Ako akútne poškodenie obličiek ovplyvňuje pľúcne bunky?

Ďalšie informácie:{0}}

Časť Ⅱ: Oxidačný stres po akútnom poškodení obličiek spôsobuje narušenie mihalníc pľúcnych buniek a ich uvoľnenie do tekutiny bronchoalveolárnej laváže a poškodenie pľúc, ktoré sa zhoršuje deléciou Idh2

Hrajú: Yong Kwon Hana, Ji Su Kim, Gwan Beom Leea, Jae Hang Lim, Kwon Moo Park

Akútne poškodenie obličiek(AKI) vyvoláva poranenie vzdialených orgánov, čo je vážnym problémom u pacientov s AKI (Akútne poškodenie obličiek). Nedávne štúdie ukázali, že poškodenie vzdialených orgánov je spojené soxidačný stresorgánov a poškodenie cilia, bunkovej organely na báze axonémy. Avšak, úlohaoxidačný stresa poškodenie mihalníc v AKI (Akútne poškodenie obličiek)-indukované poškodenie pľúc je potrebné definovať. Tu sme skúmali, či AKI (Akútne poškodenie obličiek)-indukované poškodenie pľúc je spojené s mitochondriálnymioxidačný stresa narušenie mihalníc v pľúcnych bunkách. AKI (Akútne poškodenie obličiek) bol indukovaný u myší s deletovanou izocitrátdehydrogenázou 2 (Idh2, mitochondriálny antioxidačný enzým) (Idh2-/) a u myší divokého typu (Idh2 plus 7)obličkyischémia-reperfúzia (IR). Skupina myší bola liečená Mito-TEMPO, antioxidantom špecifickým pre mitochondrie.ObličkyIR spôsobila poranenia pľúc, vrátane zhrubnutia alveolárneho septa, poškodenia alveolov a akumulácie neutrofilov v pľúcach a zvýšenú koncentráciu proteínov a celkový počet buniek v tekutine z bronchoalveolárnej laváže (BALF). Navyše,obličkyIR spôsobila fragmentáciu riasiniek pľúcneho epitelu a uvoľnenie fragmentov do BALF, IR obličiek tiež zvýšila produkciu superoxidu, peroxidáciu lipidov a oxidáciu mitochondriálnej a jadrovej DNA v pľúcach a znížila expresiu IDH2. Lungoxidačný stresa zranenie záviselo od stupňaobličkyzranenieDelécia Idh2 zhoršila poškodenie pľúc vyvolané IR obličiek. Liečba pomocou Mito-TEMPO oslabila IR-indukované poranenia pľúc obličiek s väčším útlmom u Idh2-7- ako u myší Idh2 plus / plus. Naše údaje ukazujú, že AKI (Akútne poškodenie obličiek)vyvoláva rozrušenie mihalníc a poškodzuje bunky cezoxidačnéstresv pľúcnych epitelových bunkách, čo vedie k uvoľneniu narušených ciliárnych fragmentov do BALF.

ochorenie obličiek: AKI (akútne poškodenie obličiek)

Kliknite na Cistanche pre akútne poškodenie obličiek a výhody a vedľajšie účinky cistanche tubulosa

KLIKNITE SEM PRE PARTNERSTVO Ⅰ

Delécia Idh2 zhoršuje poškodenie pľúc vyvolané IR obličiek.

Nakoniec sme skúmali úlohu IDH2 na poškodenie pľúc vyvolané IR obličiek. Definovať úlohu IDH2 v pľúcachoxidačný stresa poranení pľúc za podmienok bez alebo minimálnych rozdielov poškodenia obličiek sme u samíc myší Idh2-/-a Idh2 plus / vyvolali 35 minútovú ischémiu obličiek, po ktorej nasledovali 4 hodiny reperfúzie na základe dvoch bodov; 1) samice myší sú menej náchylné na poškodenie obličiek IR a 4-hodinová reperfúzia spôsobuje menej závažné poškodenie obličiek ako 24-hodinová reperfúzia [3,39,40]. Podľa očakávania. 35 minút ischémie a 4 hodiny reperfúzie zvýšili koncentrácie BUN u myší Idh2~/a Idh2 plus / bez významného rozdielu v BUN medzi myšami Idh2-/ a Idh2/plus (obr. 7A). Poškodenie pľúc vrátane zvýšenej infiltrácie neutrofilov a zhrubnutia alveolárneho septa však bolo väčšie u myší Idh2-7- ako u myší Idh2 plus 7 plus (obr. 7B). V súlade s histologickým poškodením približne 58,5 percent koncentrácie proteínu a 37,8 percent celkového počtu buniek u BALF myší Idh2-/- boli vyššie ako u BALF myší Idh2 plus/plus (obr. 7C a D). Po simulovanej operácii neboli pozorované žiadne významné rozdiely v BUN a poškodení pľúc medzi Idh2-/myši a Idh2 plus/plus myšami (obr. 7A-D). Tieto výsledky naznačujú, že nedostatok génu IDH2, mitochondriálneho antioxidačného enzýmu, zhoršuje poškodenie pľúc vyvolané IR obličiek.

Na ďalšie potvrdenie úlohy IDH2 a mitochondriíoxidačný stresnaobličkyPoškodenie pľúc vyvolané IR sme hodnotili, či Mito-TEMPO inhibuje zvýšenie koncentrácie proteínu a počtu buniek v BALF po IR obličiek. Liečba Mito-TEMPO zabránila zvýšeniu koncentrácie proteínu a celkového počtu buniek po IR obličiek u myší Idh2-/myši a myší Idh2 plus/plus. Táto prevencia bola väčšia u Idh{5}}/-myší ako u Idh2 plus / myší (približne 32,2 percenta u Idh2 plus / a 38,6 percenta u Idh2-/- v koncentrácii bielkovín u BALF a 8,4 percenta u Idh2 plus / plus a 35,4 percenta v Idh2-7-v celkovom počte buniek v BALF) (obr. 7C a D). Mito-TEMPO mierne znížilo hladiny BUN u oboch myší, ale nebolo to štatisticky významné (obr. 7A) . Tieto výsledky naznačujú, že IDH2 hrá dôležitú úlohu pri IR-indukovanom poškodení pľúc obličiek.

Obr.7. Väčšie poškodenie pľúc po IR obličiek u myší Idh2-/- ako u myší Idh2 plus / plus a väčšia prevencia poškodenia pľúc vyvolaného IR obličiek pomocou Mito-TEMPO u Idh2-/- myši ako v Idh2 plus /myši.Samice Idh{{0}}deletované (dh2-7) a divokého typu (Idh2 plus /) súrodenci boli podrobené 35-minútovej bilaterálnej renálnej ischémii. Niektorým myšiam bol dvakrát podaný Mito-TEMPO (Mito-T, 0,7 mg/kg telesnej hmotnosti, IP.)17 a 1 hodinu pred ischémiou. Pľúca, BALF a krv sa odobrali 4 hodiny po ischémii. (A) BUIN v plazme sa meral podľa popisu v časti Materiály a metódy (n =4). (B) Perfúzne fixované pľúcne tkanivá sa narezali na 3-um hrubé rezy, ktoré sa potom podrobili farbeniu H&E (n= 3). (C.D) Koncentrácia proteínu a celkový počet buniek v BALF sa merali tak, ako je opísané v časti Materiály a metódy (n =4). Výsledky sú vyjadrené ako priemer ± SEM (n =3-4).

IR obličiek významne zvýšilo 4-expresiu HNE v pľúcach u Idh2-/-a Idh2 plus /myši 4 hodiny po ischémii obličiek a toto zvýšenie bolo väčšie u Idh{5}}/myš ako v Myši Idh2 plus / plus (s<0.001)(fig.8a and="" b).="" mito-tempo="" prevented="" the="" increase="" in="" 4-hne="" expression="" in="" both="" mice(37.5="" %="" in="" idh2+/and="" 28.4="" %="" in="" idh2-/)(fig.8c="" and="" d).="" there="" were="" no="" significant="" differences="" in="" 4-hne="" expression="" between="" sham-operated="" idh2+/+="" and="" idh2-/mice="" (fig.="" 8a="" and="" b).="" superoxide="" levels="" in="" the="" lungs="" were="" greater="" in="" idh2-/="" mice="" than="" in="" idh2+/="" mice=""><0.001)(fig.8e).mito-temporeduced superoxide="" levels="" in="" both="" mice(p="0.052" in="" idh2+/+="" and="" p="0.001" in="" idh2-/-).this="" reduction="" was="" greater="" in="" idh2-/-mice="" than="" in="" idh2+/+="" mice="" (approximately="" 11.6="" %="" in="" idh2+/+and="" 27.2="" %in="" idh2-7-)(fig.8e).the="" levels="" of="" 4-hne="" in="" balf="" increased="" in="" both="" idh2-/-mice="" and="" idh2+/+="" mice,="" with="" a="" greater="" increase="" in="" idh2-/mice="" than="" inidh2+/+=""><0.001)(fig.8f and="" g).="" mito-tempo="" prevented="" the="" increase="" in="" 4-hne="" expression="" in="" both="" mice="" (14.9="" %="" in="" idh2+/+and="" 45.6="" %="" in="" idh2-/)(fig.8f="" and="" g).="" next,="" we="" determined="" the="" levels="" of="" arl13b,="" ac-α-tubulin,="" and="" α-tubulin="" in="" balf.="" kidney="" ir="" induced="" increases="" in="" arl13b,="" ac-α-tubulin,="" and="" α-tubulin="" expression="" in="" balf;="" these="" increases="" were="" also="" greater="" in="" idh2-7mice="" than="" in="" idh2+/+="" mice(fig.="" 8h-k).="" mito-tempo="" inhibited="" kidney="" ir-induced="" increases="" in="" the="" expression="" of="" arll3b,="" ac-α-tubulin,="" and="" α-tubulin="" in="" the="" balf,="" and="" these="" inhibitions="" were="" also="" greater="" in="" the="" idh2-/-mice="" than="" in="" the="" idh2+/t="" mice="" (approximately="" 16.7%="" in="" idh2+/+="" and70.4%inidh2-/in="" arll3b;33.5%in="" idh2+/+="" and="" 51.7="" %inidh2-/-in="" ac-α-tubulin;="" 39.9="" %="" in="" idh2+/+="" and="" 52.5="" %="" in="" idh2~/-in="" α-tubulin)(fig.8h-k).="" these="" results="" indicate="" that="" the="" deletion="" of="" idh2="" augmented="" kidney="" ir-induced="" lung="" injury="" by="" increasing="" mitochondrial="">oxidačný stres.

Obr.8. Väčšie pľúcaoxidačný stresa poškodenie mihalníc po IR obličiek u myší Idh{0}}/- ako u myší Idh2 plus / plus a väčšia prevencia stresu a poškodenia spôsobeného Mito-TEMPO u myší Idh2-7 ako u myší Idh27.Samice Idh{{0}}vymazané (Idh2-7-) a divokého typu (Idh2 plus 7 plus) súrodenci boli podrobené buď 35-minútovej bilaterálnej renálnej ischémii (isch) alebo simulovanej operácii. Niektorým myšiam sa podávalo buď Mito-TEMPO (Mito-T, 0,7 mg/kg telesnej hmotnosti, ip) alebo vehikulum 17 a 1 hodinu pred ischémiou, dvakrát. Pľúca a BALF sa odobrali 4 hodiny po ischémii. (AD,F,G)4-Expresia HNE v pľúcnych tkanivách a BALF sa vyhodnotila analýzou Western blot (n =3-4). GAPDH sa použila ako záťaž ovládanie. Hustoty pásov sa merali pomocou softvéru ImageJ. (E) Bola zmeraná hladina superoxidu v pľúcnom tkanive (n=4). (FK)4-Výrazy HNE, Arl13B, ac- -tubulín (ac- -tub) a -tubulín ( -tub) v BALF boli analyzované pomocou Western blotting (n =4 ). Hustoty pásov sa merali pomocou softvéru ImageJ. Výsledky sú vyjadrené ako priemer ± SEM (n=4).

4. Diskusia

V tejto štúdii uvádzame, že poškodenie pľúc vyvolané IR obličiek sa zhoršuje deléciou Idh2 a že mitochondriálna antioxidačná liečba zmierňuje poškodenie pľúc vyvolané IR obličiek. Okrem toho IR obličiek indukuje rozrušenie riasiniek v pľúcnych bunkách cezoxidačný stresa výsledné narušené ciliárne fragmenty a proteíny sa uvoľnia do BALF. Dôležité je, že tomuto narušeniu mihalníc predchádza antioxidačná liečba špecifická pre mitochondrie. Na rozdiel od toho, delécia Idh{1}} zhoršuje rozrušenie pľúcnych mihalníc vyvolané IR obličiek. Tieto údaje naznačujú, že IR obličiek zhoršuje redoxnú rovnováhu v pľúcnych bunkách spôsobom závislým od ischémie a času, čo vedie koxidačný stresnarušenie pľúcneho tkaniva a mihalníc. Navyše, narušenie mihalníc, aspoň čiastočne, zahŕňa AKI (Akútne poškodenie obličiek)- vyvolané poškodenie pľúc. Pokiaľ je nám známe, toto je prvá správa, ktorá dokazuje, že AKI (Akútne poškodenie obličiek)spôsobuje rozrušenie riasiniek v pľúcnych bunkách týmoxidačný stresa výsledné narušené ciliárne fragmenty a proteíny sa uvoľnia do BALF. Tieto výsledky naznačujú, že prevencia narušenia riasiniek by mohla byť novou stratégiou na liečbu AKI (Akútne poškodenie obličiek)-príbuzný ALI. Okrem toho tieto údaje naznačujú, že ciliárne proteíny a fragmenty v BALF by sa mohli použiť ako indikátory poškodenia pľúc.

Poškodenie vzdialených orgánov vyvolané IR obličiek je komplexný proces, na ktorom sa podieľa množstvo faktorov [4,8,41,42]. Niekoľko štúdií preukázalo, že ROS aoxidačný stresprispievajú k poškodeniu vzdialených orgánov po poškodení obličiek [4,8,41]. Pri poškodení pľúc po IR obličiek sa navrhlo, že neutrofily, ktoré sú infiltrované do pľúc, fungujú ako hlavné bunky produkujúce ROS v pľúcach po stimulácii cytokínov produkovaných v poškodenej obličke. Táto produkcia ROS následne spôsobuje ďalšie zvýšenie ROS v pľúcach prostredníctvom aktivácie systému produkujúceho ROS a inhibície systému zachytávania ROS, alebo oboch [5,43]. Nedávno Hepokoski, M. a kol. uviedli, že extracelulárna akumulácia obličkových mitochondriálnych DAMP je spôsobená AKI (Akútne poškodenie obličiek)ovplyvňuje pľúcne metabolické dráhy a vyvoláva mitochondriálnu dysfunkciu [42]. V tejto štúdii sme zistili zvýšenú infiltráciu neutrofilov do pľúc po IR obličiek, v závislosti od ischemického času obličiek, tj od závažnosti IR poškodenia obličiek. Tiež sme zistili, že IR obličiek zvyšuje tvorbu superoxidu, peroxidáciu lipidov a oxidáciu DNA v širokom spektre pľúcnych tkanív, vrátane intersticiálnych alveolárnych sept, alveolárnych a dýchacích ciest. Okrem toho sme zistili zníženie expresie IDH2 v pľúcnom tkanive po IR obličiek. Tieto údaje naznačujú, že pľúcne bunky sú vystavenéoxidačný stresnasledujúceobličkyIR a že sa to zvýšilooxidačný stresvrátane mitochondrií pľúcnych buniek, môže spôsobiť poškodenie buniek a tkanív a dysfunkciu. Okrem toho antioxidačná liečba špecifická pre mitochondrie znižuje poškodenie pľúc vyvolané IR obličiek a inhibuje tvorbu superoxidu a oxidáciu lipidov a DNA v pľúcach.

ochorenie obličiek: oxidačný stres na obličky

IDH2 katalyzuje oxidačnú dekarboxyláciu izocitrátu na -ketoglutarát v mitochondriách, sprevádzanú redukciou NADP na NADPH [31,32,35,44]. NADPH je zdrojom redukčných ekvivalentov pre tioredoxínový aj glutatiónový systém peroxidovej detoxikácie [31,32,35,44,45]. Nedávno Park a spol. uviedli, že nedostatok Idh2 zvyšuje náchylnosť na pľúcnu toxicitu vyvolanú akroleínom u buniek Lewisovho pľúcneho karcinómu a myší prostredníctvom narušenia mitochondriálnej redoxnej rovnováhy, čo vedie k mitochondriálnejoxidačnéstresa apoptóza [31]. V tejto štúdii sme zistili, že IR obličiek znížila expresiu IDH2 v pľúcach a že delécia Idh2 u myší zhoršila poškodenie pľúc vyvolané IR obličiek aoxidačný stres. Okrem toho mitochondriálny prísun antioxidantov znížil poškodenie pľúc a pľúcoxidačný stress väčším znížením počtu Idh2-odstránených myší ako u súrodencov divokého typu. Tieto údaje naznačujú, že poškodenie pľúc vyvolané IR obličiek je spojené so zníženou funkciou IDH2 a následným zvýšením mitochondriálnychoxidačný stres. Okrem toho môžu existovať rozdiely medzi pohlaviami pri poranení pľúc a pľúcoxidačný stres(pozn. obr. 1 a 7). Aj keď sme zistili väčšie poškodenie pľúc aoxidačný stresa väčší ochranný účinok Mito-TEMPO u samíc myší s deficitom Idh{1}} ako u samíc myší divokého typu, pri podobných hladinách BUN po obličkách (na druhej strane pri podobnom stupni poškodenia obličiek), čo súvisí s závažnosť poškodenia obličiek nemožno úplne ignorovať z dôvodu závislosti poškodenia pľúc od poškodenia obličiek. To môže byť zodpovedané použitím systémov dodávania antioxidantov špecifických pre pľúca alebo podmienených knock zvierat špecifických pre pľúcne bunky.

Dĺžka riasiniek v bunkách sa dynamicky mení za fyziologických aj patofyziologických podmienok. Nedávne štúdie ukázali, že abnormálna zmena dĺžky mihalníc je spojená s vývojom a progresiou rôznych chorôb a mihalnice sú spojené s mitochondriálnou funkciou [17-20,43,46,47]. Za fyziologických podmienok dochádza k zmene dĺžky mihalníc buď reabsorpciou alebo predĺžením počas normálneho bunkového cyklu [48-51]. Resorpcia je normálny proces, pri ktorom bunky sťahujú riasinky do bunky počas progresie z fázy GO/Gl do fáz S až G2 bunkového cyklu a úplná reabsorpcia riasiniek nastáva pred mitózou [48-51]. Nedávne štúdie ukázali, že skrátenie dĺžky mihalníc je spôsobené poškodením buniek [17-20,46,52]. V predchádzajúcich štúdiách sme zistili, že AKI (Akútne poškodenie obličiek)vyvoláva rozrušenie riasiniek v tubulárnych epiteliálnych bunkách obličiek v dôsledkuoxidačný stres[18-20]. Ďalej sme zistili, že IR poškodenie pečene indukuje deciliáciu primárnych mihalníc tubulárnych buniek vzdialených obličiek v dôsledkuoxidačný stresvobličkytubulárnych buniek a že tejto deciliácii sa predchádza antioxidačnou liečbou [20]. Okrem toho primárna deficiencia riasiniek aktivuje prechod z epitelu na mezenchymálny, čo je rozhodujúce pre progresiu fibrózy [53], čo naznačuje, že riasinky sú spojené s progresiou reakcií po poranení. V tejto štúdii sme zistili, že IR obličiek spôsobuje narušenie mihalníc pľúcnych buniek a tieto narušené ciliárne fragmenty sa uvoľňujú do BALF. Okrem toho vymazanie Idh2 rozšírilo AKI (Akútne poškodenie obličiek)-indukované narušenie mihalníc, zatiaľ čo liečba Mito-TEMPO zabránila poškodeniu pľúcnych mihalníc vyvolanému IR obličiek, s väčšími preventívnymi účinkami u Idh2-/myši ako u Idh2 plus/plus myší. Okrem toho sme zistili, že molekuly obsahujúce BALF sú vysoko oxidované a injekcia Mito-TEMPO znižuje oxidáciu obsahu BALF. Preto špekulujeme, že ROS aoxidačný stresspôsobiť narušenie mihalníc. Na podporu toho sme v predchádzajúcich štúdiách zistili, že vysoké koncentrácie peroxidu vodíka narúšajú riasinky v bunkách obličkových tubulov [18].

Pľúca sú typicky pohyblivé tkanivo bohaté na riasinky a dysfunkcia respiračných riasiniek je spojená so zhoršeným mukociliárnym klírensom, infekciami hrudníka a progresívnou deštrukciou pľúcnej architektúry [54]. V apikálnej oblasti priedušiek majú ciliárne bunky hojné mitochondrie na produkciu ATP pre ciliárny pohyb [13]. Štúdie uvádzajú, že poškodenie mitochondrií v ciliovaných bunkách spôsobuje dysfunkciu ciliárnych aj pľúcnych buniek, čo môže viesť k množstvu ROS [55,56]. Niekoľko štúdií uvádza, že zhoršená dynamika mitochondrií a poškodenie mitochondrií sú spojené s pľúcnymi ochoreniami [56,57]. V tejto štúdii sme tiež zistili, že IR obličiek spôsobuje abnormálne zvýšenie tvorby superoxidu a mitochondriálneho štiepenia v pľúcach. Okrem toho sme zistili zvýšenie ciliárnych fragmentov a proteínov v BALF obličkových IR myší. Preto sme špekulovali, že deciliácia je spojená, aspoň čiastočne, s AKI (Akútne poškodenie obličiek)-indukovaná ALI. Nemohli sme však rozlíšiť, ktoré typy riasiniek sú narušené a ktoré bunky sú hlavnými bunkami uvoľňujúcimi ciliárne fragmenty medzi pľúcnymi bunkami, kvôli nedostatku špecifických markerov primárnych a pohyblivých riasiniek a obmedzeniam histologických štúdií. Toto obmedzenie možno prekonať v ďalších experimentoch s použitím systémov dodávania liekov špecifických pre pľúca alebo zacielenia génu súvisiaceho s ciliárnou genézou špecifického pre pľúca. Naše údaje však jasne ukazujú, že AKI (Akútne poškodenie obličiek)-príbuzná ALI je spojená s narušením mihalníc aoxidačný strespľúcnych buniek.

liečba akútneho poškodenia obličiek a zlepšenie funkcie obličiek: cistanche

Poďakovanie

Táto štúdia bola podporená grantom Národnej výskumnej nadácie Kórey (NRF) (NRF-202OR1A2C2006903, MIST) financovaným Ministerstvom vedy a IKT (MIST) a grantom Kórejského projektu výskumu a vývoja zdravotníckych technológií ( HI15C0001) prostredníctvom Kórejského inštitútu pre rozvoj zdravotníckeho priemyslu (KHIDD financovaného Ministerstvom zdravotníctva a sociálnej starostlivosti, kórejská vláda).

Referencie

[1] F. Fani, et al., Nedávne pokroky v patogenetických mechanizmoch spojených so sepsouakútne poškodenie obličiek, J. Nephrol.31 (2018)351-359.

[2] HSJang, et al., Aktivácia ERK urýchľuje opravu renálnych tubulárnych epiteliálnych buniek, zatiaľ čo inhibuje progresiu fibrózy po ischemickom/reperfúznom poškodení, Biochim. Biophys. Acta 1832 (2013)1998-2008.

[3] KMPark, A. Chen, JVBonventre, Prevenciaobličkyischémiou/reperfúziou indukované funkčné poškodenie a JNK,p38 a MAPKkinázaaktivácia diaľkovou ischemickou predliečbou, J. Biol. Chem.276(2001)11870-11876.

[4] S. Faubel, CL Edelstein, Mechanizmy a mediátory poškodenia pľúc poakútne poškodenie obličiek, Nat. Rev.Nephrol. 12 (2016)48-60.

[5] SA Lee.M. Cozzi. EL.Bush. H, Rabb.Dysfunkcia vzdialených orgánov vakútne poškodenie obličiek: recenzia, Am. J. Kidney Dis.72(2018)846-856.

[6] LE White, HT.Hassoun, Zápalové mechanizmy presluchu orgánov počas ischemickej chorobyakútne poškodenie obličiek, Internet J.Nephrol. 2012 (2012), 505197.

Poznámka:vyššie uvedené nie je úplný referenčný zoznam