfifiltration [72,73]. I en nylig undersøgelse har Zhou et al. yderligere belyst rollen som Bmi-1 inyreforfædre, hvilket viser, at Bmi-1 bevarede selvfornyelsen og stilheden afnyreprogenitorer ved at opretholde redoxbalancen og forhindre cellecyklusstop gennem hæmning af reaktive oxygenarter (ROS), p16 og p53 [74].
Et andet vigtigt molekyle involveret i reguleringen af den tubulære progenitor er Toll-like receptor 2 (TLR2) eller CD282, et evolutionært konserveret membranprotein, der spiller en vigtig rolle i patogengenkendelse og aktivering af medfødt immunitet. TLR2 fungerer som en sensor for vævsskade gennem påvisning af skadesassocierede molekylære mønstermolekyler (DAMP'er) frigivet af beskadiget væv. TLR2-aktivering fører til aktivering af nedstrøms transkriptionsfaktorer, der regulerer ekspressionen af overlevelsesgener eller proinflflammatoriske cytokiner og kemokiner [75-77]. Sallustio et al. viste, at tubulære progenitorer udtrykker TLR2, hvis stimulering af agonister, der efterligner inflammatoriske mediatorer eller DAMP'er, inducerer den massive sekretion af monocyt kemoattraktant protein-1 (MCP-1), interleukin 6 (IL-6), interleukin 8 (IL-8) og komplement komponent C3 via NF-KB (nuklear faktor kappa-let-kæde-enhancer af aktiverede B-celler) aktivering [59]. Desuden modulerede TLR2-stimulering spredningshastigheden og differentieringskapaciteten af tubulære stamceller, hvilket tyder på en vigtig rolle inyrereparation [59]. Opfølgningsundersøgelser af den samme gruppe identificerede forskellige sæt af miRNA'er specifikt udtrykt i tubulære stamceller [78]. Blandt disse regulerede miR-1915 og miR-1225-5p udtrykket af CD133 og PAX2 samt TLR2. Sallustio et al. dissekerede derefter gendannelsesmekanismerne efter AKI og fandt en væsentlig rolle for TLR2 inyreregenerering [79]. De fastslog, at TLR2-skaderegistrering efter skade fører til sekretion af inhibin-A og decorin af de tubulære stamceller, som igen fremmer tubulær regenerering gennem celleproliferation [79]. Disse to cytokiner tilhører TGF- (transforming growth factor-) signalvejen og er involveret i cellecyklusregulering, stigningen i celleproliferation og hæmningen af apoptose [80-84].
Ekspressionen af molekyler fra Wnt-vejen er blevet rapporteret hos voksnenyreprogenitorer hos mus [85] og mennesker [86]. Ved hjælp af en musemodel af slægtssporing, Rinkevich et al. viste, at både under homeostase og efter skade, voksne pattedyrnyrergennemgå segmentspecifik klonal ekspansion fra celler afledt af WNT-responsive prækursorer [63]. De foreslog, at evnen til at reagere på WNT-signaler udvælger de celler, som i sidste ende vil udføre robust klonal ekspansion. Undersøgelser i SIX2 plus urin-afledtnyreprogenitorer indikerede, at WNT pathway-aktivering ved GSK3-hæmning inducerer differentieringen afnyreforfædre ind nyreepiteliale proksimale tubulære celler [87]. Derudover udøvede Wnt3 pro-regenerative effekter og blev opreguleret i CD133 plusnyreprogenitorer i en in vitro-model af cisplatinskade [88]. I denne undersøgelse afslørede forfatterne selve CD133's funktionelle rolle i renal tubulær reparation gennem opretholdelse af den proliferative respons og kontrol af senescens ved at fungere som en permissiv faktor for -catenin-signalering, hvilket forhindrer dets nedbrydning i cytoplasmaet [88]. I zebrafisknyrer,beskadigede tubuli blev erstattet af nye nefroner franyreprogenitorer, der udtrykker Wnt-receptoren frizzled9b og transkriptionsfaktoren lef1. Efter skade blev ekspressionen af Wnt-ligander Wnt9a og Wnt9b induceret i såredenyrerpå steder, hvor progenitorcellerne danner nye nefroner [89]. Disse resultater tyder på, at den væsentlige rolle af Wnt/frizzled-signalvejen inyreregenerering er meget bevaret blandt arter.

CISTANCHE VIL FORBEDRE NYRE-/NYRESYGDOMME
Som tidligere nævnt er Notch-signalering en evolutionær bevaret vej, der har en afgørende rolle inyreskadeog reparation [24,90-93], især under AKI [94,95]. Kang et al. viste, at Sox9 plusnyrestamfædre udtrykte høje niveauer af Notch, og overekspression af det intracellulære Notch1-domæne (NICD1) i Sox9 plus-populationen forbedredenyrehistologi i en folinsyre-induceret model af AKI [62]. Ma et al. rapporterede, at aktiveringen af Sox9 plus nyreforfædre, hvis rolle er afgørende inyrereparation, blev medieret af Notch-vejen, hvilket bekræfter tidligere rapport om, at Notch1-3-, Jagged1/2-, Dll4- og Sox9-ekspressionsniveauerne stiger efter iskæmi-reperfusionsskade (IRI) [66]. Faktisk, i andre organer såsom bugspytkirtlen, modulerer Sox9-aktivering Notch-vejen ved at regulere Hes1 for at opretholde progenitorcellepuljen [96]
Flere lægemidler har vist sig at forbedrenyreregenerering, og blandt disse kan histon-deacetylase (HDAC)-hæmmere (HDACis) være en lovende terapeutisk mulighed for behandling af AKI [97-102]. HDAC'er danner en gruppe enzymer involveret i flere cellulære processer ved at fjerne acetylgruppen fra histon- eller ikke-histonproteiner [103]. Marumo et al. rapporterede en reduktion i HDAC5-aktivitet, øget histonacetylering og reaktivering af knoglemorfogenetisk protein 7 (BMP-7) i proksimale tubulære celler under genopretningsfasen efternyreIRI [104]. Disse observationer tyder på, at HDAC'er kan udøve deres gavnlige virkninger pånyregenopretning gennem den øgede ekspression af BMP-7, et protein, der opretholder en renal progenitor-pool i udifferentieret status undernyreudvikling [105]. Interessant nok udvidede behandlingen med HDACisnyreprogenitorcellepopulation i zebrafisk [106]. I nefrotoksisk serum nefritis model afglomerulonephritis hos mus, en trichostatin A (TSA) behandling aktiveretnyresidepopulationsceller (SD) [107]. SD-celler danner en undergruppe af celler med multilineage-potentiale og kendte genbeskyttende egenskaber, der dæmper kroniskenyre sygdom(CKD) gennem en stigning i BMP-7 udtryk [107]. Ved at bruge den ovenfor beskrevne linjesporingstilgang, Lazzeri et al. viste, at en behandling med to meget anvendte HDAC'er, TSA og 4-phenylbutyrat (4-PBA), førte til Pax2 plus progenitor-proliferation, og som følge heraf undgik udviklingen af vævsfifibrose og CKD [5]. Udviklingen af selektive HDAC'er med øget effektivitet og mindre toksicitet ville forbedresnyregenopretning gennem tubulær progenitorproliferation. Det skal bemærkes, at HDAC'er har vist gavnlige terapeutiske virkninger i adskillige eksperimentelle modeller afnyresygdommeudover AKI, inklusive glomerulosklerose, tubulointerstitiel fifibrose, glomerulær og tubulointerstitiel inflammation, lupus nefritis, polycystisknyre sygdomognyrecellekarcinom (RCC), som gennemgået i [108]. Adskillige HDAC'er er i øjeblikket i fase 1 eller 2 forsøg til behandling af RCC og nedsat nyrefunktion (clinicaltrial.org).
Regulators of Tubular Progenitors in Pathology: A Cacophonus Choir
Biologiske og molekylære træk vednyrekræft tyder på detnyrestamfædre kunne være årsagen til udviklingen af forskelligenyretumortyper. I en nylig undersøgelse har Peired et al. viste det menneskenyreprogenitorer, der overudtrykte NICD1, havde en øget proliferativ kapacitet og danner afvigende mitose i 2D-kulturer og kunne generere en tumorlignende masse i 3D-kulturer [8]. Tilsvarende Pax2 plusnyreprogenitorer, der overudtrykte NICD1 efter transgeninduktion i voksne mus eller efter IRI, var i oprindelsen af papillære adenomer og RCC'er [8]. Som bekræftelse af denne opdagelse førte en behandling, der blokerede endogen AKI-induceret NOTCH1-aktivering, til udviklingen af færre tumorer [8]. For nylig antydede to undersøgelser, at angiomyolipomer stammer fra multipotentenyreepitelceller lokaliseret i tubuli og gennemgår klonal ekspansion som reaktion på tuberøs sklerosekompleks (TSC) gendeletion [109,110]. Begge undersøgelser foreslog, at disse celler kunne værenyrestamfædre med multilineage differentieringskapacitet [109,110]. Interessant nok, Cho et al. afslørede, at aktiveringen af en tidligere ikke-rapporteret Rheb-Notch-Rheb regulatorisk sløjfe, hvor den cykliske binding af Notch1 til de Notch-responsive elementer (NRE'er) på Rheb-promotoren er en nøglebegivenhed, var hovedmekanismen bag genereringen af flere afstamninger til stede i angiomyolipom [109]. Tilsammen indikerer disse resultater, at en deregulering af Notch-vejen inyreforfædre kan føre tilnyrepatologier.
Wan et al. observerede, at SOX9-ekspression var opreguleret i RCC-patienter og korreleret med den avancerede patologiske grad [111]. RCC-patienter med høje SOX9-niveauer havde også kortere overlevelse [111]. Disse data bekræftede et præcedensstudie, der associerede SOX9-ekspression med RCC Fuhrman-gradering og viste, at patienter med SOX9 ( ) havde en meget bedre terapeutisk respons på tyrosinkinasehæmmere end dem med SOX9 (plus) [112]. Derfor kunne vi antage, at en stigning i SOX9-ekspression i SOX9 plusnyrestamfædre kunne bidrage til udvikling af RCC. En lignende mekanisme blev beskrevet i basallignende brystkræft, hvor SOX9-ekspression i luminale stam-/progenitorceller kunne kontrollere afstamningens plasticitet for cancer gennem aktivering af NF-KB-signalering [113].
Udsigter til fremtiden for nyreforældre
Enkeltcellet RNA-sekventering: Lad os komme i harmoni med tidenDen hurtige udvikling af scRNAseq åbner nye perspektiver for dissekere af de molekylære processer, der er involveret inyreprogenitor regulering i fysiologiske og patologiske tilstande. ScRNAseq består i at opnå genekspression ved en enkeltcelleopløsning, hvilket beviser de forskellige cellulære tilstande og molekylære dynamik i selv de sjældnere underpopulationer. Denne nye teknologi er blevet brugt med succes i adskillige organer - for eksempel til at studere Prominin 1 plus leverprogenitorer [114], Dach1-nedregulerede lymfoide progenitorer [115] og KTR5 plus lungeprogenitorer i COVID-19 patienter [116]. Inden for de seneste par år har et stigende antal forskergrupper anvendt denne strategi til at definere cellepopulationerne afnyrerhos mus og mennesker [117-120]. I en meget nylig undersøgelse har Rudman-Melnick et al. identificerede den transkriptionelle signatur af alle cellepopulationer i en eksperimentel model af AKI, hvilket fremhævede tilstedeværelsen af tidligere ubeskrevne skadesrelaterede molekyler [119]. En sådan tilgang kunne potentielt afsløre nye mekanismer aktiveret inyreprogenitorer efter AKI, hvilket fører til identifikation af potentielle molekylære mål. I deres banebrydende papir, Young et al. var i stand til at matche klare celle- og papillære RCC-celler til en undertype af proksimale, indviklede tubulære celler defineret af SLC17A3 og VCAM1-ekspression [117]. Som tidligere nævnt karakteriserer VCAM1- eller CD106-ekspression sammen med CD133 en sjælden population afnyreprogenitorer spredt for det meste i den proksimale tubuli [6]. En analyse af scRNAseq-dataene afslørede, at det humane renale progenitor-transkriptom viser ligheder med PT1, den formodede oprindelsescelle af human papillær RCC [8]. Disse observationer underbygger vores hypotese om, at papillær RCC stammer fra den Notch-medierede transformation og proliferation af en proksimal tubulipopulation af renale progenitorer [8].
Kliniske applikationer: Klinikken kalder melodien
Renal progenitor-baserede terapier repræsenterer en lovende ny grænse i behandlingen afnyresygdomme, da flere undersøgelser tyder på, at de forbedresnyrefunktionefter skade [121]. Dog injicerernyreforfædre direkte ind i dyremodeller afnyreskadeat inducere vævsregenerering præsenterer vigtige begrænsninger, som er blevet udsat andre steder [121]. Disse forbehold kunne omgås takket være de nyligt udnyttede egenskaber vednyreprogenitorer, som er deres evne til at udskille trofiske faktorer, cytokin eller kemokiner, der effektivt medierernyrereparation på en parakrin eller autokrin måde (figur 2). Kenji et al. rapporterede, at den intraperitoneale injektion af kultursupernatant opnået fra voksen rottenyreprogenitorer undertrykte signifikant den tubulære celle apoptose af resterendenyreceller, mindskede inflammationen og fremmede proliferationen af umodne celler i en eksperimentel IRI-model gennem frigivelsen af HGF (hepatocytvækstfaktor), EGF (epidermal vækstfaktor), TGF- og Epo (erythropoietin) [122]. Faktisk er den terapeutiske anvendelse af talrige vækstfaktorer blevet rapporteret at forbedrenyreskader, såsom HGF, BMP7, EGF, TGF- og VEGF (vaskulær endotelvækstfaktor) [123-127]. Sallustio et al. rapporterede det menneskenyreprogenitorer reparerer ikke kun beskadigede tubulære celler, men udviser også antififibrotiske virkninger via sekretion af CXCL6 (CXC motiv kemokin ligand 6), SAA2 (serum amyloid A2), SAA4 (serum amyloid A4) og BPIFA2 (BPI (baktericid perme) -forøgende) foldholdig familie A-medlem 2) gennem en parakrin mekanisme [128]. Aggarwal et al. rapporterede, atnyreprogenitor-sekretion af Epo-grænsernyrefifibrose efter tubulær skade [129]. Ud over opløselige faktorer udskiller nyre-progenitorer ekstracellulære vesikler (EV'er), nanometer-størrelse lipid-dobbeltlags-afgrænsede partikler, der bærer bioaktive lipider, proteiner og RNA'er, der tillader celle-tocelle-kommunikation gennem parakrine handlinger. Den mindste og bedst beskrevne type EV'er er exosomer, som for nylig er blevet undersøgt for deres beskyttende virkning mod IRI-induceret AKI [130,131]. Li et al. demonstreret, at renale progenitor-afledte exosomer kunne genoprette nyrestrukturer og -funktioner via deres immunmodulerende, antiapoptotiske og proliferationsstimulerende evner i AKI-modeller. MikroRNA'er (miRNA'er) var de mest udbredte komponenter i exosomerne, og blandt disse blev miR-146a identificeret som nøglespilleren i at mediere cytobeskyttende effekter ved at nedregulere IRAK1 (interleukin 1-receptorassocieret kinase 1)/NF-kB-signalering [130]. I en model for diabetisk nefropati blev urinstamfader-udskilte exosomer fundet at reducere podocytapoptose ved at undertrykke caspase-3 og fremme vaskulær regenerering, som kan være relateret til cytokinerne VEGF, TGF- 1, angiogenin og BMP -7 indeholdt i urinprogenitor-afledte exosomer [132]. Hæmningen af podocytapoptose var også relateret til overekspression af miR-16-5p i urinprogenitor-udskilte exosomer ved at undertrykke VEGF-A [133].

Molekyler og exosomer udskilt afnyreforfædre fremmer bedring franyre sygdomgennem deres evne til at udøve en række genbeskyttende og regenerative effekter takket være deres reducerede immunitet og lavere risiko for fejldifferentiering og tumorgenese sammenlignet med celleterapier. Disse bemærkelsesværdige egenskaber gør dem tiltalende til kliniske anvendelser. Endnu en udfordring i den kliniske tilgang tilnyre sygdomer opdagelsen af nye værktøjer til diagnosticering og overvågningnyre sygdomsom ville være let tilgængelig med ikke-invasive procedurer. I denne sammenhæng repræsenterer urin en værdifuld biovæske på grund af dens tilgængelighed, hurtige og lette prøveudtagning og brede variation i proteiner, metabolitter, celler og cellulært indhold frigivet fra urogenitalkanalen [134]. Tilstedeværelsen af celler i urinen, der udviser stamcelleegenskaber, blev først beskrevet af Zhang et al. i 2008 [135]. I de følgende år udviklede flere grupper teknikker til at isolere og karakterisere urinafledte stamceller fra raske donorer og patienter mednyrelidelser [136]. Der er endnu ikke opnået nogen formel konsensus om, hvilke markører der kan bruges til at definere urin-afledte stamceller. De fleste undersøgelser indikerede, at de udtrykker mesenkymale stamcellemarkører (CD44, CD73 og VIM) og stamcellemarkører (såsom POU5F1, SSEA4 og TRA-1-81 samt CD117), men ingen markører for hæmatopoietisk eller urothelium-afledt cellelinjer og lave niveauer af tubulære eller podocytspecifikke markører [136]. Med hensyn til deres oprindelse, Bharadwaj et al. viste, at urin-afledtnyrestamfædre bar Y-kromosomet hos en mand til hunnyretransplantationmodtager, hvilket angiver, at de kommer franyrer[137]. Disse celler har evnen til at differentiere til podocytter [138] og udtrykke podocyt- og PEC-specifikke proteinmarkører [137.139], hvilket tyder på, at de stammer fra PEC'er. En sammenlignende transkriptomanalyse af urinafledtnyreforfædre ognyrebiopsi-afledtnyreepiteliale proksimale celler bekræftede den renale progenitor-identitet af urin-afledte progenitorer [87], hvilket indikerer, at de også kunne stamme fra spredte tubulære progenitorer. Disse celler kan omprogrammeres til inducerede pluripotente stamceller (iPSC) og bruges til regenerativ medicin, sygdomsmodellering eller farmakologisk testning [140,141].
For nylig er det blevet foreslået, at udtrykket af dennyreprogenitormarkør CD133 i urin-EV'er repræsenterer en god markør til evaluering af den funktionelle status af det renale tubulære kompartment og af tilstedeværelsen af celler med proliferativ og reparerende aktivitet i tubuli efter skade. Faktisk rapporterede to undersøgelser, at CD133 plus urinære EV-niveauer, forhøjet hos raske forsøgspersoner, ikke kun falder hos patienter med akut tubulær skade [142], men også ved akutte og kroniske glomerulære tilstande [143]. Ydermere kan tilstedeværelsen af renale progenitorer selv i urinen afspejle den patofysiologiske status afnyrevæv. Især Manonelles et al. gav bevis for, at isoleringen af CD133 plus CD24 plus nyre-progenitorer fra urinen fra stabile allograft-modtagere efter seks måneder kunne forudsige det dårlige langsigtede resultat af transplantationen efter to år [144]. Nyreprogenitorproliferation og migration fra Bowman-kapslen til den glomerulære tott hen over urinrummet for at erstatte løsrevne podocytter kan forklare udskillelsen af renale progenitorer og, hvis den opretholdes over tid, kan den mislykkes med at bevare allograftfunktionen, hvilket resulterer i GFR-fald, albuminuri og kronisk glomerulær histologisk læsionsudvikling [144].
Urin-afledtnyreceller kunne også være et kraftfuldt personligt værktøj til funktionelle undersøgelser af kandidatvarianter i nedarvetnyresygdom. Som beskrevet af Lazzeri et al., urin-afledtnyreprogenitorer opnået fra patienter, der bærer patogene mutationer i gener, der koder for podocytproteiner, udvider sig i kultur, men udvikler anomalier i ekspressionen eller lokaliseringen af podocytproteiner efter podocytdifferentiering [138]. I overensstemmelse med dette bevis blev den samme teknik brugt til at demonstrere patogeniciteten af en NPHS1-genvariant af ukendt betydning hos en patient med refraktær lupus nefritis [145]. En anden undersøgelse understregede muligheden for at bruge urin-afledte nyreepitelceller til at udføre RNA og funktionelle undersøgelser afnyre-specifikke gener, der validerer patogeniciteten af en synonym variant i PKHD1 (polycystisknyreog leversygdom 1) og bekræfter den genetiske diagnose af ARPKD (autosomal recessiv polycystiskNyre sygdom) hos en patient med CKD forbundet med atypisk polycystisknyrer [146].
Konklusioner
En stor mængde litteratur beskriver de talrige mekanismer for regulering afnyreprogenitorer i de glomerulære og i de tubulære kompartmenter, hvilket giver os mulighed for at have en global vision af kompleksiteten af de molekylære processer, der finder sted under de fysiologiske og under patologiske tilstande. At kende den molekylære signatur afnyreforfædre åbner døren til at identificere nye mål for lægemidler at opretholdenyreregenerering eller biomarkører at overvågenyresundhed.
