Renal tubular fluid shear stress facilitates monocyte activation toward inflammatory macrophages

Abstract

<jats:p>Modified urinary fluid shear stress (FSS) induced by variations of urinary fluid flow and composition is observed in early phases of most kidney diseases. Recently, we reported that renal tubular FSS promotes endothelial cell activation and subsequent adhesion of human monocytes, thereby suggesting that changes in urinary FSS can induce the development of inflammation (Miravète M, Klein J, Besse-Patin A, Gonzalez J, Pecher C, Bascands JL, Mercier-Bonin M, Schanstra JP, Buffin-Meyer B, BBRC 407: 813–817, 2011). Here, we evaluated the influence of tubular FSS on monocytes as they play an important role in the progression of inflammation in nephropathies. Human renal tubular cells (HK-2) were exposed to FSS 0.01 Pa for 30 min or 5 h. Treatment of human THP-1 monocytes with the resulting conditioned medium (FSS-CM) modified the expression of macrophage differentiation markers, suggesting differentiation toward the inflammatory M1-type macrophage. The effect was confirmed in freshly isolated human monocytes. In contrast to endothelial cells, the activation of monocytes by FSS-CM did not require TNF-α. Cytokine array analysis of FSS-CM showed that FSS modified secretion of cytokines by HK-2 cells, particularly by increasing secretion of TGF-β and by decreasing secretion of C-C chemokine ligand 2 (CCL2). Neutralization of TGF-β or CCL2 supplementation attenuated the effect of FSS-CM on macrophage differentiation. Finally, FSS-injured HK-2 cells expressed and secreted early biomarkers of tubular damage such as kidney injury molecule 1 and neutrophil gelatinase-associated lipocalin. In conclusion, changes in urinary FSS should now also be considered as potential insults for tubular cells that initiate/perpetuate interstitial inflammation.</jats:p>

Quand l’urine cisaille les cellules rénales

“…Les cellules qui bordent la paroi des néphrons sont donc soumises en permanence à un cisaillement, créé cette fois-ci par le déplacement de l'urine ( Figure 1). Plus faible que dans les vaisseaux, le FSS urinaire est de l'ordre de 0,1 Pa à l'entrée du tubule proximal [2,3], là où se déverse l'urine primitive. À l'heure actuelle, peu de travaux ont étudié les effets du cisaillement urinaire.…”

“…Cette même étude rapporte aussi que le FSS stimule l'expression de la cubiline et de la mégaline, deux protéines membranaires servant de récepteurs Lorsque des cellules tubulaires proximales sont sujettes à un FSS, elles libèrent de nombreuses molé-cules actives dans leur milieu environnant : ces molécules (FSS-CM, pour milieu conditionné par les cellules soumises au FSS) stimulent la libération par les cellules endothéliales de TNF (tumor necrosis factor alpha) qui, à son tour, active l'adhésion des monocytes sur le tapis endothélial [3]. Le FSS-CM entraîne également un changement de phénotype des monocytes qui perdent leur marqueur CCR2 et acquièrent des marqueurs spécifiques des macrophages inflammatoires, tels que les cytokines TNF et IL-1, ainsi que la protéine de surface CD80 [2]. Ainsi, le FSS urinaire pourrait promouvoir le recrutement des monocytes circulants dans l'interstitium, puis leur différenciation/activation en macrophages inflammatoires.…”

“…Tous ces résultats suggèrent donc que le cisaillement urinaire constitue un facteur d'agression pour le tubule rénal. Il vient d'ailleurs d'être montré que l'exposition de cellules tubulaires humaines (cellules HK-2) à un FSS entraîne la production de KIM1 (kidney injury molecule 1) et NGAL (neutrophil gelatinase-associated lipocalin), des marqueurs de lésions tubulaires [2].…”

“…Par le biais de cette activation endothéliale, le FSS tubulaire faciliterait donc le recrutement des monocytes circulants dans l'interstitium tubulaire, les monocytes représentant la population de leucocytes infiltrés la plus importante et la plus fortement impliquée dans l'installation de la fibrose [25]. Deuxièmement, le surnageant des cellules cisaillées mis en présence de monocytes inhibe dans ces cellules l'expression du marqueur monocytaire CCR2 [2]. En revanche, il stimule celle des marqueurs macrophagiques inflammatoires, tels que le TNF, l'interleukine-1 (IL-1) et CD80, et augmente la sécrétion de TNF [2] (Figure 3).…”

“…Deuxièmement, le surnageant des cellules cisaillées mis en présence de monocytes inhibe dans ces cellules l'expression du marqueur monocytaire CCR2 [2]. En revanche, il stimule celle des marqueurs macrophagiques inflammatoires, tels que le TNF, l'interleukine-1 (IL-1) et CD80, et augmente la sécrétion de TNF [2] (Figure 3). En réponse au FSS tubulaire, les monocytes humains se différencieraient donc en macrophages inflammatoires.…”