Del 1 Fibroblast heterogenitet og tertiær lymfoid vev i nyren

Kontakt: ali.ma@wecistanche.com

Abstrakt

Fibroblaster ligger i ulike organer og støtter vevsstruktur og homeostase under fysiologiske forhold. Fenotypiske endringer av fibroblaster ligger til grunn for utviklingen av forskjellige patologiske tilstander, inkludert organfibrose. Nylige fremskritt innen enkeltcellebiologi har avslørt at fibroblaster omfatter heterogene subpopulasjoner med distinkte fenotyper, som utøver både gunstige og skadelige effekter på vertsorganene på en kontekstavhengig måte. Inyre, fenotypiske endringer av residente fibroblaster provoserer vanlige patologiske tilstander avKronisk nyre sykdom(CKD), som nyreanemi og peritubulært kapillærtap. I tillegg i alderen skaddenyrer, gir fibroblaster funksjonell og strukturell støtte for tertiært lymfoidt vev (TLT), som fungerer som ektopisk sted for ervervede immunreaksjoner i ulike kliniske sammenhenger. TLT-er er nært forbundet med aldring og CKD-progresjon, og utviklingsstadiene til TLT-er reflekterer alvorlighetsgraden av nyreskaden. I denne oversikten beskriver vi den nåværende forståelsen av fibroblastheterogenitet både under fysiologiske og patologiske forhold, med spesiell vekt på fibroblastbidrag til TLT-dannelse inyre. Å dissekere de heterogene egenskapene til fibroblaster vil gi et lovende terapeutisk alternativ for fibroblastrelaterte patologiske tilstander, inkludert TLT-dannelse.

SØKEORDkronisknyresykdom, fibroblast, fibrose, myofibroblast, tertiært lymfoid vev

Klikk for åcistanche tubulosa dosering for nyresykdom

1|INTRODUKSJON

Tidligere var cellulær identifikasjon i vevet avhengig av morfologisk utseende under nøye mikroskopisk observasjon. Fremskritt innen molekylærbiologi førte til oppdagelsen av molekylære markører spesifikke for hver celletype som kan brukes til cellulær klassifisering, og dette bidro betydelig til utforskningen av forskjellige biologiske mekanismer. Nylige fremskritt innen enkeltcellet multi-omics-analyse har avduket de heterogene egenskapene til cellepopulasjoner med enestående oppløsning og har dramatisk rekonstruert vår forståelse av biologiske fenomener. Hver cellekategori omfatter ulike underpopulasjoner med distinkte funksjoner, som karakteriserer det vevsspesifikke mikromiljøet i både fysiologiske og patologiske sammenhenger. Fibroblastforskningsfeltet er intet unntak, og det har samlet seg enorme bevis som tyder på deres heterogene egenskaper.

Fibroblaster er spindelformede celler lokalisert i mellomrommene til forskjellige organer, hvor de syntetiserer flere strukturelle proteiner, som kollagener og fibronektiner, for å organisere den ekstracellulære matrisen (ECM) og opprettholde organhomeostase.1 I tillegg til deres felles funksjoner på tvers av organer. , spiller fibroblaster organspesifikke roller sammen med andre faste celler. For eksempel en underpopulasjon av fastboende fibroblaster inyreproduserer erytropoietin (EPO), en hovedregulator av erytropoiesis. Nyere studier har avdekket at fibroblaster i forskjellige organer viser høy funksjonell heterogenitet. Under patologiske forhold oppstår dramatiske fenotypiske endringer av fibroblaster og bidrar betydelig til utviklingen av organdysfunksjon. Fibroblaster transdifferensierer til myofibroblaster og fremmer progresjonen av organfibrose, som er manifestasjonen av maladaptiv reparasjon etter skade.2 I nyrene spiller fibroblaster en avgjørende rolle i utviklingen og progresjonen avKronisk nyre sykdom(CKD), som har høy sykelighet og dødelighet over hele verden selv i moderne tid.3 Fibroblaster driver flere CKD-relaterte patologiske tilstander, som nyrefibrose og renal anemi, uavhengig av etiologien til CKD. I tillegg spiller fibroblaster også mangefasetterte roller på en kontekstavhengig måte. I eldre skadde nyrer, for eksempel, spiller fibroblaster en avgjørende rolle i dannelsen av tertiært lymfoid vev (TLT), et induserbart ektopisk lymfoidt vev utløst av kronisk betennelse.4 Klargjøring av de individuelle egenskapene til fibroblaster vil belyse de underliggende mekanismene til fibroblasterelaterte patologiske tilstander og lette utviklingen av effektive terapeutiske midler.

I denne gjennomgangen beskriver vi først fibroblastheterogenitet når det gjelder opprinnelse og funksjon under fysiologiske forhold. Deretter diskuterer vi den funksjonelle heterogeniteten til fibroblaster i forskjellige patologiske tilstander, inkludert organfibrose, og deres interaksjoner med andre celletyper og det omkringliggende mikromiljøet. Det legges spesiell vekt på fastboende fibroblaster inyre, og deres implikasjon i CKD-progresjon. Til slutt vil fibroblastbidraget til TLT-dannelse og dens kliniske betydning bli diskutert.

2|KARAKTERISTIKKEN TIL FIBROBLASTER

2.1|Fibroblastegenskaper og funksjoner under fysiologiske forhold

Fibroblaster identifiseres generelt ved deres morfologi, lokalisering og representative markøruttrykk, slik som PDGFR og CD73.1 Disse markørene er imidlertid ikke absolutt spesifikke for fibroblaster, så fraværet av markører for andre cellelinjer (f.eks. CD45 for hematopoietiske celler) ) brukes ofte for å identifisere fibroblaster. Under fysiologiske forhold bidrar fibroblaster til å opprettholde normal vevsstruktur ved å støtte ECM-omsetning. I tillegg til disse funksjonene spiller residente fibroblaster også vevsspesifikke roller. For eksempel, i hjertet, hvor fibroblaster utgjør den største cellepopulasjonen, registrerer fibroblaster mekanisk strekk og samhandler med myocytter via gap-junction, noe som muliggjør passende elektrisk ledning og opprettholder normal hjertefunksjon.⁵I tillegg fører utarming av fibroblaster i benmargen og skjelettmuskulaturen til anemi og kakeksi,6 som antyder deres betydning for normal vevshomeostase gjennom forskjellige organer.

Denyreer et unikt organ ved at flere typer celler ligger nær hverandre og fungerer harmonisk for å utøve nyrespesifikke roller, som fjerning av avfallsstoffer og opprettholdelse av kroppsvæskebalansen. Fibroblaster gir strukturell støtte for nefroner, den grunnleggende funksjonelle enheten i nyren, og har direkte interaksjon med andre nyreboende celler, for eksempel proksimale tubulære celler.7 Som den spesifikke funksjonen til nyreboende fibroblaster, visse subpopulasjoner av fibroblaster i den dype cortex og ytre medulla produserer EPO som respons på hypoksi, som stimulerer erytropoese i benmargen.8 EPO-produserende celler har nevronlignende dendrittisk morfologi og uttrykker nevronale markører, som mikrotubule-assosiert protein 2 (MAP2) og neurofilament light polypeptide (NFL) .8 Interessant nok, under alvorlig anemiske forhold produserer nesten alle fastboende fibroblaster, inkludert de i den ytre cortex, EPO, noe som antyder den høye plastisiteten til fibroblastfunksjonen.9 Lokaliseringen av EPO-produserende celler står i skarp kontrast til andre hematopoietiske vekstfaktorer , slik som granulocyttkolonistimulerende faktorer, som syntetiseres i nærheten av målcellene og er morsomme handling på en parakrin måte. En forklaring på dette avviket er at den fysiologiske oksygenkonsentrasjonen i nyrene er lavere enn i andre organer, og nyreblodstrømmen står for omtrent 20 prosent av hjertevolum, noe som gjør nyren til den ideelle biologiske sensoren for hypoksi.10 Nyrene kan også umiddelbart oppdage væskestatus ved den juxtamedullære regionen og regulere ekstracellulært volum ved å justere mengden av natriumreabsorpsjon. Sammen med EPO-produksjon kan nyrene sette plasmavolumet og massen av røde blodlegemer på gunstige nivåer, og fungerer som et "critmeter".^11,12I tillegg uttrykker fibroblaster i nyremargen COX1 og COX2, som er nøkkelenzymer for prostaglandin (PG) syntese.¹³ Under fysiologiske forhold har PG-er flere funksjoner inyre, slik som regulering av renal blodstrøm og reninfrigjøring. Totalt sett bidrar residente fibroblaster i nyrene til vedlikehold av nyrehomeostase ved hjelp av flere mekanismer.

2.2|Opprinnelsen til fibroblaster

Utviklingsopprinnelsen til fibroblaster er heterogen. Inyre, har vi tidligere avslørt at faste fibroblaster i nyrebarken og ytre medulla er avledet fra myelinprotein null (P0)-Cre avstamningsmerkede ekstrarenale celler.¹⁴ I embryonalfasen uttrykkes P0 på nevrale kamceller.¹⁵ P0-Cre avstamningsmerkede celler migrerer fra nevrale kam til embryonalnyrepå embryonal dag 13.5 og er lokalisert sammen med den ytre kapselen og urinlederen i nyren. Hos den voksnenyre, P0-Cre avstamningsmerkede celler observeres i nyrenes interstitium og uttrykker fibroblastmarkører som PDGFR og CD73. Interessant nok er flertallet av EPO-produserende fibroblaster også avstamningsmerket av P0-Cre, i samsvar med egenskapene deres til nevronlignende fenotyper beskrevet ovenfor.⁸ Disse resultatene støttes også av observasjonen at hovedkilden til EPO i primitiv erytropoese er nevrale og nevrale kamceller.¹⁶

I motsetning til dette er fastboende fibroblaster i den indre nyremargen avstamningsmerket av Wnt4-Cre,¹⁷ som eksemplifiserer den regionale heterogeniteten til fibroblastopprinnelse inyre. I nyreutvikling observeres Wnt4-ekspresjon i de samlende nefronene og medullærstroma.18,19 Wnt4 regulerer differensieringen av medullære stromaceller til glatte muskelceller,²⁰ så vel som mesenkymal-til-epitelial overgang og tubulogenese.19 Faktisk demper Wnt4-deplesjon -glattmuskelaktin (SMA) uttrykk i medullære stromaceller.²⁰

I forbindelse med fibroblasternes ulike opphav i nyrebarken og medulla, er det også rapportert om flere fenotypiske forskjeller mellom kortikale og medullære fibroblaster. For eksempel, mens kortikale fibroblaster uttrykker ekto-5'-nukleotidase (5'NT), gjør de fleste medullære fibroblaster det ikke.²¹ I ultrastrukturell analyse har kortikale fibroblaster en tendens til å vise en dendritisk struktur for å samhandle med tilstøtende celler, mens medullære fibroblaster inneholder lipiddråper.nyrer.²¹ Fremtidig forskning er nødvendig for å avgjøre om disse fenotypiske forskjellene er relatert til funksjonelle forskjeller mellom kortikale og medullære fibroblaster.

2.3|Pericytter og fibroblaster

Pericytter er veggmalerier som omkranser vaskulære endotelceller og kontrollerer mikrosirkulasjonen. Tradisjonelt er pericytter hovedsakelig definert av deres anatomiske plassering, deres morfologi og typiske markøruttrykk.²³ Pericytter deler felles egenskaper med fastboende fibroblaster, for eksempel deres mesenkymale opprinnelse og morfologi. Pericytter uttrykker de samme cellulære markørene som residente fibroblaster, slik som PDGFR. Selv om flere markører har blitt brukt for å identifisere pericytter, for eksempel NG-2, er de ikke helt spesifikke for pericytter, og det er ingen sikker markør som helt skiller pericytter fra fibroblaster. Faktisk er sporingseffektiviteten til renale pericytter av NG-2 relativt lav.24 Selv om forskjellene i den anatomiske lokaliseringen under fysiologiske forhold delvis hjelper til med differensieringen av pericytter fra residente fibroblaster, ligger noen residente fibroblaster også i det perivaskulære området. ("perivaskulære fibroblaster"), så differensieringen mellom pericytter og fibroblaster ved anatomisk lokalisering er ikke tilstrekkelig.

I likhet med fibroblaster er opprinnelsen til pericytter heterogen. Mens pericytter i sentralnervesystemet og thymus stammer fra den ektoderm-avledede nevrale toppen, er pericytter i hjertet og lungene avledet fra mesothelium.²³ I nyrene stammer pericytter fra FoxD1-positive kortikale mesenkymale stamceller.²⁵ FoxD1 plus-celler er opprinnelig avledet fra Osr1-positive nefrogene intermediære mesoderm-progenitorer i embryonalfasen.^26,27FoxD1 plus-celler tjener som mesenkymale stamceller og differensierer til flere celletyper, for eksempel pericytter, fibroblaster, vaskulære glatte muskelceller og mesangiale celler.²⁷ Interessant nok overlapper FoxD1-Cre-avstamningsmerkede stromacellepopulasjoner i stor grad med P0-Cre-avstamningsmerkede celler, bortsett fra i den indre medulla.^14,25,27Dette bekreftes av observasjonen at migrerende nevrale kamceller i embryonalfasen uttrykker FoxD1,²⁸og P0-Cre avstamningsmerkede celler som går inn i embryonalnyreforbigående uttrykke FoxD1.¹⁴ Konsekvent er EPO-produserende celler også avstamningsmerket av FoxD1-Cre.²⁹ Derfor er det en stor overlapping mellom cellepopulasjoner definert som "fibroblaster" og "pericytter", og som sådan har pericytter og fibroblaster ofte blitt diskutert som en helhet. I denne anmeldelsen bruker vi begrepet "fibroblaster/pericytter" for å definere cellepopulasjonen inkludert både fibroblaster og pericytter. Bidraget til FoxD1 pluss mesenkymale stamceller til myofibroblast-poolen og utvikling av fibrose vil bli diskutert i neste avsnitt.

Selv om det har vært vanskelig å skille pericytter fra fibroblaster, gjør en fersk studie som utførte scRNAseq av fibroblaster og veggmalerier (vaskulære glatte muskelceller og pericytter) i muskulære organer oss i stand til å forstå forskjellene deres på transkripsjonsnivåer.³⁰ Muhl et al utførte scRNAseq av celler avledet fra musehjerte, skjelettmuskulatur, tykktarm og blære. Selv om hver celletype viser organavhengig transkripsjonell heterogenitet, ble 90 genundersett overlappende i alle fire organer identifisert som kunne brukes til å skille mellom pericytter og fibroblaster. Selv om vanlige fibroblastmarkører inkluderer mange ECM-gener (f.eks. Col1a1), CD34 og PDGFR, omfatter murcellemarkører Mcam, Tagln og Notch3. Selv om ingen enkeltmarkør alene kan definere hver celletype fullstendig, skiller kombinasjonen av disse markørene effektivt pericytter fra fibroblaster. Interessant nok viser pericytter organspesifikk lokalisering og markøruttrykk sammenlignet med fibroblaster. For eksempel, selv om tykktarmspericytter er lokalisert i toppen av de subepiteliale kapillærløkkene med sterkt uttrykk for PDGFR og NG-2, har blærepericytter en tendens til å uttrykke SMA i stedet. De distinkte transkripsjonsprofilene til pericytter kan forklare de funksjonelle forskjellene til pericytter mellom forskjellige organer.

3|MYOFIBROBL A ST: ORIGIN, FUNKSJON, HETEROGENITET OG RELATERTE PATOLOGISKE FORHOLD

Fibrose er den siste vanlige manifestasjonen av organdyshomeostase og er definert som overdreven ECM-avsetning med forvrengt vevsarkitektur. Fibroseutvikling reguleres av den intrikate balansen mellom ECM-syntese og dens nedbrytning.31 Når fibrose først er utviklet, er den assosiert med dårlig prognose i ulike organer, inkludertnyre, og regnes som en pålitelig prediktor for organfunksjonsnedgang. I nyrene utvikles fibrose samtidig med renal anemi og peritubulært kapillærtap, som begge er kjennetegn på CKD. Ved utvikling av fibrose dukker myofibroblaster opp de novo etter skade, og aktivt prolifererer og syntetiserer ECM-komponenter (figur 1).

3.1|Opprinnelsen til myofibroblaster

I løpet av det siste tiåret har flere cellulære kilder blitt foreslått som kandidater for myofibroblastforfedre. Studier har avdekket at flertallet av myofibroblaster er avledet fra fastboende fibroblaster, både inyreog andre organer (f.eks. hjerte).^14,32,33Inyre, P0-Cre avstamningsmerkede residente fibroblaster transdifferensierer til myofibroblaster etter skade, med samtidig tap av EPO-produksjon.¹⁴ Konsekvent myofibroblaster i skaddenyrerer også avstamningsmerket av FoxD1-Cre.²⁵ Disse resultatene ble bekreftet av en påfølgende studie med EPO-Cre-mus under unilateral ureteral obstruksjon (UUO), en stor in vivo eksperimentell modell for nyrefibrose.⁹ I myofibroblaster aktiveres NFκB og Smad-signalering, og disse ligger til grunn for den fenotypiske overgangen til myofibroblaster og redusert EPO-produksjon. Interessant nok gjenopprettes EPO-produksjonen i myofibroblaster ved å administrere nevrobeskyttende midler, som deksametason og nevrotrofiner,¹⁴ eller reversering av UUO,⁹ som eksemplifiserer den høye funksjonelle plastisiteten til myofibroblaster.

I motsetning til kortikale myofibroblaster, stammer medullære myofibroblaster fra Wnt4 pluss residente fibroblaster i indre medulla.¹⁷ En nylig encellet transkripsjonsanalyse støtter også muligheten for at kortikale og medullære (myo)fibroblaster kan vise distinkte fenotyper. snRNAseq på murinnyreSkademodeller avslørte at fibroblastsubpopulasjoner er delt inn i fire grupper i henhold til deres kortikale eller medullære opprinnelsessted.³⁴ Interessant nok uttrykker kortikale fibroblaster forbigående Acta2 og Col1a1 bare i den akutte fasen av IRI, mens medullære fibroblaster viser vedvarende uttrykk for disse myofibroblastmarkørene, selv 6 uker etter IRI. Disse fenotypiske forskjellene mellom kortikale myofibroblaster og medullære myofibroblaster kan stamme fra de forskjellige opprinnelsene til fibroblaster, som beskrevet ovenfor.

En nylig publisert omfattende studie ga overbevisende bevis for at flertallet av myofibroblaster stammer fra fastboende fibroblaster/pericytter, ikke bare i murine nyrer, men også i menneskelige nyrer. Kuppe et al analyserte fibrotiske mennesker og musnyrerav scRNAseq med svært høy oppløsning.35 De fleste myofibroblaster er differensiert fra fibroblaster og pericytter, med et mindre bidrag fra andre celletyper som de-differensierte proksimale tubulære celler. I denne studien ble myofibroblaster definert som cellene som uttrykker flest ECM-gener, i stedet for SMA-ekspresjon, og det ble avslørt at myofibroblaster er mer effektivt merket av periostin (Postn). Interessant nok er overgang fra fibroblast/pericytt til myofibroblast preget av tidlig ekspresjon av gener relatert til cellesyklusstopp, slik som aktivatorprotein -1 (AP1). Uttrykket av AP1 etterfølges av uttrykket av integriner og TGF, som begge er hoveddrivere for nyrefibrose. De identifiserte også Nkd2 som den selektive markøren for modne myofibroblaster. Nkd2-ekspresjon er positivt korrelert med Postn- og ECM-ekspresjon, men negativt med gener assosiert med fibroblaster og pericytter. Knockdown av Nkd2 pånyreorganoider undertrykte Col1a1-uttrykk, noe som tyder på at Nkd2 kan spille en rolle i utvikling av fibrose. Selv om ytterligere validering er nødvendig in vivo, er det en mulighet for at Nkd2 kan tjene som et terapeutisk mål for nyrefibrose.

Selv om bidraget fra fibroblaster/pericytter til myofibroblastbassenget er det mest signifikante, er bidraget fra fibrocytter også rapportert. Fibrocytter er benmargsavledede celler med positive hematopoietiske markører, som produserer kollagen og ECM-komponenter. Fibrocytter migrerer inn inyresom pre-differensierte kollagenproduserende celler og bidrar til fibroseutvikling i nyrene.³⁶ Tidlige studier rapporterte motstridende resultater angående det totale bidraget fra fibrocytter til myofibroblaster,^24,37hovedsakelig på grunn av forskjellene i påliteligheten til transgene reportere. Nyere studier ved bruk av parabiosemodeller og scRNAseq viste at de fleste myofibroblaster er avledet fra fibroblaster/pericytter, men ikke fra hematopoietiske avledede celler.³⁸ scRNAseq av mennesketnyreavslørte også lignende resultater,³⁵ noe som tyder på at fibrocyttbidraget til myofibroblastbassenget er relativt lite sammenlignet med fibroblaster/pericytter.

En tidligere studie hevdet at epitelceller transdifferensierer til myofibroblaster ved epitel-til-mesenkymal overgang (EMT),³⁹ hovedsakelig basert på kolokalisering av epiteliale og mesenkymale markører. Detaljerte celleskjebnesporingsstudier stilte spørsmål ved det viktigste bidraget til EMT in vivo, og viste at EMT utgjør bare en liten brøkdel av myofibroblast-poolen hvis noen.^24,25,35Endotel-til-mesenkymal overgang (EndoMT) er en annen biologisk prosess der endotelceller transdifferensierer til myofibroblaster. Selv om noen studier har avslørt at EndoMT bidrar til nyrefibrose,^40-42Bidraget fra EndoMT til den totale myofibroblastpopulasjonen ser ut til å være mindre signifikant enn fibroblaster/pericytter eller fibrocytter.^24,35

3.2|Omdefinering av myofibroblaster

Tradisjonelt har myofibroblaster blitt definert som celler som har egenskaper av både fibroblaster og glatte muskelceller og som uttrykker kontraktilt protein SMA.1 Imidlertid har flere studier antydet at i tillegg til fibroblaster, har myofibroblaster også høy heterogenitet, og SMA er en inkonsistent markør for myofibroblaster. . Som tidligere beskrevet, i den nylig utførte scRNAseq-analysen av fibrotisknyrer, ble myofibroblaster definert som cellene med mest ECM-uttrykk, og Postn ble brukt til å identifisere myofibroblaster i stedet for SMA.³⁵Faktisk brukte Sun et al Col-EGF/SMA-RFP doble reportermus og avslørte at bare en liten brøkdel av kollagenproduserende celler uttrykker SMA i nyre- og lungefibrosemodeller.⁴³ En annen studie indikerte også at glatte muskelceller og pericytter uttrykker høyere nivåer av SMA enn my-fibroblaster, noe som gjør SMA til en inkonsekvent markør for myofibroblaster, i det minste ved lungefibrose.⁴⁴ Interessant nok er myofibroblaster delt inn i fem klynger av scRNAseq, og pseudotidsanalyse tyder på at hver av dem representerer forskjellige stadier av my-fibroblast-overgang fra fibroblaster.35 Ytterligere valideringsstudie er nødvendig for å bekrefte den funksjonelle heterogeniteten til forskjellige fibroblastsubtyper.

3.3|Funksjonell heterogenitet av (myo)fibroblaster

Under patologiske forhold får fibroblaster distinkte fenotyper og spiller forskjellige roller avhengig av deres mikromiljø og kliniske kontekst. I lungene er det rapportert om høy funksjonell heterogenitet av fastboende fibroblaster, noe som bidrar til lungefibrose via distinkte mekanismer.44-46 Det er distinkte underpopulasjoner av lungefibroblaster som befinner seg på forskjellige anatomiske steder (alveolære, adventitielle og peribronkiale fibroblaster), og hver av dem viser forskjellige transkripsjonsprofiler i scRNAseq.44 Blant dem ble en unik fibroblastsubpopulasjon med høy ECM-produksjon identifisert ved uttrykket av kollagen trippelhelix-repetisjon inneholdende 1 (Cthrc1). Cthrc1-positive fibroblaster er differensiert fra alveolære fibroblaster og observeres hovedsakelig i fibroblastiske foci, det sentrale stedet for fibrogenese. De viser høy migrasjons- og koloniseringskapasitet etter intratrakeal overføring, noe som tyder på deres patologiske funksjoner. Disse resultatene indikerer at distinkte fibroblastsubpopulasjoner okkuperer forskjellige anatomiske steder i lungen, og Cthrc1 markerer skadelige fibroblaster med høyt ECM-uttrykk. En annen studie avdekket at fenotypiske endringer av gamle myofibroblaster i lungen ligger til grunn for den svekkede kapasiteten til lungefibroseoppløsning hos eldre individer.47 Eldrede myofibroblaster viser høyere ekspresjon av NADPH-oksidase 4 (Nox4), mens NFE2-relatert faktor 2 (Nrf2) ), som er den primære regulatoren av den antioksidative stressresponsen, nedreguleres. Redoksubalansen mellom Nox4 og Nrf2 utløser anskaffelse av anti-apoptotiske og senescerende fenotyper i gamle fibroblaster, noe som fremmer vedvarende fibrose. Faktisk gjenoppretter in vivo-blokkering av Nox4-aktivitet av siRNA eller småmolekylær inhibitor kapasiteten til fibroseoppløsning hos gamle mus, med reduserte senescent- og anti-apoptosefenotyper i myofibroblaster.

En unik fibroblastfenotype er også rapportert ved IgG4-relatert sykdom (IgG4-RD), som er preget av IgG4-positiv plasmacelleinfiltrasjon og storiform fibrose.48 Selv om flertallet av pasientene med IgG4-RD responderte godt på glukokortikoidbehandling, var den underliggende begrunnelsen for den terapeutiske responsen uklar. Vi avslørte at uttrykket av glukokortikoidreseptoren (GR) er betydelig oppregulert i de berørte organene til pasienter, som submandibulære kjertler, retroperitoneum ognyrer.49 Interessant nok uttrykkes GR hovedsakelig på fibroblaster så vel som leukocytter i det berørte organet, noe som delvis forklarer hvorfor glukokortikoidadministrasjon demper fibroseutviklingen i IgG4-RD. Selv om fibroblasters bidrag til utviklingen av IgG4-RD bør valideres ytterligere, eksemplifiserer disse resultatene den funksjonelle heterogeniteten til fibroblaster i utviklingen av ulike patologiske tilstander.

3.4|Nyreanemi og peritubulært kapillærtap: to vanlige patologiske tilstander drevet av fibroblastdysfunksjon i nyrene

Fibrose er den siste vanlige veien for CKD, uavhengig av dens underliggende etiologi. Faktisk regnes fibrose i nyrebarken som den beste histologiske prediktoren for nyredysfunksjon ved CKD.50 Dette er delvis fordi fibrose er nært knyttet til andre patologiske tilstander som er vanlige ved CKD, som nyreanemi og peritubulært kapillærtap. Flere faktorer utløser fibroblastovergang til myofibroblaster og fibroseutvikling i nyren, som proksimal tubulær skade.51,52 Som beskrevet i forrige kapittel transdifferensierer EPO-produserende fibroblaster/pericytter til myofibroblaster som respons på skade, med samtidig tap av EPO-produksjon .14,29 EPO-produksjon induseres i den hypoksiske tilstanden og reguleres av hypoksi-induserbare faktorer (HIF). Under normoksiske forhold hydroksyleres HIF-er raskt av HIF-prolylhydroksylasedomene-holdige proteiner (PHDs) som fremmer proteasomal nedbrytning av HIF. Inyre, HIF-aktivering ved Ph.D. hemming gjenoppretter EPO-produksjonen i myofibroblaster, og PHD2-HIF2-aksen er den viktigste regulatoriske kaskaden.53 Interessant nok er EPO-produksjonen i FoxD1-Cre-avstamningsmerkede fibroblaster oppregulert ved inaktivering av PHD2, men ikke ved inaktivering av PHD1 eller PHD3, noe som tyder på at EPO-produksjon i disse cellene er regulert av unike mekanismer.⁵³ Selv om den nåværende standardbehandlingen for nyreanemi er administrering av rekombinant humant EPO (rhEPO), er eksogen rhEPO-administrasjon assosiert med flere bivirkninger, som hypertensjon og trombotiske hendelser.^54,55For å overvinne disse ulempene ved rhEPO, Ph.D. inhibitorer som oppregulerer hypoksi-induserte gener, inkludert EPO, har blitt utviklet og brukt for behandling av nyreanemi.⁵⁶ Selv om det kreves ytterligere studier angående de langsiktige uønskede effektene av Ph.D. inhibitorer, rettet mot myofibroblaster for å indusere endogen EPO-produksjon kan være en lovende og gunstig terapeutisk strategi for nyreanemi ved CKD.

Peritubulært kapillærtap og kapillær sjeldenhet utvikles også i forbindelse med fibrose, og den funksjonelle endringen av pericytter ligger til grunn for disse manifestasjonene.^57-59Inyre, er peritubulære kapillærer omgitt av pericytter, som støtter kapillærstruktur og funksjon under fysiologiske forhold. Etter skaden løsner disse pericyttene seg fra peritubulære kapillærer og migrerer til skadede tubuli.^53,60 I denne prosessen mister peritubulære kapillærer den mekaniske støtten til pericytter, noe som fører til|201 ARAI et al. kapillær regresjon og rarfaksjon.^57,58I UUO-modellen utvikles endotelcelleapoptose og peritubulært kapillærtap i samspill med progresjonen av fibrose.⁶¹ I tillegg er de peritubulære kapillærene av fibrotiskenyrerviser morfologiske abnormiteter, slik som dannelse av kaveoler og vakuolisering, og deres permeabilitet er forhøyet, noe som er tydelig i den økte ekstravasasjonen i to-foton mikroskopisk avbildning.⁶² Faktisk, den reduserte nyreblodtilførselen indusert av peritubulært kapillærtap og sjeldenhet påvises i CKD-musemodeller ved kontrastforsterket mikrocomputertomografi.63 Sammen med fibroseutvikling og relativ EPO-mangel, bidrar peritubulært kapillærtap til reduksjonen i oksygentilførsel til nyretubuli og interstitium, som forverrer nyreskaden og danner en ond sirkel av CKD-progresjon.⁶⁴

4|FUNKSJONELL HETEROGENITET AV FIBROBLASTER UTOVER FIBROS

Nyere studier som bruker scRNAseq-analyse har avslørt den fenotypiske heterogeniteten til fibroblaster under patologiske forhold i forskjellige organer og demonstrert følgelig de allsidige funksjonene til fibroblaster. Fibroblaster har ikke bare skadelige effekter, men har også gunstige funksjoner på en kontekstavhengig måte. I denne delen gjennomgår vi den nåværende forståelsen av de forskjellige funksjonene til fibroblaster, annet enn utvikling av fibrose.

4.1|Inflammatoriske funksjoner

Fibroblaster fremmer vevsbetennelse i flere sammenhenger.⁶⁵ For eksempel, i musemodellen for hjerteinfarkt, driver residente fibroblaster ikke bare hjertefibrose, men også lokal betennelse til forverret hjertefunksjon. Etter hjerteinfarkt oppregulerer hjertefibroblaster i det fibrotiske området Sox9,^66,67som er en transkripsjonsfaktor som er ansvarlig for avsetningen av ECM i kondrocytter.⁶⁸ Den fibroblastspesifikke delesjonen av Sox9 in vivo lindrer hjertebetennelse og fibrose i den kroniske fasen etter hjerteinfarkt, noe som fører til forbedret venstre ventrikkeldysfunksjon og myokard arrdannelse. RNAseq av hjertearrvev avslørte at Sox9-sletting i fibroblaster nedregulerer pro-inflammatoriske gener, slik som IL-6, så vel som kollagengener. ChIPseq på pattedyrkondrocytter avslørte at noen av disse proinflammatoriske genene er direkte bundet av Sox9 ved forsterkerlesjonen.69 Til sammen, selv om oppstrømssignaler for SOX9-oppregulering bør undersøkes videre, tyder disse funnene på at Sox9 i hjertefibroblaster regulerer både fibrose og betennelse etter hjerteinfarkt, og kan betraktes som et nytt terapeutisk mål.

De proinflammatoriske fenotypene av fibroblastsubpopulasjoner har også blitt intensivt undersøkt ved revmatoid artritt (RA). Croft et al undersøkte musemodeller for oppløsning og vedvarende artritt og avslørte at fibroblastaktiveringsprotein-a (FAPa)-positive fibroblaster akkumuleres i det betente leddet.70 Slettingen av FAPa pluss fibroblaster demper lokal betennelse og ledddeformitet, noe som tyder på deres patologiske funksjoner. Interessant nok er FAPa pluss fibroblaster delt inn i to distinkte underpopulasjoner av scRNAseq: FAPa pluss THY1 pluss fibroblaster og FAPa pluss THY1- fibroblaster. FAPa pluss THY1 pluss fibroblaster er lokalisert i det synoviale subliningslaget, mens FAPa pluss THY1- fibroblaster ligger i synovialforingslaget. I tillegg til deres romlige forskjell, er disse fibroblastene funksjonelt forskjellige; adoptiv overføring av FAPa pluss THY1 pluss fibroblaster inn i leddet induserer alvorlig lokal betennelse med økt leukocyttinfiltrasjon, mens overføring av FAPa pluss THY1- fibroblaster resulterer i økt osteoklastaktivitet og ledddeformitet uten å forverre betennelse. Disse funksjonelt distinkte fibroblastene er også observert i menneskelige ledd med RA. Faktisk er FAPa pluss THY1 pluss fibroblaster mer rikelig i leddene til RA-pasienter enn osteoartritt (OA)-pasienter,70 som eksemplifiserer deres inflammatoriske signatur. En annen studie undersøkte humant synovialt vev ved bulk RNAseq og scRNA-seq og identifiserte tre hovedfibroblastundergrupper med distinkt overflateproteinuttrykk.⁷¹ Blant dem utvider Pdpn pluss THY1 pluss CD34− fibroblaster seg i den perivaskulære sonen til det betente synovium og er positivt korrelert med alvorlighetsgraden av synovial betennelse ved RA. Pdpn pluss THY1 pluss CD34− fibroblaster viser høye migrerende og proliferative profiler in vitro. Interessant nok uttrykker de fleste av disse Pdpn pluss THY1 pluss CD34- fibroblastene cadherin-11, som ligger til grunn for de patologiske egenskapene til murine synoviale fibroblaster.72 Den underliggende mekanismen for å regulere proinflammatoriske fibroblaster ved RA har også blitt undersøkt. Wei et al avslørte at Notch3-signalering styrer differensieringen av THY1 pluss sublimerende fibroblaster som ligger til grunn for synovial betennelse av RA.73 Genetisk utarming eller farmakologisk blokade av Notch3-signalering demper leddbetennelse og beinerosjon i musemodellen av RA. Samlet sett indikerer disse funnene at spesifikt målretting av inflammatoriske fibroblaster kan være en lovende terapeutisk strategi ved RA.

Fibroblaster fungerer også som medfødte immunceller. Pericytter/fibroblaster uttrykker flere mønstergjenkjenningsreseptorer, slik som Toll-like reseptorer (TLR), og fremmer den lokale inflammatoriske kaskaden. Leaf et al avslørte at nyrepericytter registrerer skadeassosierte molekylære mønstre (DAMPs) frigjort fra skadede celler på en TLR- og MyD88-avhengig måte.74 På samme måte som klassiske immunceller, aktiverer pericytter NLRP3-inflammasomet, som fører til IL-1 og IL-18 sekresjon. Disse funnene viser at den interstitielle lokaliseringen av pericytter/fibroblaster gjør dem i stand til umiddelbart å oppdage initial skade og fungere som propagator for lokal betennelse. Som en annen mekanisme for å forplante lokal betennelse, avslørte intravital mikroskopisk observasjon at pericytter endrer morfologien sin under betennelse og danner hull mellom tilstøtende pericytter, noe som letter nøytrofiltransmigrasjon og gjennomgang.⁷⁵

Fibroblaster bidrar også til dannelsen av TLT i eldre skadde nyrer.4,76 Ved å utskille homeostatiske kjemokiner som CXCL13 og CCL19, rekrutterer fibroblaster i TLT 202|ARAI et al. lymfocytter og gir et funksjonelt stillas for TLT, som diskutert i følgende avsnitt.

4.2|Regulering av tumorprogresjon

I tumormikromiljøet (TME) utgjør kreftassosierte fibroblaster (CAF) den største cellulære komponenten i stroma av TME og spiller en viktig rolle i kreftpatogenesen.⁷⁷ CAF-er fremmer kreftprogresjon via flere mekanismer, som ECM-remodellering, og sekresjon av vekstfaktorer og proinflammatoriske cytokiner. CAF-er regulerer også rekrutteringen av immunceller og undertrykker antitumor-immunreaksjonen.^77,78CAF-er viser høyt funksjonelt og regionalt mangfold avhengig av deres bosatte organer. For eksempel, i pankreas duktalt adenokarsinom (PDAC), identifiseres to distinkte undertyper av CAF: en undergruppe av CAF ligger ved siden av tumorceller med forhøyet uttrykk for SMA, mens den andre undergruppen er lokalisert fjernt fra tumorceller og skiller ut inflammatoriske cytokiner, som f.eks. IL-6.⁷⁹Ved brystkreft klassifiseres CAF-er i tre underpopulasjoner i henhold til deres opprinnelse, som hver har uavhengige prognostiske evner.80 Interessant nok har studier antydet at disse heterogene subpopulasjonene av CAF-er kan deles inn i to funksjonelt distinkte undertyper: kreftfremmende CAF-er (pCAF-er). ) og kreftbegrensende CAF-er (rCAF-er).77,81 Eksistensen av rCAF-er har blitt antydet av observasjonen at genetisk utarming eller funksjonell intervensjon av prolifererende CAF-er ikke hemmer, men snarere fremmer kreftprogresjon.^82-84Selv om den spesifikke markøren for rCAF-er ennå ikke er bestemt, avslørte en fersk studie at rCAF-er i PDAC er preget av uttrykket av Mifflin,⁸⁵som først ble identifisert som et glykosylfosfatidylinositol-forankret protein som spesifikt markerer mesenkymale stromale/stamceller.86 Hos pasienter med PDAC er infiltrasjonen av Meflin pluss CAFs positivt korrelert med gunstige utfall. I analysen av en subkutan xenograft-musemodell, svekket lentivirus-indusert Meflin-overføring til tumorstromale celler tumorvekst og SMA pluss CAF-infiltrasjon. Stromaet til svulstene til Mifflin knockout-mus viser rettere og bredere kollagenstrukturer, og nivået av Mifflin-uttrykk i human PDAC er assosiert med endrede kollagenstrukturer. Gitt at kreftprogresjon er nært assosiert med matrix-remodellering,87 antyder disse funnene at Meflin pluss CAFs undertrykker tumorprogresjon ved å hemme kollagen-remodellering. Selv om ytterligere studier er nødvendig på den underliggende mekanismen til Meflin pluss CAF-utvikling, kan reguleringen av rCAF-er være en ny terapeutisk strategi i anti-kreftterapi.

4.3|Regenerative funksjoner

Selv om de skadelige effektene av fibroblaster har tiltrukket forskningsinteresse som beskrevet i forrige avsnitt, fremmer fibroblaster også vevsregenerering fra skade. Faktisk fører hemming av fibroblastfunksjonen ikke nødvendigvis til et bedre resultat. For eksempel hindrer sletting av Postn pluss myofibroblaster i hjertet passende arrdannelse, noe som fører til ventrikkelruptur og høyere dødelighet.³²

Nyere studier har avslørt at ved vevsskade og reparasjon utøver en spesifikk subpopulasjon av fibroblaster regenerative effekter i flere mekanismer. I hud er fibroblaster delt inn i to kategorier etter lokalisering: papillære fibroblaster i øvre dermis og retikulære fibroblaster i nedre dermis.88 Etter skaden rekrutteres retikulære fibroblaster til lesjonen før papillær fibroblastmigrasjon og skiller ut kollagener som er ansvarlige for arr. . I motsetning til dette bidrar papillære fibroblaster, som rekrutteres på et senere tidspunkt etter skade, til regenerering av hårsekkene. Disse funnene indikerer at romlig og funksjonelt distinkte fibroblastsubtyper bidrar til hudsårregenerering på en koordinert måte. En fersk scRNAseq-analyse avslørte også at fibroblaster i hudsår viser høy heterogenitet, og kan klassifiseres i tolv subclusters.89 Pseudotime- og RNA-hastighetsanalyser viste at noen av disse klyngene representerer differensieringstilstander mot kontraktile fenotyper mens andre får regenerative fenotyper. Interessant nok er det identifisert en unik underpopulasjon av hudfibroblaster spesialisert på vevsreparasjon fra skade. Etter hudskade stiger fibroblaster som befinner seg i fascien, som er en gelatinøs membranstruktur som skiller huden og den stive strukturen under, opp til hudoverflaten.90 Som svar på dype skader styrer fascia fibroblaster sin omgivende komposittmatrise inn i såret og danner en foreløpig matrise. Flertallet av disse "fascia fibroblastene" er merket med engrailed 1 (En1), som først ble identifisert som markøren for fibrogene avstamningsceller i dorsalhuden til mus.⁹¹ Overfloden av fascia fibroblaster i såret er positivt korrelert med arrets dybde. Faktisk forhindrer den genetiske uttømmingen av fascia fibroblaster matrisestyring inn i såret og fører til defekt arrdannelse. Implantasjonen av en ugjennomtrengelig film under huden forhindrer migrasjon av fascia fibroblast og resulterer i et åpent arr. Bidraget til en annen unik fibroblastundergruppe, adipocytt-forløperceller (APS), er også rapportert; AP-er samhandler med CD301b pluss makrofager og bidrar til hudregenerering etter skade.⁹² Samlet sett tyder disse funnene på at heterogene subpopulasjoner av fibroblaster med spesialiserte funksjoner bidrar til hudregenerering etter skade.

Disse "regenerative fibroblastene" er også observert inyre. Ultramikroskopisk observasjon avslørte at myofibroblaster migrerer rundt skadde tubuli og strukturelt støtter dem i nyreskademodellen, noe som tyder på at myofibroblaster kan lette regenerering av tubulære celler.93 Ved å bruke P0-Cre: DTR-mus, der administrering av difteritoksin (DT) depleterer P0-Cre avstamningsmerkede residente fibroblaster i nyrene, avslørte vi at fibroblastdeplesjon i den tidlige fasen av skaden svekker tubulær regenerering og forverrer nyreskaden.⁹⁴ Interessant nok, som svar på skade, oppregulerer fibroblaster ekspresjonen av retinaldehyddehydrogenase 2 (RALDH2), det hastighetsbegrensende enzymet for retinsyresyntese. Retinsyrereseptor (RAR) uttrykkes på proksimale tubulære celler, og B-krystallin, produktet av RAR-målgener, oppreguleres utelukkende i skadede proksimale tubulære celler. En invers agonist av RAR demper tubulær celleproliferasjon in vitro. Gitt at retinsyre utskilles av stromal mesenchyme i embryonalnyrerer avgjørende for utviklingen av urinrørsknoppen,^95,96disse funnene tyder på at RALDH2 pluss myofibroblaster kan spille en viktig rolle i regenereringen av skadde proksimale tubuli via retinsyresignalering i den tidlige fasen av skaden.