Permeabilità vascolare: vie di regolazione e ruolo nelle malattie renali

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Sfondo: Permeabilità vascolare(VP) è un aspetto fondamentale della biologia vascolare. Un numero crescente di studi ha rivelato che molte vie di segnalazione governano la VP in condizioni sia fisiologiche che fisiopatologiche. Inoltre, l'evidenza emergente identifica l'alterazione del VP come un fattore patogeno fondamentale indanno renale acuto, malattia renale cronica, malattia renale diabetica, e altre malattie proteinuriche. Pertanto, percepire le connessioni tra questi percorsi e l'eziologia della malattia renale è un compito importante in quanto tale conoscenza può innescare lo sviluppo di nuovi approcci terapeutici o medici preventivi. A questo proposito, la discussione che riassume i percorsi di regolazione della VP e li associa alle malattie renali è altamente giustificata.

Riepilogo: Le principali vie di regolazione della VP comprendono fattori angiogenici tra cui fattore di crescita endoteliale vascolare/VEGFR, angiopoietina/Tie e semaforina/neuropilina di classe 3 e fattori infiammatori tra cui istamina, fattore di attivazione delle piastrine e stravaso di leucociti. Questi percorsi agiscono principalmente sulla caderina endoteliale vascolare per modulare le giunzioni aderenti delle cellule endoteliali (EC), aumentando così la VP attraverso la via paracellulare. La VP elevata in diverse malattie renali coinvolge l'apoptosi dell'EC, fattori regolatori squilibrati e molti altri eventi fisiopatologici, che a loro volta esacerbano i disturbi strutturali e funzionali renali. Le misure che migliorano la VP migliorano efficacemente il rene malato in termini di danno tissutale, disfunzione endoteliale, funzionalità renale e prognosi a lungo termine.

Messaggi chiave: (1) I fattori angiogenici, i fattori infiammatori e le molecole di adesione rappresentano le principali vie che regolano la VP. (2) L'iperpermeabilità vascolare collega vari processi fisiopatologici e svolge ruoli dannosi in molteplici malattie renali. 2021 S. Karger AG, Basilea

Parole chiave: Permeabilità vascolare·caderina endoteliale vascolare·danno renale acuto·malattia renale cronica·malattia renale diabetica

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introduzione

Per i vertebrati, il sistema vascolare svolge ruoli indispensabili nella conservazione del sangue, nel nutrire i tessuti con ossigeno e sostanze nutritive, nel trasportare i metaboliti e nell'offrire accessi al sistema immunitario. Per compiere queste missioni, fornisce interfacce adeguate e permeabilità sufficiente per lo scambio di materiale tra la circolazione ei diversi tessuti [1].

La permeabilità vascolare (VP) è generalmente definita come la capacità dei vasi sanguigni di controllare il passaggio bidirezionale di molecole e cellule immunitarie con un certo intervallo di dimensioni e di limitare lo stravaso di molecole più grandi. In condizioni fisiologiche, le molecole<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="">

La vascolarizzazione renale è unica e complessa: l'arteria renale entra nel rene dall'ilo renale e si dirama ulteriormente nelle arterie interlobulari e arcuate che alla fine formano i capillari glomerulari e post-glomerulari. Questa specifica vascolarizzazione assicura la funzione renale di ultrafiltrazione del sangue, produzione di urina e mantenimento dell'equilibrio liquido, elettrolitico e acido-base [3]. In quanto proprietà vitale del sistema vascolare renale, il VP dei capillari glomerulari e post-glomerulari svolge un ruolo cruciale nell'omeostasi renale. La permeabilità glomerulare della barriera di filtrazione determina i tipi di molecole da filtrare dal siero alla capsula di Bowman. Inoltre, la VP dei capillari post-glomerulari, compresa la rete capillare peritubulare e i vasa recta, è essenziale per il riassorbimento dell'ultrafiltrato e il mantenimento del gradiente osmotico midollare [4].

L'alterazione della VP è strettamente correlata a varie malattie renali. Nel danno renale acuto (AKI), l'iperpermeabilità capillare contribuisce all'ipoperfusione microvascolare, all'edema, all'ipossia e all'infiammazione, aggravando ulteriormente il danno e la disfunzione dei tessuti [5]. Le alterazioni della permeabilità sistemica e glomerulare sono associate ad albuminuria ed edema in molteplici malattie proteinuriche come le malattie renali diabetiche (DKD), la sindrome nefrosica idiopatica (INS) e l'ipertensione [6-8]. Per la malattia renale cronica (CKD), in particolare la malattia renale allo stadio terminale (ESRD), sia negli animali che nei pazienti sono state riportate perdite microvascolari accompagnate da rarefazione capillare e fibrosi tubulo-interstiziale, associate a prognosi sfavorevole [9,10].

Considerando il ruolo fondamentale della VP nell'omeostasi renale in condizioni sia fisiologiche che patologiche, sono altamente giustificate ulteriori indagini sul suo meccanismo di regolazione e sulla sua relazione con le malattie renali. Questa recensione discuterà l'attuale progresso della ricerca sulla regolazione della VP mediante le principali vie di segnalazione, l'alterazione della VP in varie malattie renali, la loro correlazione e la traduzione di tali meccanismi molecolari nella pratica preclinica e clinica. Gli elementi e le vie di VP nei capillari renali sono riassunti nella Figura 1.

Fig.1.Letti capillari renali e vie di permeabilità. Riassunto schematico degli elementi e delle vie di VP nei capillari renali. Il rene ha 2 tipi di letti capillari, il capillare glomerulare e il capillare post-glomerulare (capillare peritubulare), che hanno diversi elementi che influiscono sulla loro permeabilità. Entrambi sono dotati di glicocalice della superficie endoteliale e monostrato EC per la via transcellulare, giunzioni EC (TJ e AJ) per la via paracellulare, fenestrae EC (la fenestra capillare peritubulare ha un diaframma sottile), periciti (cellule mesangiali come periciti glomerulari), e membrana basale (GBM). Inoltre, la barriera di permeabilità glomerulare include i podociti con il diaframma a fessura tra i processi del piede. VP, permeabilità vascolare; EC, cellula endoteliale; TJ, giunzioni strette; AJ, giunzioni aderente; GBM, membrana basale glomerulare.

Regolamento del VP

Via di segnalazione VEGF/VEGFR

Il fattore di crescita dell'endotelio vascolare (VEGF) è stato inizialmente chiamato fattore di permeabilità vascolare, indicando il suo ruolo chiave nella regolazione della permeabilità. I membri della famiglia VEGF comprendono da VEGF-A a VEGF-E e fattori di crescita placentare, che agiscono attraverso i loro recettori VEGFR1, VEGFR2 e VEGFR3 e i co-recettori neuropilina-1 (NRP1) e neuropilina-2(NRP2) [11].

VEGF-A/VEGFR2 con il corecettore NRPl è la via principale per modulare l'angiogenesi e la VP [11]. Nel rene, il VEGF è prodotto principalmente dai podociti e dalle cellule epiteliali tubulari e il VEGFR2 è espresso sulle cellule endoteliali (EC), dove forma un complesso meccanosensoriale con la caderina endoteliale vascolare (VE-caderina), la principale proteina adesiva alle giunzioni aderenti (AJs). La stimolazione del VEGF innesca la fosforilazione del VEGFR2 alla tirosina Y949 che lega l'adattatore specifico delle cellule T, suscitando ulteriormente Src/ Segnale Vav2/Race/PAK1, che porta alla fosforilazione della VE-caderina a Y658 e Y685 e quindi all'endocitosi seguita da degradazione o riciclaggio, aumentando così la VP [12, 13]. Un altro sito di fosforilazione di VEGFR2 responsabile di VP è Y1173, che può, attraverso il flusso di calcio PLC-dipendente della fosforilazione endoteliale dell'ossido nitrico sintasi (eNOS) indotta dal pathway PI3K/Akt alla serina S1177, ac privato eNOS per produrre NO [12]. L'NO induce vasodilatazione e aumento del flusso sanguigno locale, determinando così uno stress da taglio alterato per modulare la fosforilazione della VE-caderina e il cambiamento della pressione idrostatica per promuovere lo stravaso della componente intravascolare [14,15]. Inoltre, NOmedi-anti-nitrosilazione S di -catenina a Cys619, promuovendone la dissociazione dalla VE-caderina e il disassemblaggio di AJs[16]. Inoltre, il percorso VEGF/VEGFR2 può mediare la VP interrompendo le giunzioni strette (TJ)[17].

È interessante notare che il VEGFR3 con il co-recettore NRP2 era precedentemente considerato per controllare la linfangiogenesi, ma il VEGFR3 può anche modulare la VP sopprimendo l'espressione di VEGFR2 e l'attività della via VEGF/VEGFR2 in EC angiogeniche quiescenti [18]. Tale fenomeno implica l'interazione tra i VEGFR e sottolinea il loro effetto sintetico quando ci si concentra su uno qualsiasi di questi percorsi, anche se i VEGFR presentano affinità discrepanti per diversi ligandi. Da notare, i dati discussi sopra sono generati utilizzando modelli murini [12-18] ed EC coltivati ​​in vitro, comprese linee EC umane [14,15,17] e topo [14-16,18], che possono non rispecchiano perfettamente il processo di trasduzione del segnale nel corpo umano. Inoltre, va sottolineato che l'interiorizzazione della VE-caderina come via comune della VP indotta da VEGF porta all'interruzione delle AJ e infine media la VP attraverso la via paracellulare.

Angst/Tie e VE-PTP

Le angiopoietine (Angpts) sono fattori di crescita secreti che regolano l'angiogenesi e l'infiammazione tramite il legame del recettore endoteliale tirosin-chinasi. Angel e Angpt2 agiscono in modo antagonistico nella modulazione VP: Angptl è costitutivamente espresso in non-EC, fosforila Tie2 su EC, ne promuove la ridistribuzione e provoca ulteriormente il percorso Rapl/Race per disattivare la fosforilazione mediata dal percorso RhoA/ROCK della catena leggera della miosina, riarrangiamento della VE-caderina e perdita vascolare [19,20]. Al contrario, l'espressione di Angpt2 da parte delle EC è solitamente controllata a bassi livelli ma sovraregolata in condizioni patologiche e si lega in modo competitivo a Tie2 per inattivarlo [20]. Inoltre, Angpt2 diminuisce l'espressione di claudina-5 nei TJ, aumenta l'espressione di caveolina-1 per supportare il percorso transcellulare e stimola il distacco e la migrazione dei periciti per mediare VP [21]. Un altro possibile meccanismo di VP indotta da Angpt2-può comportare il danno del glicocalice di superficie endoteliale che è importante per la disfunzione endoteliale, poiché uno studio clinico suggerisce che l'aumento di Angpt2 può mediare l'associazione tra lipoproteina-colesterolo a bassa densità e lesione del glicocalice marcato dal biomarcatore syndecan-l in pazienti con sindrome nefrosica [22]. Tiel è meno caratterizzato di Tie2, che potrebbe interagire direttamente con Tie2 per regolare il percorso Angpt/Tie2, e la sua eliminazione rafforza gli AJ sovraregolando l'espressione VE-caderina [23].

La tirosina fosfatasi della proteina endoteliale vascolare (VE-PTP) è una fosfatasi endoteliale specifica associata sia alla VE-caderina che a Tie2 e stabilizza la VE-caderina nell'endotelio quiescente inibendo l'attivazione di RhoA mediata da GEF-H1- e in l'endotelio attivato tramite defosforilazione della VE-caderina a Y658/Y685 [24]. Controverso, potrebbe svolgere un doppio ruolo nell'endotelio sfidato, dove la sua inibizione attiva Tie2 per stabilizzare AJs. Tuttavia, in assenza di Tie2, l'inibizione di VE-PTP aumenta VP, coerentemente con il suo effetto sulla defosforilazione della VE-caderina [19,24] . Inoltre, VE-PTP defosforila VEGFR2 in modo Ang1/Tie2-dipendente, che inibisce la fosforilazione della VE-caderina [25]. AJ [26]. In conclusione, VE-PTP regola la VP attraverso la sua azione combinata sulla defosforilazione della VE-caderina, sulla soppressione di Tie2 e sulla regolazione del VEGFR2. Il targeting simultaneo di VEGF, Angpt2 e VE-PTP potrebbe essere promettente strategie terapeutiche per la microangiopatia [27].

Analogamente agli studi di ricerca sul VEGF, questi dati sono ottenuti principalmente da modelli murini [19-21,23,27], linee EC umane [19,21,23,27] e linee EC murine [21, { {9}}], dimostrando gli effetti del segnale Angpt/Tie attraverso le vie transcellulare [21] e paracellulare [19,20,24,25]. Lo studio clinico [22] fornisce prove di come Angpt2 modula la VP attraverso il danno del glicocalice nei pazienti e sono necessari ulteriori studi clinici per aggiungere affidabilità alle attuali conclusioni.

Classe 3 Semaforine e NRP1

Le semaforine di classe 3 sono molecole solubili secrete inizialmente identificate come proteine ​​guida assonali. L'NPL è un recettore ancorato alla membrana per le semaforine di classe 3 nei vertebrati, che può legare in modo non competitivo il VEGF e innescare le corrispondenti vie a valle [28].

NRP1 come co-recettore di VEGF/VEGFR2 può aggiungere affinità ligando-recettore e partecipare alla trasmissione del segnale [11,28]. Inoltre, NRP1 e VEGFR2 possono mediare VP indipendentemente l'uno dall'altro [29]. Ad esempio, la via SEMA3A/NRPi inibisce l'attività di PP2A attraverso il segnale Src/Set che porta alla fosforilazione della VE-caderina alla serina S665 e all'internalizzazione o innesca la via PI3K/Akt [30, 31]. Inoltre, SEMA3A può interagire con il complesso VEGFR1/NRP2 per suscitare l'attivazione di Mical2, la disorganizzazione della F-actina e l'interruzione del citosol-Eton [32]. Inoltre, la nostra indagine ha identificato SEMA3Cas come un fattore permeabile che contribuisce al danno tissutale durante l'AKI. Di interesse, SEMA3A è anti-angiogenico e in una certa misura antagonizza VEGF-A, mentre promuove VP [31]; Le funzioni di SEMA3C sono simili al VEGF, poiché promuove l'angiogenesi e la VP nei topi (Cai A et al, dati in revisione). Questi risultati indicano che il percorso SEMA3A (SEMA3C)/NRP1 può partecipare a varie malattie modulando VP, che coinvolge non solo il percorso stesso ma anche la sua interazione con il VEGFR. Per quanto riguarda la possibile terapia, possiamo inibire specificamente il sito di legame della semaforina di classe 3 su NRP1 per bloccare la risposta di permeabilità, mentre il legame del VEGF è rimasto intatto per mantenere la proliferazione e la sopravvivenza dell'EC.

Collettivamente, la fonte di questi dati è la combinazione di esperimenti in vivo utilizzando modelli murini [28-32] e colture cellulari in vitro utilizzando linee EC umane [29-31] o linee murine [32]. Si suggerisce che le semaforine di classe 3 si leghino a NRP1 per indurre VP attraverso il percorso paracellulare, ma come tradurlo nella pratica clinica necessita di ulteriori indagini.

Fattori infiammatori e stravaso di leucociti L'iperpermeabilità vascolare causata da vari fattori infiammatori gioca un ruolo critico nell'infiammazione e nell'anafilassi. L'istamina, un importante fattore infiammatorio, ha 4 recettori accoppiati a proteine ​​G affini, designati da HIR a H4R. L'istamina aumenta la VP attraverso l'HIR, che può anche essere attivato dal fattore di attivazione delle piastrine (PAF). L'attivazione dell'H1R promuove la mobilizzazione del calcio mediata da PLC e la via RhoA/ROCK, che insieme inducono la fosforilazione della catena leggera della miosina e la ridistribuzione della VE-caderina, seguito dalla formazione di lacune [33]. Oltre alla suddetta via eNOS, che coinvolge i cambiamenti emodinamici e la S-nitrosilazione indotta da NO di -catenina, p120 e VE-caderina, rappresentano un altro importante meccanismo pro-permeabile di questi fattori infiammatori [34, 35]. Inoltre, il TNF-a, un'altra famosa citochina pro-infiammatoria, promuove fortemente la permeabilità attivando il segnale RhoA/ROCK, attivando la via Rac/ROS per dissociare VE-PTP dalla VE-caderina e modulando le molecole TJ, tra cui ZO{ {21}}, occludina e claudin [36, 37].

Lo stravaso di leucociti, un evento chiave nell'infiammazione, è strettamente associato alla VP attraverso la VE-caderina, poiché l'antipermeabilità tramite il complesso VE-caderina-a-catenina ha fortemente ridotto l'infiltrazione dei leucociti in alcuni tessuti senza influenzare il segnale VEGFR2, VE-PTP associazione o organizzazione del citoscheletro [13, 38]. Curiosamente, lo stravaso di VP e leucociti è regolato da diverse tirosine di VE-caderina, poiché la fosforilazione a Y685 consente a VP e leucociti, defosforila Y731 di stravasare [39]. Nonostante il VE-PTP funzioni selettivamente su Y685, è fondamentale nella trasmigrazione dei leucociti perché la stimolazione del VEGF o il legame dei linfociti alla molecola di adesione delle cellule vascolari-1 attiva la via Race/NOX/ROS/Pyk2 che media il distacco di VE-PTP da VE-caderina, richiesta per VP e diapedesi dei leucociti in vivo [26]. Inoltre, la fosforilazione della VE-caderina Y685 supporta la diffusione delle chemochine dall'interstizio infiammato al lume vascolare, promuovendo così la migrazione transendoteliale inversa dei neutrofili attivati ​​per indurre un danno d'organo remoto [40].

Questi studi di ricerca preclinica su citochine e cellule infiammatorie sono tutti basati su modelli murini [33-40], con l'aiuto di linee EC umane [33,35,38,39] o cellule primarie isolate [36, 39]. Presi insieme, questi fattori infiammatori condividono diversi meccanismi comuni tra non solo se stessi ma anche fattori angiogenici e la modifica della VE-caderina per facilitare il percorso paracellulare sembra svolgere ruoli centrali. I percorsi che regolano VP sono riassunti nella Figura 2.

Fig.2. Principali vie di segnalazione che regolano la VP. Queste vie coinvolgono principalmente la via di segnalazione angiogenica (VEGF/VEGFR2, Angpt/Tie2 e SEMA3A/NRP1) e la via di segnalazione infiammatoria (istamina/HIR, PAF/PAFR, TNF-a/TNFR e leucociti/VCAM{{6} }). Indipendentemente dal preciso processo di trasduzione del segnale, modulano il substrato comune, VE-caderina, nell'AJ. La fosforilazione della VE-caderina a Y658, Y685 e S665 porta all'internalizzazione seguita da degradazione o riciclaggio, aumentando così il VP. VE-PTP inibisce la fosforilazione di VE-caderina e VEGFR2 per stabilizzare le giunzioni endoteliali; pertanto, la sua dissociazione dalla VE-caderina aumenta l'azione VP.S-nitrosil di VE-caderina, -catenina e pl20 media l'interruzione dell'endocitosi di AJs e VE-caderina. La fosforilazione di MLC, la fibra di stress, promuove il riarrangiamento e la ridistribuzione della VE-caderina per aprire il contatto endoteliale. Il leucocita defosforila la VE-caderina Y731 per indurre lo stravaso. La VP è anche modulata da TJ, espressione di caveolina-l (trasporto transcellulare), distacco di periciti e fattori emodinamici. VP, permeabilità vascolare; VE-caderina, caderina endoteliale vascolare; AJ, giunzione aderente; VE-PTP, proteina endoteliale vascolare tirosinfosfatasi; MLC, catena leggera della miosina; TJ, giunzioni strette; IS, solfato di indossile; EC, cellula endoteliale.