パート 2: 血管透過性: 腎疾患における調節経路と役割
Jul 26, 2022
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腎臓病担当副社長
腎疾患における EC アポトーシス
毛細血管内皮はEC単層で構成されており、その大量死は内皮の完全性を破壊し、VPを増加させます。 極端な物理的、化学的、および生物学的刺激は、壊死と呼ばれる無秩序な EC 死につながる可能性があります。 それにもかかわらず、最近の研究では、腎毒素、血行動態の変化、代謝障害などのさまざまな要因によって誘発されるプログラム細胞死の一形態である EC アポトーシスに重点が置かれており、これらはそれぞれ AKI、CKD、DKD の主要な病原因子を表しています。 腎毒素として広く使用されている化学療法薬シスプラチンは、低濃度では EC アポトーシスを誘導し、高濃度では壊死を誘導するため、患者モデルと動物モデルの両方で AKI の原因となります [4]。 CKDの典型的な尿毒症毒素であるインドキシル硫酸は、単球を刺激してTNF-αを発現させ、ECを促進してCX3CL1/CX3CR1結合を介してCD4+CD28-T細胞を動員し、それによってESRD患者の内皮損傷を誘発する[42]。 さらに、血液量減少ショック中は、低酸素症と血行動態の変化が活性酸素種（ROS）の生成をサポートし、これがヒト臍帯静脈内皮細胞（HU-VEC）のアポトーシスを誘導し、腎前性 AKI の一因となる可能性がある [43]。 注目すべきは、脂質異常症と高血糖症の間にクロストークがある可能性があり、そこではプロテインキナーゼ B (Akt とも呼ばれます) 活性化が中心的な役割を果たします。 高脂肪食誘発マウス大動脈 EC およびヒト大動脈 EC アポトーシスでは、PI3K/PDK1/Akt/mTOR 経路の活性化が阻害されますが、PI3K/Akt/eNOS 経路の活性化は、酸化によって誘発されるマウス大動脈 EC の炎症および内皮機能障害を軽減します。低密度リポタンパク質であり、脂質異常症におけるAktおよび下流経路の保護効果を示唆している[44,45]。 逆に、ROS/Akt/NF-KB 経路の活性化は、高血糖誘発性 HUVECapoptosis に有害な作用を及ぼします[46]。 脂質異常症は、DKD の独立した危険因子として特定されていますが、脂質異常症と高血糖を結びつけるメカニズムはほとんど不明のままです。 さらなる調査により、ECアポトーシス中のそれらの根本的な関係が解明され、DKDやその他の血管合併症の予防と治療に貢献するはずです. ECアポトーシスにつながる要因腎臓病図 3 にまとめます。
図3.腎疾患におけるECアポトーシスの要因。 化学療法薬シスプラチンは、低濃度で EC アポトーシスを引き起こします。 虚血性 AKI では、血液量減少が低酸素症と血行動態の変化を引き起こし、ROS 生成を促進して EC アポトーシスを誘導します。 CKD の間、尿毒症毒素 IS は単球を刺激して TNF-α を産生し、それによって細胞傷害性 T 細胞の動員と EC アポトーシスを促進します。 脂質異常症は、PI3K/PDKI/Akt/mTOR 経路と PI3K/Akt/eNOS 経路を阻害することにより、EC アポトーシスに寄与します。 高血糖は、ROS/Akt/NF-KB 経路を誘発して、EC アポトーシスを媒介します。 これらの 2 つの代謝障害は相乗効果を発揮して、DKD の内皮損傷を誘発します。 EC、内皮細胞。 IS、インドキシル硫酸。 TJ、タイトジャンクション。 AJ、接着ジャンクション。
VPとAKI
AKI は、腎排泄機能の急激な喪失と定義され、糸球体濾過率の急速な低下、血漿窒素廃棄物の増加、尿量のさまざまな減少を特徴とします。 尿細管上皮細胞の摂動は AKI に大きく寄与しますが、内皮機能障害の重要な役割が新たな証拠によって明らかにされています [5]。
AKI における毛細血管透過性亢進には、複数の要因が関係しています。 まず、虚血性 AKI マウスには比較的後期の EC アポトーシスが存在するため [47]、心臓手術後の AKI ではグリコカリックスや VE-カドヘリンなどの内皮バリア分子の修飾が起こるため、内皮単層は AKI 中に直接破壊される。豚 [48]; 敗血症性 AKI は、エンドトキシンおよび過剰に活性化された免疫系を介して EC アポトーシスにも寄与します [5]。 さらに、虚血性AKIマウスモデルでは、周皮細胞はマトリックスメタロプロテイナーゼ（MMP、細胞外マトリックスのさまざまなタンパク質を分解する亜鉛依存性エンドペプチダーゼのファミリー）、特にMMP7およびMMP9の発現増加を示し、周皮細胞はメタロプロテイナーゼ3の組織阻害剤をダウンレギュレートします。細胞外マトリックスを分解し、αv 5インテグリンによる周皮細胞の剥離と遊走を促進する[49,50]。 第三に、間質に浸潤した好中球は、サイトカイン、ケモカイン、プロテアーゼ、ROS を放出して補体系を活性化し、炎症性因子をアップレギュレートし、接着分子を誘導し、それによって虚血性 AKI マウスの組織損傷と内皮機能障害を悪化させる [51]。 さらに、尿細管糸球体フィードバックと不均衡な血管運動因子の両方が腎血管収縮に寄与する一方で [5]、その結果生じる血行力学的力の変化が VP を悪化させる [15]。 これらの効果には、EC アポトーシス [5, 47]、内皮表面グリコカリックス [48]、細胞間接触および傍細胞経路 [15,48, 51]、周皮細胞、および細胞外マトリックス [49,50] が含まれます。その結果、微小血管の低灌流、間質性浮腫、低酸素症、尿細管圧の上昇と尿細管の閉塞が起こり、最終的に糸球体濾過率の低下と組織損傷の原因となります [5]。
VP 調節分子は AKI で大きく変化します。 敗血症の間、VE-カドヘリンの脱落と血漿可溶性 VE-カドヘリンのレベルは、敗血症患者の重度の AKI および臓器機能障害と関連しており、内皮 AJ 破壊と白血球の逆経内皮移動を示唆している [40,52]。 さらに、Angptl の減少と Angpt2 の上昇を含む Angpts の不均衡は、炎症とは無関係に重症患者の AKI と関連している [53]。 特に、VEGF/VEGFR2 経路は VP を仲介しますが、AKI で有益な役割を果たす可能性があります。 血漿 VEGF および胎盤成長因子のレベルが高いほど、心臓手術後の患者の AKI および死亡のリスクが低くなりますが、VEGFRI レベルが高いほどリスクが高くなります。これは、おそらく EC の生存および血管新生に対する VEGF の影響によるものと思われます [54]。 さらに、私たちの研究では、SEMA3C が VP を悪化させることにより、虚血性および腎毒性の AKI マウスモデルで有害な役割を果たす、血管新生促進性および透過性促進因子として特定されました (Cai A et al、改訂中のデータ)。
間違いなく、血管の完全性回復治療は AKI を軽減します。 アデノシン 2A アゴニストは、好中球浸潤を減少させて腎 VP を阻害し、腎機能虚血性AKIマウス[51]。 エリスロポエチン (EPO) は、EPO/EPOR および VEGF/VEGFR2 シグナルを増強し、HIF-1α、iNOS、および NF-κB の発現を阻害し、組織の低酸素症、内皮機能障害、および炎症を関連付けることにより、マウスの敗血症性 AKI を軽減する可能性がある [55]。 さらに、接着分子と周皮細胞は極めて重要な部分として機能し、av 5 インテグリンをブロックすることで周皮細胞の活性化を阻害し、微小血管系を安定化することで、マウスの VP を弱め、虚血性 AKI から保護することができる [50]。 しかし、活性化された周皮細胞と未解決の VP は、腎臓の血行再建術戦略を無効にする可能性があり、腎臓の回復に失敗すると、AKI から CKD への移行につながる [56]。
副社長とCKD
CKD は、腎臓の構造または機能の異常が少なくとも 3- か月持続し、公衆衛生に深刻な影響を与えるものと定義されています。 病因に関係なく、尿細管周囲毛細血管は、進行中に同様の超構造的および機能的変化を受けます腎疾患毛細血管の希薄化や微小血管の透過性亢進など、マウスとヒトの両方で[9]。
CKD における血管透過性亢進の原因は、AKI とは異なりますが、いくつかの共通点があります。 第一に、ラットモデルは、内皮表層糖衣がCKDの同様の損失に遭遇し、タンパク尿を全身性内皮機能障害と関連付けることを示している[57]。 第二に、患者の生検とマウスモデルを使用した研究により、線維芽細胞が腎線維症主に周皮細胞に由来し、その活性化は透過性と線維性の両方であり、AKIをCKDに結び付けます[56]。 また、マウスモデルは、周皮細胞の欠乏と不均衡なVEGF発現が既存の血管と血管新生の両方に影響を与え、漏れやすい未成熟の新しい血管をもたらすことを示しています[11、58]。 さらに、微小血管枝における特定のレオロジー変化は、AKI および CKD マウスモデルの両方で血管漏出の主要な部位となります (Cai A et al.、改訂中のデータ) [9]。 さらに、HUVEC を使用した研究は、CKD の慢性炎症が、CKD および ESRD 患者の NF-KB および下流の炎症誘発性因子の活性化を引き起こすことを示唆している [59]。 さらに、CKD 患者の血清尿毒症毒素は、VE-カドヘリンの破壊と F-アクチンの再編成を誘発し、HUVEC の AJ を開く [60]。 HDL は内皮 NO 産生を阻害し、内皮バリアを不安定化し、ヒト大動脈 EC の血管機能障害を促進する CKD 患者の有害な粒子になるため、毒素は正常なタンパク質に由来する可能性もあります [61]。 次に、血管の透過性亢進が CKD の進行に寄与します。 糸球体内皮漏出は、血漿タンパク質の尿細管および間質への異常な通過をもたらし、CKD 患者の全身血管機能障害および心血管合併症に関連する炎症および線維化反応を誘発する [62]。 フィブリノゲンなどの血管外漏出血清タンパク質も、ラット心臓微小血管 EC の TJ を破壊する可能性がある [9]。 透過性要素に関しては、CKD の VP にはグリコカリックス [57]、周皮細胞 [56]、EC ジャンクション、および傍細胞経路 [9, 59-61] が含まれます。 その結果、破壊された内皮バリアは、低灌流、血液濃縮、間質性浮腫などの血行力学的変化に関与し、腎臓内の低酸素症、細胞膨張、炎症、血小板活性化を促進し、間質性線維性サイトカインの増加と細胞機能の障害を引き起こします。コラーゲンを分解。 全体として、これらの病態生理学的プロセスは、CKD 患者のタンパク質栄養失調、体液過負荷、腎線維形成、および生存率の低下に寄与します [9,10]。
血管透過性亢進は、CKD における重要な内皮変化であり、NO バイオアベイラビリティの障害を特徴とする内皮機能障害に属することを強調する価値がある [63].NO は、VP を調節するだけでなく、血管弛緩、抗-炎症性、および抗生物特性。 CKD 患者では、eNOS は、酸化ストレス (OS)、炎症、高リン血症、脂質異常症、非対称ジメチルアルギニンおよび対称ジメチルアルギニンを含む eNOS の内因性阻害剤などの複数の病態生理学的イベントによって阻害されます [63, 64]。乱れた内皮は、異常な活性化、増殖の減少、アポトーシスの上昇を示し、内皮バリア機能を破壊します [63, 64]。 これらの変化は、腎線維症および全身性アテローム性動脈硬化症に寄与し、臨床転帰不良に関連している[63]。
内皮機能障害の主要な構成要素の中で、OS は VP と相関する極めて重要なポイントです。 OS では、酸化分子、最も一般的には ROS が抗酸化防御メカニズムを圧倒します [65]。 このような状態は、慢性炎症、ミトコンドリア機能障害、および過剰な ROS 生成によって引き起こされる CKD の初期段階でも存在します [65]。 CKDの進行中、OSは悪化し、減少します腎機能また、血液透析 (HD) および腹膜透析 (PD) を必要とする ESRD 患者に深刻な負担をかけています [66,67]。 前述のように、ROS は炎症性因子によって誘発される VP および EC のアポトーシスに関与して、腎臓と全身の血管の両方の完全性を不安定にし、体の水分過剰に寄与します。 OS はまた、白血球動員を促進し、eNOS を阻害し、血管新生を抑制する可能性があるため、CKD および特に透析を必要とする ESRD 患者の局所および全身の内皮機能障害、腎線維形成、およびアテローム発生を悪化させる [65]。 OS の重要なイベントは酸化生成物の形成であり、これはライフスタイルと食習慣、および HD と PD のさまざまな要因によって影響を受けます。 HD 関連の要因には、透析膜、抗凝固剤の使用、透析液、投薬管理、および HD が含まれます[66].対照的に、PD の OS 状態は主に PD 溶液の組成に依存し、高グルコースと酸性 pH が原因と考えられています。 げっ歯類モデルと臨床研究は、そのような PD 液が最終糖化産物と ROS の生成を促進して OS を誘導し、レドックス恒常性を破り、それによって全身および局所の炎症、腹膜細胞のアポトーシス、および腹膜線維症の増加に寄与することを明らかにした[ 67-69]。 その結果、腹膜の微小血管密度が減少し、微小血管が過透過性になり、腹膜の完全性とその輸送機能が失われます[67,68]。 治療に関しては、抗酸化物質の補給が可能な治療戦略となる可能性があります [67, 68]。 中性pH、低GDP PD流体は、小児患者の輸送機能に影響を与えるために、腹膜の早期炎症、上皮間葉転換、および血管新生を誘発する可能性がありますが、それらの長期的な影響についてはさらなる調査が必要です[70]。
AKI と同様に、CKD には透過性調節因子の重度の調節不全が存在します。 さまざまな腎線維症のげっ歯類モデルにおける VEGF レベルの低下は、毛細血管の希薄化と EC 開窓の喪失を説明する可能性があります [9]。 それにもかかわらず、尿毒症患者の血清で処理されたHU-VECでは、カベオラと細胞質小胞の形成によりVPは依然として上昇しており、Angptの不均衡などの他の要因の関与を示唆している[71]。 実際、Angpt2- を介した VP は体液過剰を悪化させ、炎症反応を促進し、CKD 患者の腎転帰に悪影響を与えることを示唆している [72]。 さらに、VE-カドヘリンは、AKI での脱落とは反対に、CKD マウスでアップレギュレートされていますが、尿毒症毒素によって破壊される可能性があります [60,73]。
CKD におけるその重要な役割を考慮すると、VP を標的とすることは潜在的な治療法となります。 ビタミンD補給は、VE-カドヘリンの強化、皮質F-アクチンリング形成の安定化、MMP9の減少を介してHUVECの完全性を強化し、それによってCKDの内皮機能障害を軽減します[60]。 血管保護性 VEGF-A165b アイソフォームの過剰発現は、CKD マウスの糸球体の透過性亢進、超構造異常、タンパク尿から保護する [58]。 障害のある Angpt/Tie 経路を標的とする Angptl 投与は、周皮細胞の被覆を維持し、EC ジャンクションを強化して腹膜 VP と炎症を軽減し、PD ラットの腹膜輸送機能を改善します [74]。 腹膜の透過性と輸送機能を改善するために、N-アセチルシステインなどの抗酸化物質はOSから保護でき、ジペプチドアラニル-グルタミンはマウスのPM完全性の保護に関連する経路を活性化する可能性があります[67-69]。 CKD における VP の臨床関連研究を表 1 にまとめます。
副社長とDKD
DKD は、糖尿病微小血管合併症に属する糖尿病患者の慢性腎機能障害を指します。 糖尿病を制御するために多大な努力が払われているにもかかわらず、DKD は依然として ESRD の主な原因です [6]。
糖尿病を介した糸球体漏出は、代謝障害と密接に関連しています。 第一に、高血糖はおそらくROS産生を介してHUVECアポトーシスを誘発する可能性がある[46]。 第二に、マウスモデルとヒト腎糸球体EC（GEC）株を使用した研究では、高血糖がプロテインキナーゼC（PKC）システムを活性化してGECアポトーシスを促進し、腎マトリックス産物に寄与することが報告されている[75,76]。 第三に、DKD 内の循環血小板微粒子の上昇は、ROS および NO システムを損ない、ラットおよび単離された初代ラット GEC で GEC 損傷を引き起こす [77]。 さらに、糖尿病の独立した危険因子としての脂質異常症は、内皮機能障害に関与しています。 患者の生検とげっ歯類のモデルの両方が、脂質が TGF- を刺激して ROS 産生と GEC 損傷を誘発する可能性があることを示しましたが、トリグリセリドに富むリポタンパク質は糖衣を分解する可能性があります [78]。 DKD における VP のメカニズムは、主に高血糖と脂質異常症の毒性によって引き起こされ、GECapoptosis [46,75-78] と糖衣分解 [78] が関与します。 結果として、内皮の超透過性は濾過バリア機能を損ない、アルブミン尿、DKD およびその後の合併症の重要なイベントの原因となります [6]。
古典的な糖尿病治療の補足として、異常な血管新生因子レベルを標的にして VP を阻害する治療には、幅広い展望があります。 まず、適切な VEGF-A レベルは糖尿病における腎微小血管系の維持に必要ですが、過剰な VEGF-A は結節性糸球体硬化症および大量のタンパク尿を伴う糸球体漏出の一因となります。 より正確には、血管作動性アイソフォーム VEGF-A165a が原因であるのに対し、VEGF-A165b は GEC における VEGFR2 リン酸化とグリコカリックスの回復を介してヒトとげっ歯類の両方の糸球体透過性を正常化し、そのアップレギュレーションは腎臓機能がよく保存されていることを意味する [58]。 その上、マウスモデルとヒト GEClines を使用して、研究者は、VEGF カウンターが、VEGFR の変化を防ぎ、内皮グリコカリックスを維持して、糖尿病の糸球体を保護し、DKD の発生を阻害することを介して VEGF-A 効果を発揮することを発見した [79]。 さらに、C-ペプチドは VEGF 誘導 ROS 生成、ストレスファイバー形成、および VE-カドヘリン分解を阻害し、それによって VEGF 媒介 VP を防ぎ、糖尿病マウスの腎微小血管の流れを改善する可能性がある [80]。 第二に、Angptl レベルが蛋白尿および腎臓の形態学的変化を伴う糖尿病で減少するため、Angpt/Tie システムも関与します。 糖尿病マウスにおけるその糸球体の補充は、おそらくTie2リン酸化の増加、可溶性VEGFR1レベルの上昇、VEGFR2リン酸化の減少、およびeNOS活性の増加を通じて、アルブミン尿およびGEC増殖を大幅に減少させる[81]。 さらに、VE-PTPは糖尿病マウスの腎微小血管系で強力に上方制御されており、その阻害によりTie2活性が増強され、eNOSが活性化され、炎症誘発性および線維化促進遺伝子の発現が減少するため、VPと炎症が減少して、DKDの微小血管系と腎機能が維持されます[82]。
血管透過性亢進の他の病因もまた、可能な標的を提供し得る。 PKC-阻害剤 LY333531 は GEC アポトーシスを弱め、PKC-α と PKC- - の二重阻害剤 CGP41252 はアルブミン尿の発生を防ぎ、糖尿病マウスの既存のアルブミン尿を減少させます [75,76]。 アスピリンは、血中グルコースレベルに影響を与えることなく、初期の DKD マウスにおける GEC 損傷、アルブミン尿、糸球体肥大、およびメサンギウム基質の拡大を改善するために、血小板微粒子形成を減少させることができる [77]。
その他の腎臓病
大量のタンパク尿、低アルブミン血症、浮腫を特徴とする INS は、主に微小変化病と限局性分節性糸球体硬化症で構成されています。 INS では、研究者は、患者の標本とマウスモデルを利用して、微小変化疾患のヘモペキシンと可溶性ウロキナーゼ受容体、心臓とフィンのようなサイトカイン因子 1、アポリポタンパク質 A-1、カルシウムを含む複数の循環透過性因子を特定しました。 /
カルモジュリン-セリン プロテイン キナーゼ、および限局性分節性糸球体硬化症における CD40 アゴニスト [7]。 これらの因子は、GEC 表面のグリコカリックス、糸球体基底膜、足細胞を標的にして、糸球体濾過バリアの完全性を破壊します [7]。 その結果、異常な糸球体漏出はタンパク尿を引き起こし、毛細血管の透過性亢進はステロイド治療によって大幅に減少する可能性のある浮腫の形成に寄与する[83]。
高血圧は依然として世界中で罹患率と死亡率の主要な原因であり、高血圧性腎症はその相互依存部分です。 乱れたレニン-アン-アンギオテンシン系は、高血圧において重要な役割を果たしており、その阻害はアルブミン尿を効果的に遅らせ、減少させます。 アンギオテンシン II は血行動態の影響とは別に、ポドサイトの ATL 受容体に作用してネフリン - - アレスチン 2 結合とネフリン エンドサイトーシスを増加させ、マウスの糸球体透過性を増強し、アルブミン尿に寄与します。 したがって、AT1- 受容体遮断薬は、正常血圧者でもアルブミン尿を予防する可能性があります [8]。 さらに、内皮サーチュイン 6 は、アンギオテンシン II 誘導性 VP を改善し、血管 NO バイオアベイラビリティを増加させて、高血圧マウスの内皮機能障害を緩和し、それによって高血圧および関連する心腎損傷から保護することができる [84]。 さらに、臨床試験により、VEGF/VEGFR2 シグナルの阻害は、おそらく eNOS 経路が関与するタンパク尿症および高血圧症を伴うことが多いことが明らかになった [85]。 高血圧と調節不全の VEGF ファミリーとの関連は、この有望な化学療法戦略を複雑にし、さらなる調査が必要です。 VP と腎疾患の関連性を図 4 にまとめます。
結論
過去数十年にわたり、臨床および前臨床研究の増加により、さまざまな腎疾患における血管透過性亢進の有害な役割が解明されてきました。 広範な研究により、VP を調節する主要な経路が特定されており、AKI や CKD などの疾患の重症度と予後を予測する潜在的なバイオマーカーを提供します。 さらに、これらの経路を標的とすることで、腎疾患の介入に幅広い展望が開ける可能性があります。
しかし、マウスモデルから得られた有望な結果にもかかわらず、おそらく VP を特異的に標的とする実用的な方法がないため、腎疾患における VP に焦点を当てた臨床試験はまれなままです。 これらの調査結果を臨床に応用するために、将来の調査では、そのようなバイオマーカーの有効性をさらにテストし、腎臓病の VP を正常化するための信頼できるツールを開発する必要があります。