Connexin 43: Cieľ na liečbu zápalu pri sekundárnych komplikáciách obličiek a oka pri cukrovke

kľúčové slová:cukrovka; komplikácie; diabetická nefropatia; diabetická retinopatia; konexín 43; hemikanály; blokátory hemikanálov; zápal; purinergné; adenozíntrifosfát

1. Úvod

Diabetes, ktorý postihuje takmer 10 % dospelých, je celosvetovým problémom zdravotnej starostlivosti, ktorý postihuje odhadom 463 miliónov ľudí na celom svete. Vzhľadom na predpoklad, že prevalencia diabetu vzrastie do roku 2045 na 700 miliónov ľudí [1], nie je najväčšou hrozbou pre náš systém zdravotnej starostlivosti samotná liečba ochorenia, ale manažment pridružených sekundárnych komplikácií [2].Komplikácie chorobyvcukrovkamožno kategorizovať ako buďmakrovaskulárnealebomikrovaskulárne, s prvým spojeným sochorenie koronárnych artérií[3], periférne arteriálne ochorenie [4] a cievna mozgová príhoda [5]mikrovaskulárne komplikáciezahŕňajúnefropatia[6–8], retinopatia [9,10] azhoršené hojenie rán[11,12]. V skorých štádiách progresie ochorenia sa manažment zameriava na reguláciu krvného tlaku a udržiavanie dobrej glykemickej kontroly [13]. Pre mnohých je však zhoršenie dobrého zdravotného stavu nevyhnutné, so zlyhaním obličiek, stratou zraku alebo problémami s krvným obehom, ku ktorým prispievajú komorbidity (napr. hypertenzia, obezita, kardiovaskulárne ochorenia) a zdravotné nerovnosti [14]. Pri absencii definitívnej liečby týchto stavov sú naliehavo potrebné nové terapeutické prístupy.

NOVÉ BYLINKY PRECHRONICKÉ ZÁPALY DIABÁTY

Incukrovkakomplikácie sa vyvíjajú ako odpoveď na pretrvávajúcu hyperglykémiu a systémový zápal nízkeho stupňa, z ktorých druhý je zvýšený pri diabetes mellitus 2. typu (T2DM), kde v spojení s obezitou zvýšené tukové tkanivo vylučuje zápalové mediátory, ktoré zhoršujú stav už existujúceho zápalu [15 – 18]. Existuje silná súvislosť medzi mikrovaskulárnymi komplikáciami u pacientov s T2DM a jedinci s diabetickou nefropatiou často pociťujú vyšší výskyt retinopatie v porovnaní s pacientmi bez akýchkoľvek problémov s obličkami súvisiacimi s diabetom [19–22]. Podobne u jedincov s diabetickou retinopatiou sa zdá, že sú náchylnejšie na vznik problémov s obličkami [23]. Tieto zistenia naznačujú „spoločnú cestu“ predstavujúcu systémové mikrovaskulárne poškodenie a chronický zápal, ktorý sekundárne k cukrovke vedie k progresívnej strate funkcie tkaniva. Nedávne štúdie retinopatie a nefropatie silne naznačujú, že blokovanie expresie a/alebo funkcie malých transmembránových proteínov nazývaných konexíny za patofyziologických podmienok môže významne tlmiť zápalovú reakciu, ktorá riadi progresiu ochorenia v rámci týchto a iných patológií súvisiacich s vekom, napr. obezita [24,25 ], Alzheimerova choroba [26,27] a osteoartritída [28].

Konexíny sú rodinou membránovo viazaných proteínov, ktoré sa podieľajú na prenose malých molekúl a iónov medzi dvoma bunkami (gap junctions) a medzi bunkami a ich bezprostredným prostredím (hemikanály), zvýraznené na obrázku 1. Nomenklatúra je určená molekulovou hmotnosťou [29]. , pričom konexín 43 (Cx43) je u ľudí najhojnejší [30]. Pozostávajú z jednej intracelulárnej a dvoch extracelulárnych slučiek a N- a C-konca [31], oligomerizujú do hexamérnych štruktúr nazývaných konexóny a dostávajú sa do plazmatickej membrány vo vezikulách, ktoré prechádzajú sekrečnou dráhou [32,33]. Keď sa susedné bunky zarovnajú, konexóny sa ukotvia tak, aby vytvorili súvislé medzerové spojenie, čím sa vytvorí priama cesta pre komunikáciu bunka-bunka, ktorá bunkám umožňuje synchronizovať ich aktivitu [34–36]. Zatiaľ čo aktivita medzerového spojenia zachováva bunkovú funkciu za fyziologických podmienok, neukotvené konexóny, označované ako hemikanály, sú typicky spojené s patofyziologickými stimulmi, ako je oxidačný stres [37] a zápal [35,38]. Dysregulácia funkcie hemikanálu je spojená s chronickými ochoreniami, vrátane hluchoty [39], mozgovej ischémie [40] a chronickej bolesti [41,42]. Úloha hyperglykémie pri regulácii expresie konexínu [43,44], komunikácií s medzerovým spojením [45] a aktivite hemikanálov [46–48] je dobre zdokumentovaná [49] a z 21 izoforiem, o ktorých je známe, že sa exprimujú v ľudskom tele, je Cx43 bol silne spojený s patogenézou viacerých sekundárnych komplikácií diabetu [43,50–52]. V tomto článku uvádzame prehľad úlohy hemikanálov Cx43 pri chronickom zápale a mikrovaskulárnych komplikáciách diabetickej nefropatie a retinopatie, pred skúmaním terapeutického potenciálu blokátorov hemikanálov pri prevencii ochorenia Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, x PRE POROVNENIE postup.

Obrázok 1. Schéma zvýrazňujúca zmeny v aktivite hemikanálu pri zdraví a cukrovke. Počas poranenia sa medzerové spoje rozpadnú. Tieto rozbité kanály podliehajú endocytóze, zostavujú sa do dvojitej membránovej štruktúry nazývanej konexozóm a potom podstupujú triedenie endozómov pred transportom do lyzozómov na degradáciu [53]. Tieto udalosti sú paralelné so zvýšenou reguláciou aktivity a počtu hemikanálov, čo vedie k zvýšeniu uvoľňovania molekúl, vrátane ATP spôsobujúceho downstream zápal a fibrózu prostredníctvom purinergickej signalizácie.

2. Zameranie na zápal pri mikrovaskulárnych komplikáciách diabetu

Ako nástroj na patogenézu diabetu a jeho komplikácií bola navrhnutá cielená protizápalová liečba na prevenciu aj liečbu diabetu a bola podrobne preskúmaná [54–56]. Je známe, že podporuje progresiu ochorenia v rámci stavov spojených s viacerými vekom, napr. diabetes [55], obezita [25] a vekom podmienená degenerácia makuly [57], a nedávna pozornosť sa zamerala na dizajn farmakologických zlúčenín, ktoré blokujú kľúčových kandidátov zápalu, ako napr. zápal nod-like receptor proteínu 3 (NLRP3) (napr. MCC950) [58], zmeny bunkového fenotypu (napr. senolytiká) [59] alebo bunkovej funkcie (napr. inhibítory sodíkovo-glukózového kotransportéra-2): SGLT2i) [60–62].

Zápal NLRP3 bol označovaný ako „nevrlý starý muž zápalu“ [63] a je spojený s rôznymi zápalovými stavmi vrátane aterosklerózy [64], Alzheimerovej choroby [27], zápalového ochorenia čriev [65] a iných zápalových ochorení. -alkoholická steatohepatitída [66]. Je upregulovaný v imunitných a epitelových bunkách naprieč rôznymi typmi tkanív, kde aktivácia vrcholí sekréciou prozápalových mediátorov, interleukínu-1 (IL1) a interleukínu-18 (IL18). Na druhej strane aktivujú tumor nekrotizujúci faktor alfa (TNF) a interleukín-6 (IL6), ktoré oba vykazujú zvýšené sérové ​​hladiny s vekom a ochorením a sprostredkúvajú zápal/fibrózu pri viacerých sekundárnych komplikáciách diabetu [67–71 ]. Keďže chronické zápalové stavy sú zosilnené a udržiavané inflammasómovou dráhou, nie je prekvapujúce, že blokovanie priamo zápalového NLRP3 (napr. MCC950) zmierňuje zápal pri viacerých chorobách spojených s vekom [60,68,72].

Napriek týmto povzbudivým pozorovaniam sa plošná blokáda komplexnej integrálnej časti vrodenej imunitnej odpovede stretla s obavami. Inflammasóm NLRP3, aktivovaný molekulárnymi vzormi spojenými s poškodením (DAMP) aj molekulárnymi vzormi spojenými s patogénmi (PAMP), sprostredkúva sterilný aj nesterilný zápal [73]. V dôsledku toho, zatiaľ čo inhibícia zápalu NLRP3 môže chrániť pred sterilným zápalom vyvolaným endogénnymi škodlivými stimulmi, mohlo by to spôsobiť, že jednotlivci sú náchylní na zranenie, kde mikrobiálna infekcia spojená s PAMP nedokáže vyvolať odpoveď [74,75]. Napriek tomu, že NLRP3 bol identifikovaný ako kľúčový mediátor zápalu vo viac ako 80 rôznych modeloch poranenia [76–80], nie je prekvapujúce, že do klinických skúšok vstúpili rôzne zlúčeniny, napr. Inzomelid (NCT04015076), IFM{{ 12}} (DFV890) (NCT04382053) a Dapansutrile (OLT1177) (NCT04540120) [81]. Napriek tomu liek, ktorý sa úspešne zameriava na NLRP3, ešte nedosiahol svoj primárny koncový bod, čo je pozorovanie znásobené našimi nedostatočnými znalosťami o jeho štruktúre a potenciálnych väzbových miestach [82]. V dôsledku toho sa intervenciám zameraným na následné mediátory, napr. IL1 a TNF, venovala značná pozornosť. Canakinumab (ACZ885, Ilaris) je rekombinantná ľudská monoklonálna protilátka, ktorá selektívne inhibuje väzbu na IL1 receptor a preukázala pozitívne primárne výsledky v Canakinumab Anti-inflamated Thrombosis Outcome Study (CANTOS) [83]. Následne získal licenciu na liečbu zriedkavých zápalových stavov vrátane juvenilnej artritídy [84]. Jeho účinnosť sa však ukázala ako neuspokojivá pri liečbe zápalu pri diabetickej retinopatii (NCT01589029), diabetes mellitus typu I (T1DM) (NCT00947427, [85]) a ateroskleróze (NCT00900146, [86]), čo je potenciálne spojený účinok k zvýšenému počtu infekcií a sepse [87]. Podobné snahy o zacielenie na TNF zahŕňajú zlúčeniny, ktoré obsahujú buď receptorové fúzne proteíny (etanercept) [88], ktoré potláčajú fyziologickú odpoveď na TNF, alebo monoklonálne protilátky (golimumab, infliximab, adalimumab a certolizumab pegol), pričom všetky sa stretli so zmiešaným úspechom [89].

Aj keď je evidentné, že pri našom úsilí o vývoj nových intervencií, ktoré úspešne (a) sa zameriavajú na sterilný zápal a (b) robia tak pri absencii závažných vedľajších účinkov, je veľa čo sa naučiť, nedávne schválenie inhibítorov SGLT2 FDA bolo možno najvýznamnejším krokom. napredovať v riadení a zlepšovaní výsledkov u pacientov s nefropatiou [90] a kardiovaskulárnym ochorením [91]. Blokovaním ko-transportu sodíkovej glukózy a znížením hladín glukózy v krvi SGLT2i preukazuje zlepšené renálne a kardiovaskulárne výsledky u pacientov s T2DM a diabetickou nefropatiou [92–94]. Zatiaľ čo sa predpokladá, že počiatočná ochrana pochádza z poklesu glomerulárnej hyperfiltrácie, niekoľko štúdií ukazuje, že SGLT2i poskytuje ochranu prostredníctvom potlačenia zápalu a fibrózy, hoci rozšírené mechanizmy ešte nie sú úplne objasnené [95–97]. Avšak s predpisovaním zameraným na jedincov s T2DM na rozdiel od T1DM a potenciálnymi vedľajšími účinkami, ktoré zahŕňajú ketoacidózu [98], zvýšené riziko amputácie [99] a zvýšenú infekciu urogenitálneho traktu [100], SGLT2i nie sú univerzálne . Ako alternatívny prístup sú blokátory hemichannel nel Cx43 triedou liekov, ktoré zahŕňajú Gap19 [101] a Tonabersat [102,103]. Viažu sa na hemikanály a uzatvárajú ich, aby zabránili uvoľňovaniu mnohých DAMP, vrátane ATP (pre podrobnejší prehľad o tom, ako tieto peptidy fungujú, odkazujeme čitateľa na Kinga et al., ako je publikované v tomto špeciálnom vydaní) [104]. V prítomnosti DAMP je komplex NLRP3 aktivovaný a vyvoláva neprimeranú zápalovú reakciu, pričom stimuluje a aktivuje lokálnu parakrinnú signalizáciu, infiltrujúcu imunitné bunky aj rezidentné fibroblasty [50,78,105,106]. Len na tomto základe nie je ťažké pochopiť, prečo sa blokátory konexínových hemikanálov čoraz viac presadzujú ako účinná terapeutická stratégia pri inhibícii sterilného zápalu pri chorobe.