Gli epiteli, che compongono il nefrone, esercitano funzioni critiche nel rene. All’interno del glomerulo, i podociti mantengono la normale architettura glomerulare e la funzione di barriera. Lungo il tubulo, le cellule epiteliali partecipano alla conversione del filtrato glomerulare in un’urina concentrata la cui composizione è regolata per mantenere l’organismo in uno stato costante. Nell’ultimo decennio sono stati fatti importanti progressi nella comprensione della biologia di queste cellule. Riguardano principalmente la differenziazione delle cellule epiteliali sia nel rene prenatale che in quello adulto, il ruolo delle cellule epiteliali nell’insorgenza e nella progressione delle lesioni renali, e i meccanismi con cui le lesioni renali vengono infine riparate.
La quinta Journées Gabriel Richet, intitolata “Renal Epithelial Cells: Differenziazione e plasticità”, si è tenuta a Le Coudray Montceaux vicino a Parigi il 14-15 giugno 2002. Questo simposio ha fornito un forum per gli esperti in biologia delle cellule epiteliali e in fisiopatologia renale per incontrarsi e discutere le più recenti scoperte in questi diversi campi. Le informazioni emergenti sono riassunte qui sotto e sono presentate in dettaglio in questo numero speciale del Journal of the American Society of Nephrology.
Nel rene embrionale e nel polmone, specifiche interazioni epiteliali-mesenchimali risultano in diversi aspetti della ramificazione delle gemme epiteliali. Vainio ha sottolineato che la localizzazione del collagene di tipo XVIII, un componente della matrice extracellulare (ECM), sarebbe un regolatore chiave di questo processo. La prova di questa ipotesi include (1) negli studi di organogenesi, l’espressione del collagene di tipo XVIII sembra limitata alla punta della gemma epiteliale nel polmone embrionale e al gambo della gemma ureterica nel rene embrionale, e (2) negli esperimenti di ricombinazione dei tessuti che permettono l’interazione della gemma ureterica con il mesenchima polmonare, l’espressione del collagene di tipo XVIII si riorganizza dal gambo alla regione della punta, e questo processo è accompagnato dall’espressione di marcatori specifici dello sviluppo del polmone. Ulteriori informazioni sulla differenziazione delle cellule epiteliali della gemma e sulla trasformazione delle cellule mesenchimali in cellule epiteliali sono state fornite da Rossert. Egli ha sottolineato che particolarmente importante è l’espressione spazio-temporale specifica dei fattori di trascrizione, come Pax2, Eya1 e Six2. In realtà, anche se si è accumulato un gran numero di informazioni sul ruolo di questi fattori nelle prime fasi della differenziazione cellulare, meno si sa sul loro coinvolgimento nelle fasi terminali.
Nel rene adulto, le cellule epiteliali del dotto collettore corticale si differenziano in due modi: le cellule principali sono coinvolte nel trasporto di acqua, sodio e potassio, e le cellule intercalate mediano il trasporto acido-base. Per la prima volta nel 1970, Hagege e Richet hanno dimostrato che le cellule intercalate mostrano due forme morfologiche in vivo, il loro rispettivo numero cambia in funzione dello stato acido-base. Queste cellule, ora chiamate cellule α e β, hanno dimostrato di secernere H+ e HCO3-, rispettivamente. Recentemente, Al-Awqati, usando un modello di acidosi metabolica in vitro, ha confermato la precedente osservazione di Hagege e Richet e ha suggerito la possibilità di una conversione delle cellule β in cellule α. I meccanismi alla base della “plasticità” epiteliale sono stati descritti in dettaglio: i mezzi acidi inducono la localizzazione ECM di una proteina specifica, la hensina, che, a sua volta, inverte la polarità del flusso di H+ e HCO3-.
I podociti sono coinvolti in numerose malattie ereditarie che colpiscono il glomerulo e sono caratterizzate da proteinuria. Come illustrato da Gubler, l’identificazione di mutazioni genetiche in queste malattie ereditarie ha dimostrato l’importanza del diaframma a fessura dei podociti nel processo di permselettività. Le proteine che formano la barriera includono principalmente nefrina, podocina e CD2AP. Studi recenti sulle mutazioni del gene actinina-4 hanno sottolineato il ruolo aggiuntivo del citoscheletro dei podociti. Le lesioni dei podociti osservate nelle malattie acquisite del rene possono anche portare ad alterazioni della permselettività, con conseguente proteinuria. Per esempio, nella glomerulonefrite membranosa, una delle cause principali della sindrome nefrosica, l’accumulo di depositi immunitari a stretto contatto con i processi podocitari del piede provoca alterazioni del fenotipo podocitario, che, a sua volta, è responsabile dello sviluppo della proteinuria. Sorprendente è che gli antigeni che sono coinvolti nella formazione di tali depositi non sono ben caratterizzati. Ronco ha riportato il primo caso di glomerulonefrite membranosa in cui l’antigene bersaglio è stato identificato come un antigene costitutivo espresso sul podocita (endopeptidasi neutra). Nella glomerulonefrite, i podociti giocano un ruolo chiave non solo nell’inizio delle lesioni glomerulari ma anche nella propagazione delle vie che portano alla glomerulosclerosi. Bruneval ha avanzato l’intrigante possibilità che i podociti e le cellule epiteliali parietali possano transdifferenziare in cellule macrofagiche e miofibroblasti. La transizione da epiteliale a mesenchimale sarebbe implicata nella formazione della mezzaluna e nella progressione verso la fibrosi, per esempio, nella glomerulonefrite crescentica pauci-immune umana, come suggerito dalla coespressione di marcatori miofibroblasti ed epiteliali nelle lesioni glomerulari.
Una volta che le lesioni glomerulari sono stabilite, la proteinuria si estende, promuovendo a sua volta l’infiammazione tubulointerstiziale e la fibrosi. Le vie di segnalazione cellulare coinvolte in questo processo sono state descritte in dettaglio da Zoja. Le proteine urinarie si legano a megalina e cubilina al polo apicale delle cellule epiteliali nei tubuli prossimali. La successiva endocitosi porta all’attivazione della proteina chinasi C, alla produzione di specie reattive dell’ossigeno e infine alla traslocazione di NF-κB nel nucleo. Questo fattore di trascrizione gioca un ruolo chiave nell’espressione dei geni che sono coinvolti nell’infiammazione e nella fibrosi. È interessante che, oltre alla composizione del fluido tubulare, il flusso del fluido tubulare modifichi da solo il fenotipo delle cellule epiteliali nel tubulo prossimale. Essig ha riportato che l’esposizione in vitro o in vivo di queste cellule al flusso laminare induce una riorganizzazione del citoscheletro di actina e quindi riduce l’espressione dell’attività fibrinolitica. Questo potrebbe essere uno degli eventi alla base del rimodellamento della ECM dopo la distruzione dei nefroni in varie nefropatie. Infatti, in queste condizioni, la portata tubulare è aumentata nei nefroni funzionali rimanenti.
Il recupero della funzione renale dopo lesioni gravi dipende dalla sostituzione delle cellule epiteliali necrotiche con un epitelio funzionale. Le nuove cellule epiteliali possono provenire da cellule staminali residenti nel rene e/o derivate dal midollo osseo. Che le cellule staminali derivate dal midollo osseo partecipino alla rigenerazione tubulare è stato osservato dopo una necrosi tubulare acuta sia in modelli sperimentali che nell’uomo. Analizzando reni che sono stati trapiantati da individui di sesso femminile a individui di sesso maschile, Poulsom ha fornito la prova che le cellule circolanti positive al cromosoma Y ripopolano i tubuli e mostrano un fenotipo epiteliale tubulare. Tuttavia, il numero di queste cellule staminali derivate dal midollo osseo è limitato, e il processo di riparazione è piuttosto legato alla de-differenziazione, alla migrazione e alla proliferazione delle cellule epiteliali sopravvissute. Bonventre ha riferito che l’espressione genica in queste cellule dedifferenziate ricapitola i modelli di espressione genica tipici del nefrone in via di sviluppo. Questi geni codificano fattori di trascrizione, fattori di crescita, molecole di adesione e chemochine. Di particolare interesse in questo contesto è la recente identificazione della molecola di lesione renale-1, una glicoproteina transmembrana espressa sulle cellule epiteliali del tubulo prossimale dedifferenziate in fase di rigenerazione dopo una lesione da ischemia e possibilmente coinvolte nella loro migrazione e proliferazione.