Partie 1 Hétérogénéité des fibroblastes et tissus lymphoïdes tertiaires dans le rein

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Résumé

Les fibroblastes résident dans divers organes et soutiennent la structure et l'homéostasie des tissus dans des conditions physiologiques. Les altérations phénotypiques des fibroblastes sous-tendent le développement de diverses conditions pathologiques, y compris la fibrose d'organe. Les progrès récents de la biologie unicellulaire ont révélé que les fibroblastes comprennent des sous-populations hétérogènes avec des phénotypes distincts, qui exercent des effets à la fois bénéfiques et néfastes sur les organes hôtes d'une manière dépendante du contexte. Dans leun rein, les altérations phénotypiques des fibroblastes résidents provoquent des conditions pathologiques courantes demaladie rénale chronique(CKD), comme l'anémie rénale et la perte capillaire péritubulaire. De plus, chez les blessés âgésreins, les fibroblastes fournissent des supports fonctionnels et structurels pour les tissus lymphoïdes tertiaires (TLT), qui servent de site ectopique de réactions immunitaires acquises dans divers contextes cliniques. Les TLT sont étroitement associés au vieillissement et à la progression de l'IRC, et les stades de développement des TLT reflètent la gravité de la lésion rénale. Dans cette revue, nous décrivons la compréhension actuelle de l'hétérogénéité des fibroblastes à la fois dans des conditions physiologiques et pathologiques, avec un accent particulier sur la contribution des fibroblastes à la formation de TLT dans leun rein. La dissection des caractéristiques hétérogènes des fibroblastes fournira une option thérapeutique prometteuse pour les conditions pathologiques liées aux fibroblastes, y compris la formation de TLT.

MOTS CLÉSchroniqueun reinmaladie, fibroblaste, fibrose, myofibroblaste, tissu lymphoïde tertiaire

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1|INTRODUCTION

Dans le passé, l'identification cellulaire dans le tissu reposait sur l'apparence morphologique sous observation microscopique minutieuse. Les progrès de la biologie moléculaire ont conduit à la découverte de marqueurs moléculaires spécifiques à chaque type de cellule pouvant être utilisés pour la classification cellulaire, ce qui a contribué de manière significative à l'exploration de divers mécanismes biologiques. Les progrès récents de l'analyse multi-omique unicellulaire ont dévoilé les caractéristiques hétérogènes des populations cellulaires à une résolution sans précédent et ont considérablement reconstruit notre compréhension des phénomènes biologiques. Chaque catégorie de cellules comprend diverses sous-populations aux fonctions distinctes, qui caractérisent le microenvironnement tissu-spécifique dans des contextes physiologiques et pathologiques. Le domaine de la recherche sur les fibroblastes ne fait pas exception, et de nombreuses preuves se sont accumulées suggérant leurs caractéristiques hétérogènes.

Les fibroblastes sont des cellules en forme de fuseau situées dans les espaces interstitiels de divers organes, où ils synthétisent plusieurs protéines structurelles, telles que les collagènes et les fibronectines, pour organiser la matrice extracellulaire (ECM) et maintenir l'homéostasie des organes.1 En plus de leurs fonctions communes à travers les organes , les fibroblastes jouent des rôles spécifiques à l'organe de concert avec d'autres cellules résidentes. Par exemple, une sous-population de fibroblastes résidents dans leun reinproduit de l'érythropoïétine (EPO), un régulateur principal de l'érythropoïèse. Des études récentes ont révélé que les fibroblastes de différents organes présentent une grande hétérogénéité fonctionnelle. Dans des conditions pathologiques, des altérations phénotypiques dramatiques des fibroblastes se produisent et contribuent de manière significative au développement d'un dysfonctionnement organique. Les fibroblastes se transdifférencient en myofibroblastes et favorisent la progression de la fibrose organique, qui est la manifestation d'une réparation inadaptée après une blessure.2 Dans le rein, les fibroblastes jouent un rôle crucial dans le développement et la progression demaladie rénale chronique(CKD), qui a une morbidité et une mortalité élevées dans le monde entier, même à l'ère moderne.3 Les fibroblastes sont à l'origine de plusieurs conditions pathologiques liées à la CKD, telles que la fibrose rénale et l'anémie rénale, quelle que soit l'étiologie de la CKD. De plus, les fibroblastes jouent également des rôles à multiples facettes d'une manière dépendante du contexte. Dans les reins blessés âgés, par exemple, les fibroblastes jouent un rôle crucial dans la formation du tissu lymphoïde tertiaire (TLT), un tissu lymphoïde ectopique inductible déclenché par une inflammation chronique.4 La clarification des caractéristiques individuelles des fibroblastes permettra d'élucider les mécanismes sous-jacents de conditions pathologiques et faciliter le développement de thérapeutiques efficaces.

Dans cette revue, nous décrivons d'abord l'hétérogénéité des fibroblastes en termes d'origine et de fonction dans des conditions physiologiques. Par la suite, nous discutons de l'hétérogénéité fonctionnelle des fibroblastes dans diverses conditions pathologiques, y compris la fibrose d'organe, et leurs interactions avec d'autres types de cellules et le microenvironnement environnant. Un accent particulier est mis sur les fibroblastes résidents dans leun rein, et leur implication dans la progression de la MRC. Enfin, la contribution des fibroblastes à la formation de TLT et sa signification clinique seront discutées.

2|LES CARACTERISTIQUES DES FIBROBLASTES

2.1|Caractéristiques et fonctions des fibroblastes dans des conditions physiologiques

Les fibroblastes sont généralement identifiés par leur morphologie, leur localisation et les expressions de marqueurs représentatifs, tels que PDGFR et CD73.1 Ces marqueurs, cependant, ne sont pas absolument spécifiques des fibroblastes, de sorte que l'absence de marqueurs pour d'autres lignées cellulaires (par exemple, CD45 pour les cellules hématopoïétiques ) est souvent utilisé pour identifier les fibroblastes. Dans des conditions physiologiques, les fibroblastes contribuent au maintien d'une structure tissulaire normale en soutenant le renouvellement de la MEC. En plus de ces fonctions, les fibroblastes résidents jouent également des rôles spécifiques aux tissus. Par exemple, dans le cœur, où les fibroblastes constituent la plus grande population cellulaire, les fibroblastes détectent l'étirement mécanique et interagissent avec les myocytes via la jonction lacunaire, ce qui permet une conduction électrique appropriée et maintient une fonction cardiaque normale.⁵De plus, la déplétion des fibroblastes dans la moelle osseuse et le muscle squelettique entraîne une anémie et une cachexie,6 suggérant leur importance dans l'homéostasie tissulaire normale dans divers organes.

Laun reinest un organe unique en ce que plusieurs types de cellules résident à proximité les unes des autres et fonctionnent harmonieusement pour exercer des rôles spécifiques aux reins, tels que l'élimination des déchets et le maintien de l'équilibre des fluides corporels. Les fibroblastes fournissent des supports structurels pour les néphrons, l'unité fonctionnelle de base du rein, et ont une interaction directe avec d'autres cellules rénales résidentes, telles que les cellules tubulaires proximales.7 Comme la fonction spécifique des fibroblastes rénaux résidents, certaines sous-populations de fibroblastes dans le cortex profond et la moelle externe produit de l'EPO en réponse à l'hypoxie, ce qui stimule l'érythropoïèse dans la moelle osseuse.8 Les cellules productrices d'EPO possèdent une morphologie dendritique de type neurone et expriment des marqueurs neuronaux, tels que la protéine 2 associée aux microtubules (MAP2) et le polypeptide léger des neurofilaments (NFL) .8 Fait intéressant, dans des conditions d'anémie sévère, presque tous les fibroblastes résidents, y compris ceux du cortex externe, produisent de l'EPO, ce qui suggère la grande plasticité de la fonction des fibroblastes.9 La localisation des cellules productrices d'EPO contraste fortement avec les autres facteurs de croissance hématopoïétiques. , tels que les facteurs de stimulation des colonies de granulocytes, qui sont synthétisés à proximité de leurs cellules cibles et s'amusent ction de manière paracrine. Une explication de cet écart est que la concentration physiologique en oxygène dans le rein est plus faible que dans d'autres organes et que le débit sanguin rénal représente environ 20 % du débit cardiaque, ce qui fait du rein le capteur biologique idéal pour l'hypoxie.10 Les reins peuvent également détecter l'état liquidien dans la région juxtamédullaire et réguler le volume extracellulaire en ajustant la quantité de réabsorption de sodium. Avec la production d'EPO, les reins peuvent régler le volume plasmatique et la masse de globules rouges à des niveaux favorables, servant de « critmètre ».^11,12De plus, les fibroblastes de la médullaire rénale expriment COX1 et COX2, qui sont des enzymes clés de la synthèse des prostaglandines (PG).¹³ Dans des conditions physiologiques, les PG ont de multiples fonctions dans leun rein, comme la régulation du flux sanguin rénal et la libération de rénine. Globalement, les fibroblastes résidents dans le rein contribuent au maintien de l'homéostasie rénale par plusieurs mécanismes.

2.2|Origine des fibroblastes

Les origines développementales des fibroblastes sont hétérogènes. Dans leun rein, nous avons précédemment révélé que les fibroblastes résidents dans le cortex rénal et la moelle externe sont dérivés de cellules extrarénales marquées par la lignée de myéline zéro (P0)-Cre.¹⁴ Dans la phase embryonnaire, P0 est exprimé sur les cellules de la crête neurale.¹⁵ Les cellules marquées par la lignée P0-Cre migrent de la crête neurale vers l'embryonun reinau jour embryonnaire 13,5 et sont localisés avec la capsule externe et l'uretère du rein. Chez l'adulteun rein, des cellules marquées par la lignée P0-Cre sont observées dans l'interstitium rénal et expriment des marqueurs fibroblastiques tels que PDGFR et CD73. Fait intéressant, la majorité des fibroblastes producteurs d'EPO sont également marqués par la lignée par P0-Cre, conformément à leurs caractéristiques de phénotypes de type neurone décrites ci-dessus.⁸ Ces résultats sont également étayés par l'observation que la principale source d'EPO dans l'érythropoïèse primitive est les cellules neurales et de la crête neurale.¹⁶

En revanche, les fibroblastes résidents dans la médullaire interne rénale sont marqués par la lignée Wnt4-Cre,¹⁷ illustrant l'hétérogénéité régionale de l'origine des fibroblastes dans leun rein. Dans le développement rénal, l'expression de Wnt4 est observée dans les néphrons d'assemblage et le stroma médullaire.18,19 Wnt4 régule la différenciation des cellules stromales médullaires en cellules musculaires lisses,²⁰ ainsi que la transition mésenchymateuse-épithéliale et la tubulogenèse.19 En effet, la déplétion de Wnt4 atténue l'expression de l'actine musculaire lisse (SMA) dans les cellules stromales médullaires.²⁰

En conjonction avec les différentes origines des fibroblastes dans le cortex et la moelle rénale, plusieurs différences phénotypiques entre les fibroblastes corticaux et médullaires ont également été rapportées. Par exemple, alors que les fibroblastes corticaux expriment l'ecto-5'-nucléotidase (5'NT), la plupart des fibroblastes médullaires ne le font pas.²¹ Dans l'analyse ultrastructurale, les fibroblastes corticaux ont tendance à présenter une structure dendritique pour interagir avec les cellules adjacentes, tandis que les fibroblastes médullaires contiennent des gouttelettes lipidiques.7,22 Fait intéressant, ces gouttelettes lipidiques apparaissent également dans les fibroblastes corticaux du rat anémique.reins.²¹ Des recherches futures sont nécessaires pour déterminer si ces différences phénotypiques sont liées à des différences fonctionnelles entre les fibroblastes corticaux et médullaires.

2.3|Péricytes et fibroblastes

Les péricytes sont des cellules murales qui encerclent les cellules endothéliales vasculaires et contrôlent la microcirculation. Traditionnellement, les péricytes sont principalement définis par leur localisation anatomique, leur morphologie et l'expression typique des marqueurs.²³ Les péricytes partagent des caractéristiques communes avec les fibroblastes résidents, telles que leur origine mésenchymateuse et leur morphologie. Les péricytes expriment les mêmes marqueurs cellulaires que les fibroblastes résidents, tels que PDGFR . Bien que plusieurs marqueurs aient été utilisés pour identifier les péricytes, tels que NG -2, ils ne sont pas absolument spécifiques des péricytes et il n'existe aucun marqueur défini qui distingue complètement les péricytes des fibroblastes. En effet, l'efficacité de traçage des péricytes rénaux par NG -2 est relativement faible.24 Bien que les différences de localisation anatomique dans des conditions physiologiques contribuent en partie à la différenciation des péricytes des fibroblastes résidents, certains fibroblastes résidents résident également dans la zone périvasculaire ("fibroblastes périvasculaires"), la différenciation entre péricytes et fibroblastes par localisation anatomique n'est donc pas suffisante.

Comme les fibroblastes, l'origine des péricytes est hétérogène. Alors que les péricytes du système nerveux central et du thymus proviennent de la crête neurale dérivée de l'ectoderme, les péricytes du cœur et des poumons sont dérivés du mésothélium.²³ Dans le rein, les péricytes proviennent de progéniteurs mésenchymateux corticaux FoxD1-positifs.²⁵ Les cellules FoxD1 plus sont à l'origine dérivées de progéniteurs de mésoderme intermédiaires néphrogènes positifs pour Osr1- en phase embryonnaire.^26,27Les cellules FoxD1 plus servent de progéniteurs mésenchymateux et se différencient en plusieurs types de cellules, tels que les péricytes, les fibroblastes, les cellules musculaires lisses vasculaires et les cellules mésangiales.²⁷ Fait intéressant, les populations de cellules stromales marquées par la lignée FoxD1-Cre se chevauchent largement avec les cellules marquées par la lignée P0-Cre, sauf dans la moelle interne.^14,25,27Ceci est confirmé par l'observation que les cellules de crête neurale migrantes en phase embryonnaire expriment FoxD1,²⁸et les cellules marquées par la lignée P0-Cre entrant dans l'embryonun reinexprimer transitoirement FoxD1.¹⁴ De manière cohérente, les cellules productrices d'EPO sont également marquées par FoxD1-Cre.²⁹ Par conséquent, il existe un grand chevauchement entre les populations cellulaires définies comme « fibroblastes » et « péricytes » et, en tant que tels, les péricytes et les fibroblastes ont souvent été discutés dans leur ensemble. Dans cette revue, nous utilisons le terme « fibroblastes/péricytes » pour définir la population cellulaire comprenant à la fois les fibroblastes et les péricytes. La contribution de FoxD1 plus les progéniteurs mésenchymateux au pool de myofibroblastes et au développement de la fibrose sera discutée dans la section suivante.

Bien qu'il ait été difficile de distinguer les péricytes des fibroblastes, une étude récente qui a mené le scRNAseq des fibroblastes et des cellules murales (cellules musculaires lisses vasculaires et péricytes) dans les organes musculaires nous permet de comprendre leurs différences au niveau transcriptionnel.³⁰ Muhl et al ont effectué un scRNAseq de cellules dérivées du cœur, du muscle squelettique, du côlon et de la vessie de souris. Bien que chaque type de cellule présente une hétérogénéité transcriptionnelle dépendante de l'organe, 90 sous-ensembles de gènes se chevauchant dans les quatre organes ont été identifiés et pourraient être utilisés pour faire la distinction entre les péricytes et les fibroblastes. Bien que les marqueurs de fibroblastes courants incluent de nombreux gènes ECM (par exemple, Col1a1), CD34 et PDGFR , les marqueurs cellulaires muraux comprennent Mcam, Tagln et Notch3. Bien qu'aucun marqueur ne puisse à lui seul définir complètement chaque type de cellule, la combinaison de ces marqueurs distingue efficacement les péricytes des fibroblastes. Fait intéressant, les péricytes présentent une localisation et une expression de marqueur spécifiques à un organe par rapport aux fibroblastes. Par exemple, bien que les péricytes du côlon soient localisés à l'apex des boucles capillaires sous-épithéliales avec une forte expression de PDGFR et de NG-2, les péricytes de la vessie ont plutôt tendance à exprimer la SMA. Les profils transcriptionnels distincts des péricytes pourraient expliquer les différences fonctionnelles des péricytes entre différents organes.

3|MYOFIBROBL A ST : ORIGINE, FONCTION, HÉTÉROGÉNÉITÉ ET CONDITIONS PATHOLOGIQUES ASSOCIÉES

La fibrose est la dernière manifestation commune de la dyshoméostasie des organes et est définie comme un dépôt excessif d'ECM avec des architectures tissulaires déformées. Le développement de la fibrose est régulé par l'équilibre complexe entre la synthèse de la MEC et sa dégradation.31 Une fois développée, la fibrose est associée à un mauvais pronostic dans divers organes, dont leun rein, et est considéré comme un prédicteur fiable du déclin de la fonction organique. Dans le rein, la fibrose se développe en même temps que l'anémie rénale et la perte capillaire péritubulaire, qui sont toutes deux des caractéristiques de l'IRC. Dans le développement de la fibrose, les myofibroblastes émergent de novo après une blessure, prolifèrent et synthétisent activement les composants de la MEC (Figure 1).

3.1|L'origine des myofibroblastes

Au cours de la dernière décennie, plusieurs sources cellulaires ont été proposées comme candidats pour les progéniteurs de myofibroblastes. Des études ont révélé que la majorité des myofibroblastes sont dérivés de fibroblastes résidents, à la fois dans leun reinet d'autres organes (par exemple, le cœur).^14,32,33Dans leun rein, Les fibroblastes résidents marqués par la lignée P0-Cre se transdifférencient en myofibroblastes après une blessure, avec une perte concomitante de production d'EPO.¹⁴ Constamment, les myofibroblastes chez les blessésreinssont également étiquetés par FoxD1-Cre.²⁵ Ces résultats ont été confirmés par une étude ultérieure utilisant des souris EPO-Cre sous obstruction urétérale unilatérale (UUO), un modèle expérimental in vivo majeur de fibrose rénale.⁹ Dans les myofibroblastes, la signalisation NFκB et Smad est activée, ce qui sous-tend la transition phénotypique des myofibroblastes et la diminution de la production d'EPO. Fait intéressant, la production d'EPO dans les myofibroblastes est restaurée en administrant des agents neuroprotecteurs, tels que la dexaméthasone et les neurotrophines,¹⁴ ou inverser UUO,⁹ illustrant la grande plasticité fonctionnelle des myofibroblastes.

Contrairement aux myofibroblastes corticaux, les myofibroblastes médullaires proviennent de Wnt4 plus des fibroblastes résidents dans la moelle interne.¹⁷ Une analyse transcriptionnelle unicellulaire récente soutient également la possibilité que les (myo)fibroblastes corticaux et médullaires puissent présenter des phénotypes distincts. snRNAseq sur murinun reinles modèles de blessures ont révélé que les sous-populations de fibroblastes sont subdivisées en quatre groupes selon leur site d'origine corticale ou médullaire.³⁴ Fait intéressant, les fibroblastes corticaux expriment de manière transitoire Acta2 et Col1a1 uniquement dans la phase aiguë de l'IRI, tandis que les fibroblastes médullaires présentent une expression soutenue de ces marqueurs myofibroblastes, même 6 semaines après l'IRI. Ces différences phénotypiques entre les myofibroblastes corticaux et les myofibroblastes médullaires pourraient provenir des différentes origines des fibroblastes, comme décrit ci-dessus.

Une étude approfondie récemment publiée a fourni des preuves convaincantes que la majorité des myofibroblastes proviennent de fibroblastes/péricytes résidents non seulement dans les reins murins mais aussi dans les reins humains. Kuppe et al ont analysé la fibrose humaine et de sourisreinspar scRNAseq à très haute résolution.35 La plupart des myofibroblastes sont différenciés des fibroblastes et des péricytes, avec une contribution mineure d'autres types de cellules telles que les cellules tubulaires proximales dédifférenciées. Dans cette étude, les myofibroblastes ont été définis comme les cellules exprimant le plus de gènes ECM, au lieu de l'expression de SMA, et il a été révélé que les myofibroblastes sont plus efficacement marqués par la périostine (Postn). Fait intéressant, la transition fibroblaste/péricyte à myofibroblaste est caractérisée par l'expression précoce de gènes liés à l'arrêt du cycle cellulaire, tels que la protéine activatrice -1 (AP1). L'expression de l'AP1 est suivie de l'expression des intégrines et du TGF , qui sont tous deux des moteurs majeurs de la fibrose rénale. Ils ont également identifié Nkd2 comme marqueur sélectif des myofibroblastes matures. L'expression de Nkd2 est corrélée positivement avec l'expression de Postn et ECM, mais négativement avec les gènes associés aux fibroblastes et aux péricytes. Renversement de Nkd2 surun reinles organoïdes ont supprimé l'expression de Col1a1, suggérant que Nkd2 pourrait jouer un rôle dans le développement de la fibrose. Bien qu'une validation supplémentaire soit nécessaire in vivo, il est possible que Nkd2 puisse servir de cible thérapeutique pour la fibrose rénale.

Bien que la contribution des fibroblastes/péricytes au pool de myofibroblastes soit la plus importante, la contribution des fibrocytes a également été rapportée. Les fibrocytes sont des cellules dérivées de la moelle osseuse avec des marqueurs hématopoïétiques positifs, qui produisent du collagène et des composants de la MEC. Les fibrocytes migrent dansun reinen tant que cellules productrices de collagène prédifférenciées et contribuent au développement de la fibrose dans le rein.³⁶ Les premières études ont rapporté des résultats contradictoires concernant la contribution globale des fibrocytes aux myofibroblastes,^24,37principalement en raison des différences de fiabilité des rapporteurs transgéniques. Des études récentes utilisant des modèles de parabiose et scRNAseq ont démontré que la plupart des myofibroblastes sont dérivés de fibroblastes/péricytes, mais pas de cellules dérivées de la lignée hématopoïétique.³⁸ scRNAseq de l'humainun reina également révélé des résultats similaires,³⁵ suggérant que la contribution des fibrocytes au pool de myofibroblastes est relativement faible par rapport aux fibroblastes/péricytes.

Une étude précédente a fait valoir que les cellules épithéliales se transdifférencient en myofibroblastes par transition épithéliale-mésenchymateuse (EMT),³⁹ repose principalement sur la colocalisation de marqueurs épithéliaux et mésenchymateux. Cependant, des études détaillées de traçage du destin cellulaire ont remis en question la contribution majeure de l'EMT in vivo et ont démontré que l'EMT ne représente qu'une petite fraction du pool de myofibroblastes, le cas échéant.^24,25,35La transition endothéliale-mésenchymateuse (EndoMT) est un autre processus biologique dans lequel les cellules endothéliales se transdifférencient en myofibroblastes. Bien que certaines études aient révélé qu'EndoMT contribue à la fibrose rénale,^40-42la contribution d'EndoMT aux populations globales de myofibroblastes semble être moins importante que les fibroblastes/péricytes ou les fibrocytes.^24,35

3.2|Redéfinir les myofibroblastes

Traditionnellement, les myofibroblastes ont été définis comme des cellules possédant à la fois les caractéristiques des fibroblastes et des cellules musculaires lisses et exprimant la protéine contractile SMA .1Cependant, plusieurs études ont suggéré qu'en plus des fibroblastes, les myofibroblastes présentent également une grande hétérogénéité et que la SMA est un marqueur incohérent pour les myofibroblastes. . Comme décrit précédemment, dans l'analyse scRNAseq récemment menée de fibroticreins, les myofibroblastes ont été définis comme les cellules avec le plus d'expression d'ECM, et Postn a été utilisé pour identifier les myofibroblastes au lieu de SMA.³⁵En effet, Sun et al ont utilisé des souris rapporteurs doubles Col-EGF / SMA-RFP et ont révélé que seule une petite fraction des cellules productrices de collagène expriment la SMA dans des modèles de fibrose rénale et pulmonaire.⁴³ Une autre étude a également indiqué que les cellules musculaires lisses et les péricytes expriment des niveaux plus élevés de SMA que les my-fibroblastes, faisant de la SMA un marqueur incohérent pour les myofibroblastes, du moins dans la fibrose pulmonaire.⁴⁴ Fait intéressant, les myofibroblastes sont subdivisés en cinq groupes par scRNAseq, et l'analyse pseudo-temporelle suggère que chacun d'eux représente différentes étapes de la transition my-fibroblaste à partir des fibroblastes.35 Une étude de validation supplémentaire est nécessaire pour confirmer l'hétérogénéité fonctionnelle des différents sous-types de fibroblastes.

3.3|Hétérogénéité fonctionnelle des (myo)fibroblastes

Dans des conditions pathologiques, les fibroblastes acquièrent des phénotypes distincts et jouent divers rôles en fonction de leur microenvironnement et du contexte clinique. Dans les poumons, une hétérogénéité fonctionnelle élevée des fibroblastes résidents a été signalée, ce qui contribue à la fibrose pulmonaire par des mécanismes distincts.44-46 Il existe des sous-populations distinctes de fibroblastes pulmonaires résidant dans différentes localisations anatomiques (fibroblastes alvéolaires, adventitiaux et péribronchiques), et chacun d'eux présente des profils transcriptionnels différents dans scRNAseq.44 Parmi eux, une sous-population unique de fibroblastes avec une production élevée d'ECM a été identifiée par l'expression de la triple hélice de collagène contenant 1 (Cthrc1). Les fibroblastes Cthrc1-positifs se différencient des fibroblastes alvéolaires et sont principalement observés dans les foyers fibroblastiques, siège central de la fibrogenèse. Ils présentent une forte capacité migratoire et colonisatrice après le transfert intratrachéal, suggérant leurs fonctions pathologiques. Ces résultats indiquent que des sous-populations distinctes de fibroblastes occupent différentes localisations anatomiques dans le poumon, et Cthrc1 marque des fibroblastes nuisibles avec une expression élevée de l'ECM. Une autre étude a révélé que les altérations phénotypiques des myofibroblastes âgés dans les poumons sous-tendent l'altération de la capacité de résolution de la fibrose pulmonaire chez les personnes âgées.47 Les myofibroblastes âgés présentent une expression plus élevée de NADPH-oxydase 4 (Nox4) alors que le facteur 2 lié à NFE 2- (Nrf2 ), qui est le principal régulateur de la réponse anti-oxydante au stress, est régulée négativement. Le déséquilibre redox entre Nox4 et Nrf2 déclenche l'acquisition de phénotypes anti-apoptotiques et sénescents dans les fibroblastes âgés, ce qui favorise la persistance de la fibrose. En effet, le blocage in vivo de l'activité de Nox4 par un ARNsi ou un inhibiteur de petites molécules restaure la capacité de résolution de la fibrose chez les souris âgées, avec une diminution des phénotypes sénescents et anti-apoptose dans les myofibroblastes.

Un phénotype de fibroblaste unique est également signalé dans les maladies liées aux IgG4-(IgG4-RD), qui se caractérisent par une infiltration de plasmocytes IgG4-positifs et une fibrose storiforme.48 Bien que la majorité des patients avec IgG4-RD répondent bien au traitement aux glucocorticoïdes, la justification sous-jacente de la réponse thérapeutique n'était pas claire. Nous avons révélé que l'expression du récepteur des glucocorticoïdes (RG) est significativement régulée positivement dans les organes affectés des patients, tels que les glandes sous-maxillaires, le rétropéritoine etreins.49 Fait intéressant, GR est principalement exprimé sur les fibroblastes ainsi que sur les leucocytes de l'organe affecté, ce qui explique en partie pourquoi l'administration de glucocorticoïdes atténue le développement de la fibrose dans les IgG4-RD. Bien que la contribution des fibroblastes au développement de l'IgG4-RD doive être davantage validée, ces résultats illustrent l'hétérogénéité fonctionnelle des fibroblastes dans le développement de diverses conditions pathologiques.

3.4|Anémie rénale et perte capillaire péritubulaire : deux conditions pathologiques courantes entraînées par un dysfonctionnement des fibroblastes dans le rein

La fibrose est la dernière voie commune de l'IRC, quelle que soit son étiologie sous-jacente. En effet, la fibrose dans le cortex rénal est considérée comme le meilleur prédicteur histologique de la dysfonction rénale dans l'IRC.50 Cela est dû en partie au fait que la fibrose est étroitement liée à d'autres conditions pathologiques courantes dans l'IRC, telles que l'anémie rénale et la perte capillaire péritubulaire. Plusieurs facteurs déclenchent la transition des fibroblastes en myofibroblastes et le développement de la fibrose dans le rein, comme une lésion tubulaire proximale.51,52 Comme décrit dans le chapitre précédent, les fibroblastes/péricytes producteurs d'EPO se transdifférencient en myofibroblastes en réponse à une lésion, avec une perte concomitante de production d'EPO .14,29 La production d'EPO est induite dans l'état hypoxique et régulée par des facteurs inductibles par l'hypoxie (HIF). Dans des conditions normoxiques, les HIF sont rapidement hydroxylés par les protéines contenant le domaine HIF-prolyl hydroxylase (PHD) qui favorisent la dégradation protéasomique des HIF. Dans leun rein, Activation HIF par Ph.D. l'inhibition restaure la production d'EPO dans les myofibroblastes, et l'axe PHD2-HIF2 est la principale cascade de régulation.53 Fait intéressant, la production d'EPO dans les fibroblastes marqués par la lignée FoxD1-Cre est régulée positivement par l'inactivation de PHD2, mais pas par l'inactivation de PHD1 ou PHD3, suggérant que la production d'EPO dans ces cellules est régulée par des mécanismes uniques.⁵³ Bien que le traitement standard actuel de l'anémie rénale soit l'administration d'EPO humaine recombinante (rhEPO), l'administration de rhEPO exogène est associée à plusieurs effets indésirables, tels que l'hypertension et les événements thrombotiques.^54,55Afin de surmonter ces inconvénients de la rhEPO, Ph.D. des inhibiteurs qui régulent à la hausse les gènes induits par l'hypoxie, y compris l'EPO, ont été développés et utilisés pour le traitement de l'anémie rénale.⁵⁶ Bien que d'autres études soient nécessaires concernant les effets indésirables à long terme du doctorat. inhibiteurs, ciblant les myofibroblastes pour induire la production endogène d'EPO pourrait être une stratégie thérapeutique prometteuse et favorable pour l'anémie rénale dans l'IRC.

La perte capillaire péritubulaire et la raréfaction capillaire se développent également en conjonction avec la fibrose, et l'altération fonctionnelle des péricytes sous-tend ces manifestations.^57-59Dans leun rein, les capillaires péritubulaires sont entourés de péricytes, qui soutiennent la structure et la fonction capillaires dans des conditions physiologiques. Après la blessure, ces péricytes se détachent des capillaires péritubulaires et migrent vers les tubules lésés.^53,60 Dans ce processus, les capillaires péritubulaires perdent le support mécanique des péricytes, conduisant à|201 ARAI et al. régression capillaire et raréfaction.^57,58Dans le modèle UUO, l'apoptose des cellules endothéliales et la perte capillaire péritubulaire se développent de concert avec la progression de la fibrose.⁶¹ De plus, les capillaires péritubulaires de fibroticreinsprésentent des anomalies morphologiques, telles que la formation de cavéoles et la vacuolisation, et leur perméabilité est élevée, comme en témoigne l'extravasation accrue dans l'imagerie microscopique à deux photons.⁶² En effet, la diminution de l'apport sanguin rénal induite par la perte capillaire péritubulaire et la raréfaction est détectée dans des modèles de souris CKD par tomodensitométrie à contraste amélioré.63 Avec le développement de la fibrose et le déficit relatif en EPO, la perte capillaire péritubulaire contribue à la diminution de tubules et interstitium rénaux, qui exacerbent les lésions rénales et forment un cercle vicieux de progression de la MRC.⁶⁴

4|HÉTÉROGÉNÉITÉ FONCTIONNELLE DES FIBROBLASTES AU-DELÀ DE LA FIBROSE

Des études récentes utilisant l'analyse scRNAseq ont révélé l'hétérogénéité phénotypique des fibroblastes dans des conditions pathologiques dans divers organes et ont par conséquent démontré les fonctions polyvalentes des fibroblastes. Les fibroblastes exercent non seulement des effets néfastes, mais ont également des fonctions bénéfiques en fonction du contexte. Dans cette section, nous passons en revue la compréhension actuelle des diverses fonctions des fibroblastes, autres que le développement de la fibrose.

4.1|Fonctions inflammatoires

Les fibroblastes favorisent l'inflammation des tissus dans plusieurs contextes.⁶⁵ Par exemple, dans le modèle murin d'infarctus du myocarde, les fibroblastes résidents entraînent non seulement une fibrose cardiaque, mais également une inflammation locale entraînant une détérioration de la fonction cardiaque. Après un infarctus du myocarde, les fibroblastes cardiaques dans la zone fibrotique régulent à la hausse Sox9,^66,67qui est un facteur de transcription responsable du dépôt d'ECM dans les chondrocytes.⁶⁸ La suppression spécifique des fibroblastes de Sox9 in vivo atténue l'inflammation cardiaque et la fibrose dans la phase chronique après un infarctus du myocarde, entraînant une amélioration de la dysfonction ventriculaire gauche et des cicatrices myocardiques. L'ARNseq du tissu cicatriciel cardiaque a révélé que la suppression de Sox9 dans les fibroblastes régule à la baisse les gènes pro-inflammatoires, tels que l'IL-6, ainsi que les gènes du collagène. ChIPseq sur les chondrocytes de mammifères a révélé que certains de ces gènes pro-inflammatoires sont directement liés par Sox9 au niveau de la lésion activatrice. 69 Pris ensemble, bien que les signaux en amont de la régulation à la hausse de SOX9 doivent être étudiés plus avant, ces résultats suggèrent que Sox9 dans les fibroblastes cardiaques régule à la fois la fibrose et l'inflammation après l'infarctus du myocarde et pourrait être considérée comme une nouvelle cible thérapeutique.

Les phénotypes pro-inflammatoires des sous-populations de fibroblastes ont également été étudiés de manière intensive dans la polyarthrite rhumatoïde (PR). Croft et al ont étudié des modèles murins de résolution et d'arthrite persistante et ont révélé que les fibroblastes positifs à la protéine d'activation des fibroblastes (FAPa) s'accumulent dans l'articulation enflammée.70 La suppression de FAPa plus les fibroblastes atténue l'inflammation locale et la déformation articulaire, suggérant leurs fonctions pathologiques. Fait intéressant, FAPa plus fibroblastes sont subdivisés en deux sous-populations distinctes par scRNAseq : FAPa plus THY1 plus fibroblastes et FAPa plus THY1- fibroblastes. Les fibroblastes FAPa plus THY1 plus sont localisés dans la couche de sous-couche synoviale, tandis que les fibroblastes FAPa plus THY 1- résident dans la couche de doublure synoviale. En plus de leur différence spatiale, ces fibroblastes sont fonctionnellement distincts ; le transfert adoptif de FAPa plus THY1 plus fibroblastes dans l'articulation induit une inflammation locale sévère avec augmentation de l'infiltration leucocytaire, tandis que le transfert de FAPa plus THY 1- fibroblastes entraîne une augmentation de l'activité des ostéoclastes et une déformation de l'articulation sans aggraver l'inflammation. Ces fibroblastes fonctionnellement distincts sont également observés dans les articulations humaines atteintes de PR. En effet, FAPa plus THY1 plus fibroblastes sont plus abondants dans les articulations des patients atteints de PR que les patients souffrant d'arthrose (OA),70 illustrant leur signature inflammatoire. Une autre étude a examiné les tissus synoviaux humains par ARNseq en vrac et scRNA-seq et a identifié trois principaux sous-ensembles de fibroblastes avec une expression distincte des protéines de surface.⁷¹ Parmi eux, les fibroblastes Pdpn plus THY1 plus CD34- se développent dans la zone périvasculaire de la synoviale enflammée et sont positivement corrélés à la sévérité de l'inflammation synoviale dans la PR. Les fibroblastes Pdpn plus THY1 plus CD34− présentent des profils migratoires et prolifératifs élevés in vitro. Fait intéressant, la plupart de ces fibroblastes Pdpn plus THY1 plus CD34- expriment la cadhérine-11, qui sous-tend les caractéristiques pathologiques des fibroblastes synoviaux murins.72 Le mécanisme sous-jacent de régulation des fibroblastes pro-inflammatoires dans la PR a également été étudié. Wei et al ont révélé que la signalisation Notch3 régit la différenciation de THY1 plus les fibroblastes sublimants qui sous-tendent l'inflammation synoviale de la PR.73 L'épuisement génétique ou le blocage pharmacologique de la signalisation Notch3 atténue l'inflammation articulaire et l'érosion osseuse dans le modèle murin de PR. Dans l'ensemble, ces résultats indiquent que le ciblage spécifique des fibroblastes inflammatoires peut être une stratégie thérapeutique prometteuse dans la PR.

Les fibroblastes agissent également comme des cellules immunitaires innées. Les péricytes/fibroblastes expriment plusieurs récepteurs de reconnaissance de formes, tels que les récepteurs de type Toll (TLR), et favorisent la cascade inflammatoire locale. Leaf et al ont révélé que les péricytes rénaux détectent les modèles moléculaires associés aux dommages (DAMP) libérés par les cellules blessées de manière dépendante du TLR et du MyD88-.74 De la même manière que les cellules immunitaires classiques, les péricytes activent l'inflammasome NLRP3, ce qui conduit à la sécrétion d'IL-1 et d'IL-18. Ces résultats démontrent que la localisation interstitielle des péricytes/fibroblastes leur permet de détecter immédiatement la blessure initiale et de fonctionner comme propagateur de l'inflammation locale. Comme autre mécanisme de propagation de l'inflammation locale, l'observation microscopique intravitale a révélé que les péricytes changent de morphologie pendant l'inflammation et forment des espaces entre les péricytes adjacents, ce qui facilite la transmigration et l'exploration des neutrophiles.⁷⁵

Les fibroblastes contribuent également à la formation de TLT dans les reins blessés âgés.4,76 En sécrétant des chimiokines homéostatiques telles que CXCL13 et CCL19, les fibroblastes résidant dans les TLT recrutent 202|ARAI et al. lymphocytes et fournir un échafaudage fonctionnel pour TLT, comme discuté dans la section suivante.

4.2|Régulation de la progression tumorale

Dans le microenvironnement tumoral (TME), les fibroblastes associés au cancer (CAF) constituent le plus grand composant cellulaire du stroma du TME et jouent un rôle important dans la pathogenèse du cancer.⁷⁷ Les CAF favorisent la progression du cancer via de multiples mécanismes, tels que le remodelage de la MEC et la sécrétion de facteurs de croissance et de cytokines pro-inflammatoires. Les CAF régulent également le recrutement des cellules immunitaires et suppriment la réaction immunitaire anti-tumorale.^77,78Les CAF présentent une grande diversité fonctionnelle et régionale en fonction de leurs organes résidents. Par exemple, dans l'adénocarcinome canalaire pancréatique (PDAC), deux sous-types distincts de CAF sont identifiés : un sous-ensemble de CAF réside à côté des cellules tumorales avec une expression élevée de SMA tandis que l'autre sous-ensemble est situé à distance des cellules tumorales et sécrète des cytokines inflammatoires, telles que IL-6.⁷⁹Dans le cancer du sein, les CAF sont classés en trois sous-populations selon leurs origines, chacune ayant des capacités pronostiques indépendantes.80 Fait intéressant, des études ont suggéré que ces sous-populations hétérogènes de CAF pourraient être subdivisées en deux sous-types fonctionnellement distincts : les CAF favorisant le cancer (pCAF ) et les CAF limitant le cancer (CAFr).77,81 L'existence des CAFr a été suggérée par l'observation que l'épuisement génétique ou l'intervention fonctionnelle des CAF en prolifération n'inhibe pas, mais favorise plutôt la progression du cancer.^82-84Bien que le marqueur spécifique des rCAFs n'ait pas encore été déterminé, une étude récente a révélé que les rCAFs dans le PDAC se caractérisent par l'expression de Mifflin,⁸⁵qui a été identifiée pour la première fois comme une protéine ancrée au glycosylphosphatidylinositol marquant spécifiquement les cellules stromales/souches mésenchymateuses.86 Chez les patients atteints de PDAC, l'infiltration de Meflin plus CAF est positivement corrélée avec des résultats favorables. Dans l'analyse d'un modèle de souris de xénogreffe sous-cutanée, le transfert de Meflin induit par le lentivirus vers les cellules stromales tumorales a atténué la croissance tumorale et l'infiltration de SMA plus CAF. Le stroma des tumeurs des souris knock-out Mifflin présente des structures de collagène plus droites et plus larges, et le niveau d'expression de Mifflin dans le PDAC humain est associé à des structures de collagène altérées. Étant donné que la progression du cancer est étroitement associée au remodelage de la matrice, 87 ces résultats suggèrent que Meflin plus les CAF suppriment la progression tumorale en inhibant le remodelage du collagène. Bien qu'une étude plus approfondie soit nécessaire sur le mécanisme sous-jacent du développement de Meflin plus CAF, la régulation des rCAF pourrait constituer une nouvelle stratégie thérapeutique dans le traitement anticancéreux.

4.3|Fonctions régénératrices

Bien que les effets néfastes des fibroblastes aient suscité l'intérêt de la recherche, comme décrit dans la section précédente, les fibroblastes favorisent également la régénération tissulaire à la suite d'une blessure. En effet, l'inhibition de la fonction des fibroblastes ne conduit pas nécessairement à un meilleur résultat. Par exemple, la suppression de Postn plus les myofibroblastes dans le cœur entrave la formation de cicatrices appropriées, entraînant une rupture ventriculaire et une mortalité plus élevée.³²

Des études récentes ont révélé que, dans les lésions et la réparation des tissus, une sous-population spécifique de fibroblastes exerce des effets régénérateurs dans de multiples mécanismes. Dans la peau, les fibroblastes sont subdivisés en deux catégories selon la localisation : les fibroblastes papillaires dans le derme supérieur et les fibroblastes réticulaires dans le derme inférieur.88 Après la blessure, les fibroblastes réticulaires sont recrutés dans la lésion avant la migration papillaire des fibroblastes et sécrètent les collagènes responsables de la formation de cicatrices. . En revanche, les fibroblastes papillaires, qui sont recrutés plus tard après la blessure, contribuent à la régénération du follicule pileux. Ces résultats indiquent que des sous-types de fibroblastes spatialement et fonctionnellement distincts contribuent à la régénération des plaies cutanées de manière coordonnée. Une analyse scRNAseq récente a également révélé que les fibroblastes dans les plaies cutanées présentent une grande hétérogénéité et peuvent être classés en douze sous-groupes.89 L'analyse du pseudo-temps et de la vitesse de l'ARN a démontré que certains de ces groupes représentent des états de différenciation vers des phénotypes contractiles tandis que d'autres acquièrent des phénotypes régénératifs. Fait intéressant, une sous-population unique de fibroblastes cutanés spécialisés dans la réparation des tissus à la suite d'une blessure a été identifiée. Après une lésion cutanée, les fibroblastes résidant dans le fascia, qui est une structure membraneuse gélatineuse séparant la peau et la structure rigide en dessous, montent à la surface de la peau.90 En réponse à des blessures profondes, les fibroblastes du fascia dirigent leur matrice composite environnante dans la plaie et forment une matrice provisoire. La majorité de ces "fibroblastes de fascia" sont marqués par engrailed 1 (En1), qui a été identifié pour la première fois comme le marqueur des cellules de la lignée fibrogénique dans la peau dorsale des souris.⁹¹ L'abondance de fibroblastes de fascia dans la plaie est positivement corrélée à la profondeur de la cicatrice. En effet, la déplétion génétique des fibroblastes du fascia empêche le guidage de la matrice dans la plaie et conduit à une cicatrisation défectueuse. L'implantation d'un film imperméable sous la peau empêche la migration des fibroblastes du fascia et entraîne une cicatrice ouverte. La contribution d'un autre sous-ensemble unique de fibroblastes, les cellules précurseurs des adipocytes (APS), a également été signalée ; Les AP interagissent avec CD301b plus les macrophages et contribuent à la régénération de la peau après une blessure.⁹² Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que des sous-populations hétérogènes de fibroblastes ayant des fonctions spécialisées contribuent à la régénération de la peau après une blessure.

Ces « fibroblastes régénératifs » sont également observés dans leun rein. L'observation ultramicroscopique a révélé que les myofibroblastes migrent autour des tubules lésés et les soutiennent structurellement dans le modèle de lésion rénale, suggérant que les myofibroblastes pourraient faciliter la régénération des cellules tubulaires. épuise les fibroblastes résidents marqués par la lignée P0-Cre dans le rein, nous avons révélé que l'épuisement des fibroblastes au début de la lésion atténue la régénération tubulaire et aggrave la lésion rénale.⁹⁴ Fait intéressant, en réponse à une blessure, les fibroblastes régulent à la hausse l'expression de la rétinaldéhyde déshydrogénase 2 (RALDH2), l'enzyme limitant la vitesse de synthèse de l'acide rétinoïque. Le récepteur de l'acide rétinoïque (RAR) est exprimé sur les cellules tubulaires proximales, et la cristalline B, le produit des gènes cibles RAR, est régulée positivement exclusivement dans les cellules tubulaires proximales lésées. Un agoniste inverse des RAR atténue la prolifération des cellules tubulaires in vitro. Étant donné que l'acide rétinoïque sécrété par le mésenchyme stromal dans l'embryonreinsest indispensable au développement du bourgeon urétéral,^95,96ces résultats suggèrent que RALDH2 plus les myofibroblastes pourraient jouer un rôle important dans la régénération des tubules proximaux blessés via la signalisation de l'acide rétinoïque dans la phase précoce de la blessure.