Hem sa hromadí v obličkách a zhoršuje akútne poškodenie obličiek tým, že spôsobuje ukladanie hemoglobínu a toxicitu proximálneho tubulárneho železa

Článok, ktorý dnes študujeme, je článok publikovaný v Kidney International tímom profesora Xiaoming Fan z University of Toronto School of Medicine v júli 2022: Hemopexín sa hromadí v obličkách a zhoršuje akútne poškodenie obličiek spôsobením ukladania hemoglobínu a exacerbáciou toxicity železa v proximálnych tubuloch

Click to cistanche herba pre ochorenie obličiek

Pri akútnom poškodení obličiek (AKI) súvisiacom s hemolýzou, krvácaním a transfúziou krvi sa často vyskytuje voľný hemoglobín alebo hem a železo s katalytickou aktivitou môže mať potenciálne toxické účinky. Voľný hem môže byť odstránený hemopexínom (Hpx), ale jeho úloha v AKI zostáva kontroverzná.

Výskumníci použili model AKI indukovaný cisplatinou a myši s knockoutom Hpx (KO) na skúmanie úlohy Hpx v AKI a na ďalšie určenie tkanivovej lokalizácie a funkčného významu ukladania Hpx v obličkách po AKI.

postava 1

     To study the renal accumulation of Hpx in AKI, the researchers first induced AKI in Hpx WT and KO mice with cisplatin and evaluated the accumulation of Hpx in the kidney. After cisplatin-induced AKI, renal Hpx protein in Hpx WT mice increased by an average of 2.5-fold (Fig. 1A–B). In contrast, Hpx KO mice did not express Hpx either at baseline or after cisplatin induction. On this basis, the researchers further detected Hpx in plasma and its mRNA expression in the liver and kidney and found that plasma Hpx increased significantly after cisplatin-induced AKI (Fig. 1C). Furthermore, after cisplatin-induced AKI, the expression of Hpx mRNA was increased >2000-násobne v pečeni, ale významne sa nezmenil v obličkách (obr. 1D).

obrázok 2

obrázok 3

Hodnotili sme funkčnú úlohu Hpx v AKI a zistili sme, že Hpx WT mal vyššie priemerné skóre poškodenia obličiek ako Hpx KO v modeli AKI indukovanej cisplatinou (obr. 2A-B). Ďalej výskumníci hodnotili plazmatický kreatinín a zistili, že plazmatický kreatinín bol zvýšený u myší po AKI indukovanom cisplatinou (obr. 2C). Meranie močovinového dusíka v plazme vo WT a KO po liečbe cisplatinou potvrdilo, že myši WT po AKI poranení obličiek vyvolanom cisplatinou (obr. 2D). Okrem toho sme zistili, že AKI indukoval expresiu Kim-1 a HO-1, ale expresia bola oslabená v Hpx KO (obr. 3B–C), čo poskytuje ďalší dôkaz o oslabení poškodenia obličiek u Hpx KO myší.

Obrázok 4

Výskumníci zafarbili obličky na hemoglobín (Hb) a bunkový marker proximálneho tubulu Megalin a zistili, že Hb sa v tomto modeli AKI uložil v proximálnych tubuloch (obr. 4A-B). Avšak u Hpx KO myší bola oblasť pozitívnej kolokalizácie významne nižšia ako u WT AKI myší, čo naznačuje, že renálna depozícia Hb u AKI myší indukovaných cisplatinou je závislá od Hpx. Ďalej sme merali plazmatický bunkový voľný Hb a zistili sme, že plazmatické hladiny voľného Hb v bunkách boli zvýšené u WT aj KO myší v AKI indukovanom cisplatinou (obr. 4C).

Medzi týmito dvoma skupinami nebol žiadny významný rozdiel v hladinách renálnej expresie Hb RNA, čo naznačuje, že ukladanie Hb v obličkách pochádza skôr zo systémovej cirkulácie ako z endogénnej produkcie. Hladiny 4-HNE (bežne používaný marker peroxidácie lipidov a feroptózy v tkanive obličiek po AKI indukovanej cisplatinou) boli významne vyššie u myší WT ako u myší KO (obr. 4D, E). Vyššie uvedené výsledky naznačujú, že hemoglobín sa po AKI indukovanej cisplatinou akumuluje v renálnych proximálnych tubuloch spôsobom závislým od Hpx.

Obrázok 5

Obrázok 6

Ďalšie štúdie interakcie Hb a Hpx in vitro s použitím buniek bunkovej línie proximálnych tubulov HK{0}} odhalili, že Hb a Hpx sa lokalizovali a objavili na bunkovej membráne (obr. 5A). Okrem toho kombinácia Hb a Hpx viedla k väčšiemu ukladaniu Hb na HK-2 bunkách (obr. 5B). A kombinácia Hb a Hpx môže viesť k zveličovaniu Hb-indukovaných reaktívnych foriem kyslíka (ROS) (obr. 6A). Dôležité je, že samotný Hpx nemal žiadne škodlivé účinky. 24 hodín po ošetrení Hb a Hb v kombinácii s Hpx bunky vykazovali zjavnú apoptózu (obrázok 6B) a nekrózu (obrázok 6C), najmä v Hb kombinovanej so skupinou Hpx. Pozorovanie ošetrených buniek pod fluorescenčným mikroskopom ukázalo, že bunky v skupine Hb plus Hpx boli nekrotické (obr. 6D). Ďalej výskumníci použili primárne kultivované ľudské renálne proximálne tubulárne epiteliálne bunky RPTEC na demonštráciu účinku Hpx na poškodenie buniek vyvolané hb a výsledky ukázali, že kombinácia Hpx a Hb významne zvýšila RPTEC indukovaný Hb po 24 hodinách liečby ROS. apoptóza a nekróza (obr. 6E-G).

Obrázok 7

Aktívne železo je kľúčovým mediátorom toxicity vyvolanej Hb. V bunkách HK-2 ošetrených Hb a Hpx sme preukázali, že Hb plus Hpx-indukované ROS by mohli byť inhibované chelátorom železa DFO a inhibítorom ferroptózy Fer{5}} (obr. 7A). Ďalšie hodnotenie ochranného účinku DFO na AKI indukované cisplatinou u myší WT a KO zistilo, že DFO zmiernil poškodenie obličiek u myší Hpx WT po AKI indukovanom cisplatinou. V porovnaní s Hpx WT sa však poškodenie obličiek u Hpx KO myší znížilo, zatiaľ čo u Hpx KO myší sa ochranný účinok DFO stratil (obr. 7B–C). Tieto experimenty naznačujú, že DFO chráni pred poranením sprostredkovaným Hpx v AKI a že renálna akumulácia Hpx je zdrojom reaktívneho železa v AKI.

Záverom možno povedať, že akumulácia hemopexínu v obličkách v modeloch AKI zhoršuje poškodenie obličiek a inhibícia akumulácie hemopexínu v obličkách alebo zacielenie na ferroptózu môže byť prospešné pre AKI.