Nedávne pokroky v diabetických obličkových ochoreniach: od poškodenia obličiek k fibróze obličiek, časť 1
Apr 19, 2023
Abstrakt:
Diabetické ochorenie obličiek (DKD) je hlavnou príčinou chronického ochorenia obličiek a konečného štádia ochorenia obličiek. Prirodzená anamnéza DKD zahŕňa glomerulárnu hyperfiltráciu, progresívnu albuminúriu, klesajúcu odhadovanú rýchlosť glomerulárnej filtrácie a v konečnom dôsledku zlyhanie obličiek.
Je známe, že DKD je spojená s metabolickými zmenami spôsobenými hyperglykémiou, čo má za následok glomerulárnu hypertrofiu, glomerulosklerózu a tubulointersticiálny zápal a fibrózu. Je tiež známe, že hyperglykémia spôsobuje programovanú epigenetickú modifikáciu. Podrobné mechanizmy zapojené do nástupu a progresie DKD však zostávajú nepolapiteľné. V tomto prehľade diskutujeme o nedávnych pokrokoch týkajúcich sa patogénnych mechanizmov zapojených do DKD.
Vysoký je aj výskyt hyperglykémie u pacientov s chronickým ochorením obličiek, pretože obličky sú dôležitým orgánom pre metabolizmus glukózy a diabetických pacientov často sprevádza poškodenie obličiek. Okrem toho môže hyperglykémia tiež zvýšiť priepustnosť bunkovej membrány renálnych tubulárnych epitelových buniek, ovplyvniť normálnu vylučovaciu funkciu renálnych tubulárnych buniek a ďalej zhoršiť stav chronického ochorenia obličiek.
V našom výskume sme zistili, že Cistanche má terapeutický účinok na chronické ochorenie obličiek a Cistanche dokáže vyživovať obličky a vyživovať jin, čím reguluje funkciu obličiek. Pacienti s chronickým ochorením obličiek sú často sprevádzaní nedostatkom obličiek. Cistanche môže zlepšiť atrofiu obličiek a glomerulosklerózu u pacientov s ochorením obličiek a súčasne zlepšiť metabolickú funkciu obličiek.
Kľúčové slová:
diabetické ochorenie obličiek; zápal; albuminúria; fibróza; glomeruloskleróza.
1. Diabetes mellitus a diabetická obličková choroba
V súčasnosti žije na svete viac ako 400 miliónov ľudí s diabetes mellitus (DM). Očakáva sa, že tento počet sa do roku 2035 zvýši na 600 miliónov [1]. DM postihuje ľudí všetkých vekových skupín, bez ohľadu na pohlavie, etnickú príslušnosť, úroveň vzdelania alebo finančné postavenie [2]. Medzi pacientmi s DM môže 20 percent progredovať do diabetickej obličkovej choroby (DKD) [3], o ktorej je známe, že je ovplyvnená genetickými aj environmentálnymi faktormi a je vyvolaná mikrovaskulárnymi a makrovaskulárnymi zmenami, vrátane akumulácie extracelulárnej matrice a hypertrofie a fibrózy obličkové glomeruly a interstícia [4,5].
Na začiatku sa u pacientov s DKD typicky prejavujú symptómy mikroalbuminúrie, pričom sa denne vylúči 30 až 300 mg albumínu; to sa postupne rozvinie do makroalbuminúrie, pričom v neskorších štádiách ochorenia sa denne vylučuje viac ako 300 mg albumínu [6]. Pomer rizika pre mortalitu zo všetkých príčin u pacientov s DKD s makroalbuminúriou sa uvádza 1,83 v porovnaní s 1,46 u pacientov s normoalbuminúriou [7].
Celkovo sa na rozvoji a progresii DKD podieľa komplexná súhra medzi metabolickými procesmi, epigenetickými a nepigogenetickými mechanizmami a reguláciou transkripcie a až v posledných rokoch boli identifikované potenciálne liečivá, ako je sodno-glukózový kotransportér 2 (SGLT2) inhibítory, ktoré môžu účinne pôsobiť proti hypoglykémii a zlepšiť výsledky obličiek [8,9]. Okrem toho sa endotelín-1 (ET{6}}) spája s vazokonstrikciou, poškodením obličiek, mezangiálnou hyperpláziou, glomerulosklerózou, fibrózou a zápalom, a preto boli antagonisty endotelínového receptora navrhnuté ako potenciálna liečba DKD [ 10].
2. Vplyv hyperglykémie na bunkové zmeny sprostredkované diabetom
V dôsledku neregulovanej expresie glukózových transportérov vysoké hladiny extracelulárnej glukózy v konečnom dôsledku zvýšia intracelulárnu koncentráciu glukózy [11], čo vedie k presunu glukózy do metabolických dráh fruktóza 6-fosfátu a hexozamínu [12].
Hyperglykémia preto často zvyšuje produkciu konečných produktov pokročilej glykácie (AGE) a reaktívnych foriem kyslíka (ROS), ktoré sú úzko spojené s rozvojom DKD. AGE sú tvorené neenzymatickými glykačnými reakciami medzi redukujúcimi cukrami a aminokyselinami, lipidmi alebo DNA a sú spojené s vysokou úrovňou produkcie ROS [13]. ROS sú produkované počas mitochondriálneho oxidačného metabolizmu a po vystavení xenobiotikám a cytokínom prostredníctvom reakcií katalyzovaných NADPH oxidázou, oxid dusnatý syntázou a xantín oxidázou [14] a nadmerné ROS spôsobí oxidačný stres a poškodenie buniek. Skoršie štúdie ukázali, že obmedzenie produkcie AGE a ROS účinne spomaľuje progresiu DKD [15].
Okrem toho je známe, že ROS aktivujú signálne prevodníky Janus kinázy a aktivátory transkripčnej (JAK-STAT) dráhy a experimenty na myšom modeli diabetu ukázali, že selektívna expresia JAK2 v glomerulárnych podocytoch zvýšila funkčné a patologické charakteristiky DKD. [16]. Okrem toho v tkanivách obličiek pacientov s DKD boli pozorované významne zvýšené hladiny expresie viacerých členov rodiny JAK-STAT [17].
V podmienkach s vysokým obsahom glukózy sa ROS produkujú vo vysokých hladinách, čo môže spôsobiť diabetické komplikácie [18,19]. Nadmerná produkcia ROS sa primárne pripisuje aktivácii elektrónových transportných reťazcov a úniku elektrónov z NADH dehydrogenázy v mitochondriách [20]. Strata mitochondriálnej kontroly ovplyvňuje zdravie obličiek, pretože mitochondrie sú hlavným zdrojom tvorby ROS, apoptózy a metabolizmu. Je známe, že takáto nadmerná produkcia ROS spôsobuje poškodenie DNA [21] a to následne indukuje aktiváciu poly-ADP ribózopolymerázy-1 (PARP-1), aby inhibovala glyceraldehyd 3-fosfátdehydrogenázu (G3PDH ) funkciu [22,23], čo má za následok akumuláciu glykolytických metabolitov.
To následne stimuluje syntézu polyolu, hexozamínu a diacylglycerolu (DAG), aktiváciu dráhy proteínkinázy C (PKC) a produkciu AGE [24]. Interakcia medzi AGE a ich RAGE receptormi ďalej podporuje nadprodukciu ROS a aktiváciu NF-κB, ktorý potom upreguluje expresiu génov súvisiacich so zápalom, čo vedie k zvýšeným hladinám interleukínu (IL)-6, nekróze nádoru faktor- (TNF-) a monocytový chemoatraktant proteín-1 (MCP-1) [25–27]. Spolu s oxidačným stresom, stresom endoplazmatického retikula (ER) a zápalovými procesmi vyvolanými vysokou hladinou glukózy je znížená dostupnosť oxidu dusnatého (NO) a narušená angiogenéza, čo môže viesť k endoteliálnej dysfunkcii v obličkách [28].
Aktivácia hexozamínovej dráhy vysokými hladinami glukózy môže ovplyvniť prenos signálu, génovú transkripciu, prežitie buniek a degradáciu sprostredkovanú proteazómom a podporovať vaskulárne poškodenie vyvolané hyperglykémiou [29]. Je známe, že vysoká hladina glukózy v krvi podporuje akumuláciu extracelulárnej matrice (ECM) [30] a upreguluje expresiu DKK1, Kremen-2 receptora, transformujúceho rastového faktora beta (TGF-) a fibrotických faktorov v mezangiálnych organizmoch. buniek [31], čo v konečnom dôsledku eskaluje až k poškodeniu bariéry glomerulárnej filtrácie, čo spôsobí DKD.
Je známe, že pacienti s DKD a DM majú zvýšenú náchylnosť k nepriaznivým kardiovaskulárnym výsledkom, čiastočne v dôsledku aktivácie systému renín-angiotenzín-aldosterón (RAAS). RAAS reguluje krvný tlak, rovnováhu solí a homeostázu tekutín [32] a blokáda RAAS s ACE inhibítormi (ACEI) alebo blokátormi receptorov angiotenzínu (ARB) sa často používa na modifikáciu hyperfiltračných stavov a oddialenie progresie renálneho ochorenia [33]. Ukázalo sa, že lieky, ktoré kontrolujú hypertenziu (lisinopril) a hyperglykémiu (empagliflozín), zlepšujú aj fyziologické a histopatologické znaky ochorenia obličiek na myšom modeli progresívnej DKD akcelerovanej hypertenziou [34]. Okrem toho sa ukázalo, že liečba N-acetyl-serylaspartyl-prolínom (Ac-SDKP), prirodzene sa vyskytujúcim imunomodulačným a angiogénnym peptidom produkovaným najmä prostredníctvom enzymatickej hydrolýzy zahŕňajúcej meprin- a prolyl oligopeptidázu, čiastočne zlepšuje poškodenie koncových orgánov znížením zápalu a fibróza a podpora angiogenézy [35].
Priaznivé účinky selektívneho antagonistu mineralokortikoidných receptorov (MRA) eplerenónu na renálne výsledné parametre, ako je proteinúria, boli zaznamenané už nejaký čas a vyvíja sa úsilie vyvinúť MRA ako doplnkovú liečbu na zníženie rizika DKD [36,37]. Ukázalo sa tiež, že inhibítory dipeptidylpeptidázy-4 (DPP{3}}) bežne používané na liečbu diabetu 2. typu rôznymi mechanizmami zabraňujú diabetickému poškodeniu obličiek; napríklad inhibícia DPP-4 linagliptínom znížila inzulínovú rezistenciu a zápal súvisiacu s obezitou prostredníctvom regulácie stavu makrofágov M1/M2 a bola ďalej schopná zmierniť oxidačný stres a diabetické poškodenie obličiek [38].
Glykozúria indukuje osmotickú diurézu a bežne sa vyskytuje u pacientov s DM, keď množstvo prefiltrovanej glukózy presiahne kapacitu renálnej tubulárnej reabsorpcie. Inhibítory SGLT2 sú triedou liekov, ktoré menia základnú fyziológiu nefrónu a môžu znížiť hladinu cukru v krvi tým, že prinútia obličky odstrániť cukor z tela močom. Inhibítory SGLT2 môžu tiež pomôcť obnoviť funkciu SIRT3, mitochondriálnej NAD plus-dependentnej deacetylázy, ktorá môže inhibovať epitelovo-mezenchymálny prechod (EMT) a renálnu fibrózu [39], ktorá je potlačená vysokými hladinami glukózy. Ukázalo sa tiež, že liečba inhibítormi, ktoré blokujú väzbu STAT3 sprostredkovanú acetyláciou, znižuje proteinúriu a poškodenie obličiek v modeloch diabetických myší db/db.
3. Genetické cesty spojené s DKD
Glomeruli sú základnými filtračnými jednotkami obličiek a pozostávajú zo štruktúr kapilárnych krvných ciev, ktoré dokážu filtrovať plazmu a vytvárať moč [40]. Každý glomerulus obsahuje mezangiálne bunky, podocyty, tubulárne bunky a bazálnu membránu, z ktorých všetky pôsobia spoločne na udržanie normálnych filtračných funkcií (obrázok 1). Mesangiálne bunky tvoria 30 – 40 percent všetkých buniek v glomerule [41] a sú zodpovedné za odstraňovanie imunitných komplexov a proteínových agregátov z krvi zachytenej v bazálnej membráne [42].
Obrázok 1. Charakteristické glomerulárne zmeny a mechanizmy proteinúrie pri diabetickej chorobe obličiek. Charakteristické glomerulárne zmeny pri diabetickej obličkovej chorobe (DKD) zahŕňajú zhrubnutie glomerulárnej bazálnej membrány (GBM) a mezangiálnu expanziu (v dôsledku zvýšenej mezangiálnej matrice a zväčšenej veľkosti mezangiálnych buniek spôsobenej hypertrofiou). Tieto zmeny sú poháňané hyperglykémiou a v konečnom dôsledku môžu viesť k proteinúrii, ak sa neriešia. Prerušované šípky označujú mezangiálnu expanziu vedúcu ku glomerulárnej hyperfiltrácii.
Podocyty sú vysoko špecializované epitelové bunky, ktoré pokrývajú vonkajší povrch bazálnej membrány [43] a u dospelých sú terminálne diferencované a nereplikujú sa. V dôsledku toho viac ako 20-percentná strata podocytov alebo poškodenie bariérovej štruktúry glomerulárnej filtrácie môže nevratne poškodiť glomerulus a viesť k proteinúrii [44]. Je známe, že hyperglykémia môže spôsobiť apoptózu, odlúčenie glomerulárnej bazálnej membrány a stratu glomerulárnych podocytov, mezangiálnu hypertrofiu, akumuláciu matrix a zhrubnutie bazálnej membrány, čo sú všetky charakteristické znaky skorej DKD [45], a nakoniec môže progredovať do glomerulárnej fibrózy. a proteinúria [46] (obrázok 1).
3.1. Úloha hyperglykémie pri glomerulárnej fibróze
Dlhodobé poranenia a abnormálne procesy hojenia rán, ako aj nadmerné ukladanie extracelulárnej matrice tvoria hlavné faktory renálnej fibrózy. Myofibroblasty sa považujú za primárne aktivovaný fibroblastový fenotyp pri renálnej fibróze [47] a niekoľko známych zdrojov myofibroblastov produkuje matricu, vrátane aktivovaných rezidenčných fibroblastov, diferencovaných pericytov, rekrutovaných cirkulujúcich fibroblastov a mezenchymálnych buniek transformovaných z makrofágov odvodených z renálneho tubulárneho epitelu. bunky cez EMT, alebo transformované z endotelových buniek (EC) cez endotelovo-mezenchymálny prechod (EndMT) [48]. Okrem toho zápalové bunky a cytokíny, ako aj súvisiace signálne dráhy, všetky hrajú hlavnú úlohu pri aktivácii fibroblastov [49].
Hustá fibróza glomerulárneho mikroprostredia, najmä mezangiálnych buniek, je charakteristickým znakom DKD a fibróza mezangiálnych buniek je úzko spojená s aktiváciou signálnej dráhy TGF- 1, ktorá podporuje aktiváciu fibroblastov a abnormálnu syntézu fibrotických buniek. matrix v mezangiálnych bunkách [50].
Okrem toho TGF{0}} podporuje proliferáciu a diferenciáciu obličkových buniek, syntézu extracelulárnej matrice [51] a EMT renálnych tubulárnych epiteliálnych buniek, čo je nevyhnutné pre rozvoj tubulointersticiálnej fibrózy [52,53]. Je pravdepodobné, že tieto nepriaznivé zmeny v mezangiálnych bunkách, endotelových bunkách a podocytoch môžu byť vzájomne prepojené a je tiež známe, že hyperglykémia narúša signálnu dráhu receptora podocytov a glukokortikoidov, ktorá spúšťa EndMT a spôsobuje glomerulárnu fibrózu u DM.
Glomerulárna fibróza je tiež spojená s aktiváciou signalizácie Wnt/-katenínu, ktorá moduluje fibrózu sprostredkovanú TGF- 1- v mezangiálnych bunkách [54] a môže aktivovať kinázu glykogénsyntázy-3 (GSK-3 ) signalizáciu [55] a indukujú apoptózu mezangiálnych buniek [56]. Skoršia štúdia ukázala, že fosforylácia GSK-3 znížila aktiváciu fibroblastov a rozvoj fibrózy u myší, ale signalizácia Wnt/-katenínu to inhibovala [57]. Alternatívne inhibícia Wnt signalizácie pomocou DKK1 znížila fosforyláciu katenínu a zoslabila expresiu TGF- 1 na zníženie fibrózy mezangiálnych buniek [31].
Ďalším faktorom podieľajúcim sa na DKD je kanabinoidný receptor 1 (CB1R) [55], ktorý aktivuje expresiu receptora 2 aktivovaného peroxizómovým proliferátorom hormónov (PPAR 2); následná väzba jadrových hormónov špecifických pre adipocyty na PPAR 2 potom aktivuje transkripciu génov zapojených do adipogenézy, vrátane aP2, FGF1, FGF21 a CD36 [56] a podporuje senzibilizáciu inzulínu v metabolizme lipidov [56]. Skoršia štúdia ukázala, že nadmerná expresia PPAR úzko súvisí s metabolickým syndrómom, čo vedie k zmenám v metabolizme lipidov a akumulácii telesného tuku, čo indukuje DKD a zvyšuje závažnosť ochorenia [57].
V hyperglykemických podmienkach je známe, že CB1R nepriaznivo ovplyvňuje metabolizmus a zvyšuje inzulínovú rezistenciu na exacerbáciu DKD. CB1R tiež podporuje expresiu proteínov, ktoré sú spojené s fibrózou obličiek na zhoršenie DKD, vrátane tých, ktoré aktivujú signalizáciu Ras a ERK, transkripčný faktor c-Jun, regulátor zápalu SOCS3 a prozápalové cytokíny IL-1 a fibronektín fibrotickej matrice [58].
3.2. Glomerulárna dysfunkcia a proteinúria vyvolaná hyperglykémiou
Proteinúria je stav zvýšených hladín bielkovín v moči a je príznakom poškodenia obličiek. Je známe, že štiepenie mitochondrií vyvolané hyperglykémiou zvyšuje produkciu ROS, čo spôsobuje proteinúriu a podporuje apoptózu v podocytoch a obličkových mikrovaskulárnych endoteliálnych bunkách [59,60]. Tento proces je sprostredkovaný proteínom súvisiacim s dynamínom-1 (Drp1) [59] a predchádzajúca štúdia ukázala, že translokácia Drp1 do mitochondrií je sprostredkovaná fosforyláciou a náborom proteínkinázou 1 obsahujúcou coiled-coil spojenú s Rho ( ROCK1) [59], čím sa vysvetľuje, prečo expresia ROCK1 u diabetických myší podporuje glomerulárnu apoptózu a mitochondriálnu produkciu ROS.
Okrem toho hyperglykémiou indukovaná expresia renálneho hedgehog interagujúceho proteínu (Hhip) v glomerulárnych endotelových bunkách môže prispieť k fibróze a apoptóze takýchto buniek [61] a hladiny Hhip sú tiež zvýšené v ranej DKD diabetických myší a ľudí, dokonca ešte pred rozvoj mikroalbuminúrie [62]. Okrem mitochondriálneho štiepenia je známe, že aktivácia signálnej dráhy Notch podporuje rozvoj glomerulárnych ochorení, vrátane proteinúrie. Štúdia ukázala, že intracelulárna doména Notch1 aktivuje vaskulárny endoteliálny rastový faktor (VEGF), aby vyvolal apoptózu podocytov a spôsobil proteinúriu [63]. Predchádzajúca štúdia tiež ukázala, že inhibícia tejto dráhy chráni potkany s proteinúriou [64].
Ďalšie signálne dráhy spojené s proteinúriou zahŕňajú Wnt/-katenínovú dráhu; zvýšená expresia transkriptov a proteínov Wnt/-katenínu sa pozorovala v podocytoch pacientov s DKD a myších modeloch s DKD, zatiaľ čo stabilná expresia génov Wnt/-katenínu v podocytoch transgénnych myší vyvoláva albuminúriu [65].
Okrem toho je známe, že hyperaktivácia mTOR indukuje hypertrofiu podocytov a apoptózu podocytov, čo zhoršuje glomerulárne ochorenie a proteinúriu [66,67]. Je tiež známe, že znížená expresia nefrínu sa podieľa na albuminúrii vyvolanej hyperglykémiou [68,69]. Nefrín je transmembránový proteín s extracelulárnymi doménami, ktoré spájajú procesy chodidiel podocytov a je nevyhnutný pre správne fungovanie renálnej filtračnej bariéry. Je známe, že podocyty majú komplexnú architektúru aktínového cytoskeletu a je známe, že redistribúcia aktínového cytoskeletu a narušenie tejto architektúry znižuje expresiu nefrínu [70]; napríklad je známe, že Rac1 a Cdc42 regulujú dynamiku aktínového cytoskeletu [71] a pozorovalo sa, že delécia ich génov znižuje expresiu nefrínu a vyvoláva albuminúriu u myší [72].
3.3. Hyperglykémia a albuminúria pri fibróze renálnych tubulárnych buniek
DKD je úzko spojená s fibrózou renálnych tubulárnych epitelových buniek [73], čo sú epitelové bunky umiestnené na vonkajšej vrstve renálneho tubulu, ktoré pôsobia na reabsorpciu glukózy, aminokyselín a iných látok v moči [74]. Skoršia štúdia ukázala, že vystavenie vysokým hladinám glukózy alebo albumínu môže vyvolať fibrózu renálnych tubulárnych epiteliálnych buniek, čo úzko súviselo so zvýšenou expresiou MCP-1, PAI-1 a TGF{{4} } ako výsledok tvorby ROS vyvolanej hyperglykémiou [75]; renálnej fibróze možno predísť, ak sú tieto profibrotické gény potlačené [76].
Okrem toho fibróza renálnych tubulárnych epiteliálnych buniek úzko súvisí s albuminúriou, ktorá následne aktivuje rozvinutú proteínovú odpoveď [77] na vyvolanie apoptózy [78]. Inhibícia apoptózy môže zvýšiť autofágiu v tubulárnych epiteliálnych bunkách [79], čo vedie k zhoršeniu zápalu a fibróze [80,81]. Hyperglykémia môže tiež spôsobiť, že renálne tubulárne epitelové bunky stratia svoju polaritu a získajú migračné a invazívne vlastnosti [82], čo vedie k zvýšenej expresii fibronektínu a -SMA (-SMA) a zníženej expresii E-kadherínu, čo spôsobuje fibrózu.
3.4. Dysfunkcia endotelových buniek pri renálnej fibróze súvisiacej s cukrovkou
Fibróza je charakteristická pre progresívne chronické ochorenia obličiek akejkoľvek etiológie a nakoniec vedie k zlyhaniu obličiek (obrázok 2). Nedávno bolo publikovaných niekoľko nových signálnych molekúl, ktoré regulujú renálnu fibrózu. Glukokortikoidný receptor (GR) je jadrový hormonálny receptor, ktorý sprostredkováva steroidné hormóny a bežne sa exprimuje vo väčšine typov buniek, vrátane obličiek. Úloha glukokortikoidov pri kardiovaskulárnych a renálnych ochoreniach je komplexná. Endoteliálny GR je negatívnym regulátorom vaskulárneho zápalu v modeloch sepsy a aterosklerózy [83,84]. Strata endoteliálneho GR môže indukovať upreguláciu Wnt signálnej dráhy, čo následne podporuje renálnu fibrózu [85]. Endoteliálny GR je teda základnou antifibrotickou molekulou pri cukrovke.
Obrázok 2. Dysfunkcia endotelových buniek pri renálnej fibróze. AcSDKP: N-acetyl-seryl-aspartyl-prolín; ECM: extracelulárna matrica; EndMT: prechod z endotelu na mezenchymálny; FGFR: receptor fibroblastového rastového faktora; GR: glukokortikoidný receptor; GRE: prvok odpovede na glukokortikoidy; TGF-: transformujúci rastový faktor-; MAP4K4: mitogénom aktivovaná proteínkináza kináza kináza kináza 4. Červená SIRT3 znamená nedostatok a čierna SIRT3 znamená dostatok. ↑: Zvýšenie úrovne expresie; ↓: Zníženie úrovne výrazu.
Transgénne myši so zníženou schopnosťou aktivácie STAT3 vykazujú menšiu proteinúriu, mezangiálnu expanziu, bunkovú proliferáciu, infiltráciu makrofágmi, zápal a abnormálnu syntézu matrice, keď sú liečené streptozotocínom na diabetes [86]. Mitochondriálna SIRT3 je NAD plus-dependentná deacetyláza, ktorá má hlavne antioxidačnú aktivitu na prevenciu chorôb súvisiacich so starnutím [87]. Nedostatok SIRT3 môže viesť k poruche sekrécie inzulínu, renálnej fibróze, zvýšenej acetylácii mitochondriálnych proteínov a zvýšenému mitochondriálnemu oxidačnému stresu [88]. SIRT1 využíva bunkový NAD plus na deacetyláciu rôznych proteínov zapojených do mitochondriálnej biogenézy, oxidačného stresu, zápalovej apoptózy a autofágie. Inhibícia acetylácie-NF-κB prostredníctvom aktivácie SIRT1 zlepšuje zápal obličiek u diabetických myší [89].
Za hyperglykemických podmienok downregulácia AMPK/SIRT1/PGC-1 indukuje hypertrofiu, ROS a mitochondriálnu a autofagickú dysfunkciu, z ktorých všetky podporujú rozvoj DKD. AMPK upreguluje SIRT1 zvýšením bunkových NAD plus hladín [90] a AMPK aj SIRT1 boli identifikované ako intracelulárne energetické senzory, ktoré detegujú a reagujú na pomery AMP/ATP a NAD plus/NADH a sú aktivované pri výdaji energie. stavov a inaktivovaných pri DM [91].
Je tiež známe, že signalizácia FGF (fibroblastový rastový faktor) udržiava funkciu endotelovej bariéry a prežitie endotelových buniek prostredníctvom väzby s príbuzným FGFR [92]. Os AcSDKP–FGFR1–MAP4K4 má dôležitú úlohu v boji proti fibrotickým poruchám spojeným s EndMT [93] a ako cieľ AcSDKP je endoteliálny FGFR1 nevyhnutný ako antifibrotická jadrová molekula [94].
4. Abnormálna transkripčná regulácia vedie k DKD
Regulácia transkripcie je rozhodujúca pre udržanie bunkovej homeostázy. Je však známe, že hyperglykémia transkripčne indukuje expresiu špecifických génov, ktoré sa stanú konštitutívne exprimovanými aj po kontrole hyperglykémie, čo môže prispieť k poškodeniu obličiek u pacientov s DKD [95]. Táto časť popisuje, ako regulácia transkripcie ovplyvňuje DKD.
4.1. Dysregulácia transkripčných faktorov a DKD
Transkripčné faktory sa viažu na špecifické sekvencie v promótoroch, aby regulovali transkripciu, a za podmienok s vysokým obsahom glukózy sa aktivujú mnohé dráhy signálnej transdukcie na reguláciu transkripcie, čo zase môže ovplyvniť vývoj DKD. Je dobre známe, že Wnt signalizácia sa kriticky podieľa na fibróze podocytov [96]; napríklad je známe, že vysoká hladina glukózy aktivuje dráhu prenosu signálu Wnt, čo vedie k fosforylácii -katenínu. Fosforylovaný katenín potom aktivuje transkripciu Snail1, MMP-7 a Fsp1 a podporuje dediferenciáciu podocytov a mezenchymálnu transformáciu, aby spôsobila fibrózu podocytov [97]. 2. transkripčný faktor homeoboxu kaudálneho typu (CDX2) môže aktivovať transkripciu a expresiu regulátora transmembránovej vodivosti cystickej fibrózy (CFTR) na potlačenie Wnt signalizácie a prevenciu fibrózy [98] a skorá štúdia ukázala, že expresia CDX2 zlepšila renálne tubulárne lézie v Pacienti s DKD a myšací model DKD [98].
ROS hrá dôležitú úlohu pri tubulointersticiálnej fibróze spôsobenej aktiváciou myofibroblastov [99]. Antioxidačný transkripčný faktor, NF-E2-príbuzný faktor 2 (NRF2), je známy tým, že aktivuje transkripciu glutatiónperoxidázy 2 (GPX2) na zvýšenie oxidačného stresu, zápalu a apoptózy, čo vedie k trvalému poškodeniu s renálnou fibrózou a DKD [100]. NRF2 je exprimovaný konštitutívne; je však degradovaný NRF2- Kelch-like ECH-asociovaným proteínom 1 (Keap1) prostredníctvom ubikvitín-proteazómovej dráhy [101]. Keďže Keap1 obsahuje reaktívne cysteínové zvyšky, ktoré môžu vytvárať adukty s oxidantmi a elektrofilmi na snímanie bunkového oxidačného stresu, NRF2 je stabilizovaný v podmienkach oxidačného stresu. NRF2 hrá ústrednú úlohu pri ochrane obličkových buniek pred oxidačným poškodením aktiváciou génov kódujúcich glutatión a NADPH na boj proti oxidačnému stresu [102] a môže ďalej aktivovať dráhu pentózofosfátu prostredníctvom produkcie NADPH, ktorá môže byť spojená s renoprotekciou pred oxidačným stresom. poškodenie [102].
FoxO1 je ďalší transkripčný faktor, ktorý je úzko spojený s DKD. O mnohých génoch regulovaných FoxO1 je známe, že zabraňujú renálnej tubulointersticiálnej fibróze a apoptóze, pričom obe hrajú dôležitú úlohu v patogenéze DKD [103]. Je známe, že vysoká hladina glukózy podporuje fosforyláciu FoxO1 v obličkách [104] na aktiváciu transkripcie génov zapojených do glukoneogenézy a glykogenolýzy, čím spôsobuje proteinúriu a renálnu fibrózu [105]. Ukázalo sa, že inhibícia funkcie FoxO1 prírodnými zlúčeninami alebo syntetickými liekmi zmierňuje poškodenie obličkových buniek v prostredí s vysokým obsahom glukózy [106]. Homológ 1 jazvečíka (DACH1) je ďalším transkripčným faktorom, ktorý súvisí s DKD. DACH1 prijíma proteín interagujúci s transaktivačnou doménou Pax (PTIP) na potlačenie transkripcie v podocytoch; to vyžaduje väzbu DNA špecifickú pre sekvenciu DACH1 a znižuje metyláciu histónu H3 na K4, aby sa aktivovala transkripcia NELL2 a zvýšilo sa poškodenie podocytov [107].
4.2. Vplyv génov regulovaných faktormi podobnými Krϋppelovi v DKD
Krϋppel-like faktory (KLF) sú skupinou transkripčných faktorov, ktoré zahŕňajú najmenej 27 proteínov. O mnohých z týchto členov KLF, vrátane KLF2, KLF4, KLF5, KLF6 a KLF15, je známe, že aktivujú gény v glomerulárnych endotelových bunkách alebo podocytoch na prevenciu fibrózy; aj keď sa zdá, že KLF 10 má škodlivý účinok na obličky [108–115]. Zapojenie KLF do DKD je podrobne uvedené v nasledujúcich podkapitolách.
4.2.1. Renoprotektívny účinok KLF
KLF2 aktivuje proteín tesného spojenia, okludín, aby sa zabránilo tvorbe medzier medzi endotelovými bunkami a zachovala sa integrita endotelovej bariéry [116]. V podmienkach vysokej hladiny glukózy je expresia KLF2 potláčaná FoxO1 [117], čo spôsobuje poškodenie glomerulárnych endotelových buniek a podocytov [113].
Expresia KLF4 znižuje metyláciu GpC na promótore nefrínu a promótoroch iných epiteliálnych markerov [111], aby chránila obličky za normálnych podmienok, ale bolo pozorované, že vysoké hladiny glukózy znižujú hladiny mediátorovej RNA KLF4 a zvyšujú expresiu inhibičného faktora migrácie makrofágov ( MIF) a MCP-1, v procese sprostredkovanom TGF- 1 a typicky potlačeným pomocou KLF4 [118]. TGF- 1 je kľúčovou hnacou silou renálnej fibrózy a expresia TGF- 1 podporuje rozvoj a progresiu ochorenia obličiek [119] a zároveň aktivuje expresiu Twist1 alebo Snail, aby sa predĺžila zástava G2/M a podporujú renálnu fibrózu [120]. KLF-4 pôsobí tak, že potláča proliferáciu a diferenciáciu buniek indukovanú TGF- 1 [121].
Okrem toho KLF5 významne tlmí expresiu Bax, kaspázy-3, kaspázy-8 a kaspázy-9 v podocytoch [122] blokovaním aktivácie mitogénom aktivovanej proteínkinázy (MAPK) cesty [122,123]. Predchádzajúca štúdia potvrdila, že regulácia P38-indukovanej apoptózy [124] a inhibícia apoptózy prostredníctvom dráh MAPK by mohla byť účinnou stratégiou na zníženie renálnej fibrózy [125].
Cytochróm c-oxidáza (COX) hrá kľúčovú úlohu v regulácii produkcie aeróbnej energie prostredníctvom mitochondriálneho dýchacieho reťazca. V podocytoch KLF6 reguluje mitochondriálnu funkciu prostredníctvom génu zostavy COX (SCO2), ktorý moduluje rovnováhu medzi mitochondriálnym dýchaním a glykolytickými dráhami, aby sa zabránilo mitochondriálnej dysfunkcii a apoptóze podocytov [109]. Okrem toho KLF15 inhibuje TGF- 1 prostredníctvom dráh ERK/MAPK a JNK/MAPK [126] a je kľúčovým regulátorom diferenciácie podocytov a ochrancom pred poškodením podocytov [127].
4.2.2. KLF10 Spôsobuje poškodenie obličiek v DKD
KLF10 má viacero úloh pri dysfunkcii a poranení podocytov. TGF- 1, kostný morfogenetický proteín-2 (BMP-2) a indukcia expresie KLF10 epidermálnym rastovým faktorom (EGF) hrajú dôležitú úlohu pri transkripcii génov, ako je Smad, ktorý je podieľajú sa na bunkovej proliferácii, apoptóze a diferenciácii [128]. KLF10 tiež inhibuje expresiu nefrínu prostredníctvom interakcie s DNA metyltransferázou 1 (DNMT1) na metyláciu promótora nefrínu [115] (obrázok 3).
Okrem toho KLF10 potláča transkripciu mnohých génov špecificky exprimovaných v podocytoch, vrátane tých, ktoré kódujú proteín Wilmsovho nádoru 1 (WT1), podocín, synaptofyzín a nefrín, čím v konečnom dôsledku aktivuje expresiu lyzín-špecifickej demetylázy (KDM6A), ktorá je nevyhnutná. na udržanie funkcie obličiek ako regulátora diferenciácie podocytov [129], na podporu globálneho epigenetického preprogramovania a spôsobenie aberantnej génovej expresie [115]. Nakoniec KLF10-indukovaná expresia KDM6A indukuje proteinúriu a ireverzibilné poškodenie obličiek pri diabetických podmienkach [115].
Obrázok 3. Hyperglykémiou indukovaná modifikácia nefrínu indukuje glomerulosklerózu. Ac: acetylácia; Dnmt1: DNA metyltransferáza 1; EndMT: prechod z endotelu na mezenchymálny; HDAC4: históndeacetyláza 4; IL-1: interleukín-1; KDM6A: lyzín-špecifická demetyláza; KLF 10: Krϋppelov faktor 10; Me: metylácia; TGF-: transformujúci rastový faktor; Ub: ubikvitinácia; WT1: proteín Wilmsovho tumoru 1. ↑: Zvýšenie úrovne expresie; ↓: Zníženie úrovne výrazu.
For more information:1950477648nn@gmail.com