Ochranné účinky kyseliny pachymovej pri akútnom poškodení obličiek

Kontakt:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

GUI-PING JIANG, YUE-JUANLIAO, L-LI HUANG, XU-JIAZENG & XIAO-HUI LIAO

Abstraktné

Akútne poškodenie obličiek(AKI) je bežné klinické ochorenie. Ferroptóza, nový typ regulačnej bunkovej smrti, zohráva dôležitú regulačnú úlohu v AKI (Akútne poškodenie obličiek). Kyselina pachydermová(PA), triterpenoid lanostánového typu z Poria cocos, bol hlásený ako ochranný proti AKI(Akútne poškodenie obličiek). Avšak ochranný mechanizmus PA(Kyselina pachymová) v AKI(Akútne poškodenie obličiek)ešte nie je úplne pochopené. Cieľom tejto štúdie bolo preskúmať účinok a molekulárny mechanizmus PA(Kyselina pachymová) na feroptózu pri renálnom ischemicko-reperfúznom poškodení in vio. Celkom 30 myšiam bolo intraperitoneálne podané 5, 10 a 20 mg/kg PA(Kyselina pachymová) na 3 dni. Na vyvolanie ischemicko-reperfúzneho poškodenia obličiek a vytvorenie modelu sa použila bilaterálna svorka obličkového pedikúla počas 40 minút. Výsledky ukázali, že liečba PA(Kyselina pachymová) zníženie sérového kreatinínu a dusíka močoviny v krvi a zlepšenie patologického poškodenia obličiek. Transmisná elektrónová mikroskopia neodhalila žiadne charakteristické zmeny vo feroptóze v mitochondriách obličkového tkaniva pri vysokodávkovanej PA(Kyselina pachymová) skupina a len mierny edém. Okrem toho liečba PA (Kyselina pachymová) zvýšil expresiu glutatiónu a znížil hladiny expresie malondialdehydu a cyklooxygenázy 2. Liečba PA(Kyselina pachymová) zvýšili hladiny expresie proteínov a mRNA proteínov súvisiacich s ferroptózou, glutatiónperoxidázy 4 (GPX4), rodiny nosičov rozpustených látok 7 (katiónový transportér aminokyselín, y plus systém), člena 11 (SLC7All) a hemoxygenázy 1 (HO{{6) }}) v obličkách a zvýšili hladiny expresie členov signálnej dráhy nukleárneho faktora erytroidného typu 2 ako 2 (NRF2). Celkovo vzaté, výsledky tejto štúdie naznačujú, že PA (Kyselina pachymová) má ochranný účinok na indukovanú ischémiu-reperfúziuakútne poškodenie obličieku myší, čo môže súvisieť s inhibíciou ferroptózy v obličkách prostredníctvom priamej alebo nepriamej aktivácie NRF2 a upreguláciou expresie downstream proteínov súvisiacich s ferroptózou, GPX4, SLCTA11 a HO-1.

schválený dr vita opc fdapreobličky

KLIKNITE SEM PRE PARTNERSTVO Ⅰ

Diskusia

Predchádzajúce štúdie ukázali, že PA (Kyselina pachymová) zlepšuje poškodenie obličiek pri AKI(Akútne poškodenie obličiek)a chronické ochorenie obličiek prostredníctvom protizápalového a antioxidačného stresu (21,22). Avšak, či PA(Kyselina pachymová) inhibuje feroptózu sa ešte neskúmalo. Podľa našich najlepších vedomostí bola táto štúdia prvou, ktorá skúmala účinok PA (Kyselina pachymová) na feroptózu pri IRI-AKI(Akútne poškodenie obličiek)V tejto štúdii sa na úspešné vytvorenie IRI a vyvolanie AKI použilo bilaterálne uchytenie obličkových stopiek u myší na 40 minút s následnou reperfúziou na 24 hodín.(Akútne poškodenie obličiek). Výsledky ukázali, že hladiny Scr a BUN boli v modelovej skupine významne zvýšené a renálne tubuly boli významne poškodené na základe farbenia H&E a Pallerovho skóre. Teda IRI-AKI(Akútne poškodenie obličiek)model bol skonštruovaný. Najmä podávanie PA (Kyselina pachymová) významne znížili IRI zvýšené hladiny Scr a BUN v sére a zmiernili poškodenie obličiek spôsobom závislým od dávky.

GPX4 hrá dôležitú úlohu pri feroptóze (30). Malé molekuly, ako sú elastín, RSL-3 a RSL-5(13), prostredníctvom rôznych signálnych dráh priamo alebo nepriamo inhibujú aktivitu GPX4, čím znižujú antioxidačnú kapacitu buniek, čo spôsobuje preťaženie reaktívnymi formami kyslíka a membránu reakcie peroxidácie lipidov a v konečnom dôsledku poškodzujú integritu bunkovej membrány a spôsobujú feroptózu buniek (13). U knockoutovaných myší GPX4 vedie nedostatok GPX4 k spontánnemu akútnemu renálnemu zlyhaniu a zvýšenej miere skorej úmrtnosti, zatiaľ čo ferroptóza renálnych tubulárnych epiteliálnych buniek je hlavnou príčinou renálneho zlyhania u GPX4 knockoutovaných myší (30). Zvýšenie aktivity GPX4 teda účinne inhibuje ferroptózu. Syntéza GSH, kofaktora nevyhnutného pre funkciu GPX4, priamo zvyšuje aktivitu GPX4. Syntéza GSH je ovplyvnená cystínom. Transport cystínu z extracelulárneho do intracelulárneho priestoru je do značnej miery závislý od cystín/glutamátového reverzného transportéra (systém xc-) na bunkovej membráne. Tento transportér je heterodimér zložený z dvoch podjednotiek, SLC7Al1(xCT) a SLC3A2. Prevážne transportuje glutamát do extracelulárneho priestoru a sprostredkúva vstup cysteínu do bunky (28). Inhibícia aktivity systému xc-ovplyvňuje syntézu GSH inhibíciou absorpcie cystínu, čo vedie k nečinnosti GPX4, zníženiu antioxidačnej kapacity buniek, akumulácii lipidových reaktívnych foriem kyslíka a nakoniec oxidačnému poškodeniu a feroptóze (31) . Yang et al (32) potvrdili, že prostaglandín-endoperoxid syntáza 2 (PTGS2), kódujúca COX-2, je vhodným markerom pre peroxidáciu lipidov, ku ktorej dochádza počas GPX4-regulovanej ferroptózy. Preto sa predpokladá, že upregulácia PTGS2 je downstream markerom ferroptózy. Posilnenie systému xc-, podpora absorpcie cystínu, zvýšenie produkcie GSH a zvýšenie aktivity GPX4 môže inhibovať feroptózu a znížiť poškodenie obličiek (32,33). Výsledky tejto štúdie ukázali, že aktivita xc systému sa znížila, syntéza GSH sa znížila, aktivita GPX4 sa znížila, expresia MDA a Cox-2 sa zvýšila a u IRI-AKI sa vyskytla ferroptóza(Akútne poškodenie obličiek)myši. Okrem toho liečba PA(Kyselina pachymová) významne zvýšili hladiny expresie GSH, xCT a GPX4 a znížili hladiny expresie MDA a Cox-2, čo naznačuje, že liečba strednými a vysokými dávkami PA(Kyselina pachymová) zvyšuje aktivitu systému xc‑, podporuje absorpciu cystínu, zvyšuje produkciu GSH, zvyšuje aktivitu GPX4 a inhibuje feroptózu.

NRF2, stresom indukovateľný transkripčný faktor, sa ukázal ako kľúčový regulátor peroxidácie lipidov aj feroptózy (23). Cieľovými génmi NRF2 sú najmä mnohé proteíny a enzýmy (napríklad GPX4, xCT a katalytické a modifikátorové podjednotky glutamát-cysteín ligázy) zodpovedné za prevenciu peroxidácie lipidov, a teda za spustenie ferroptózy (23). NRF2 zohráva kľúčovú úlohu pri regulácii metabolizmu železa/hému (34). Po aktivácii NRF2 NRF2 upreguluje proteíny súvisiace s metabolizmom železa, ktoré sa podieľajú na ferroptóze, ako je feritín (ľahký reťazec feritínu a ťažký polypeptid feritínu 1), intracelulárne zásobné proteíny železa (35), chelatáza železa a HO-1 (36). Adedoyin et al (37) uviedli, že HO‑1 v proximálnych renálnych tubulárnych epiteliálnych bunkách môže odolávať ferroptóze vyvolanej Erastinom v AKI(Akútne poškodenie obličiek), čím sa znižuje AKI(Akútne poškodenie obličieky). Okrem toho NRF2 reguluje proteázy zapojené do syntézy a metabolizmu GSH, ako sú katalytické a regulačné podjednotky glutamín-cysteín ligázy, glutatiónsyntáza a podjednotka cystín/glutamátového transportéra xCT (38-40). GPX4 je cieľový regulačný gén NRF2 (41). Li et al (42) preukázali, že predbežná liečba Roxadustatom (FG-4592) zmierňuje poškodenie obličiek vyvolané kyselinou listovou prostredníctvom antiferroptózy prostredníctvom Akt/GSK-3/NRF2 dráhy. Výsledky tejto štúdie ukázali, že podávanie stredných a vysokých dávok PA(Kyselina pachymová) priamo alebo nepriamo podporoval aktiváciu signálnej dráhy NRF2, upreguloval hladiny expresie downstreamových proteínov regulovaných ferroptózou, GPX4, xCT a HO-1, zvýšil hladiny GSH v obličkovom tkanive a znížil hladiny lipidov spojených s ferroptózou peroxidačný proteín, COX‑2 a indikátor oxidácie lipidov, MDA.

Celkovo vzaté, výsledky tejto štúdie naznačujú, že PA (Kyselina pachymová) môže zlepšiť funkciu obličiek a znížiť poškodenie obličiek pri IRI-AKI(Akútne poškodenie obličiek)myši. Tento ochranný účinok môže súvisieť s inhibíciou ferroptózy v obličkách prostredníctvom priamej alebo nepriamej aktivácie NRF2 a upregulácie downstream proteínov súvisiacich s ferroptózou, GPX4, xCT a HO‑1 (obr. 6). Táto štúdia však nie je bez obmedzení. Účinok PA(Kyselina pachymová) na feroptózu sa podrobne neskúmalo. Prospektívne štúdie by teda mali používať elastín, selektívny inhibítor systému xc‑, na inhibíciu aktivity xCT u myší a následne overiť, či inhibícia xCT indukuje feroptózu v bunkách myších obličiek, čo vedie k AKI(Akútne poškodenie obličiek)a či PA(Kyselina pachymová) inhibuje ferroptózu hlavne cestou xCT‑GPX4. Ďalšie štúdie mechanizmu sa musia vykonať in vitro. Okrem toho by sa PA mala použiť na liečbu renálnych tubulárnych epiteliálnych buniek, aby sa overil účinok PA(Kyselina pachymová) na feroptózu in vitro.

Obrázok 6. Schematický diagram navrhovaných molekulárnych mechanizmov pre PA(Kyselina pachymová) regulácia feroptózy pri IRI-AKI(Akútne poškodenie obličiek).PA(Kyselina pachymová) môže zlepšiť funkciu obličiek a znížiť poškodenie obličiek pri IRI-AKI(Akútne poškodenie obličiek)myši aktiváciou signálnej dráhy NRF2, GSH a downstream proteínov súvisiacich s ferroptózou (GPX4, xCT a HO-1) na inhibíciu ferroptózy v obličkách. PA,kyselina pachydermová; IRI, ischemicko-reperfúzne poškodenie; AKI(Akútne poškodenie obličiek); NRF2, nukleárny faktor odvodený od erytroidu 2 ako 2; GSH, glutatión; GPX4, glutatiónperoxidáza 4; HO-1, hemoxygenáza 1; xCT, glutamátový transportný systém; Glu, kyselina glutámová; Cys, cysteín.

Referencie

1. Hoste EAJ, Kellum JA, Selby NM, Zarbock A, Palevsky PM, Bagshaw SM, Goldstein SL, Cerda J a Chawla LS: Globálna epidemiológia a výsledky akútneho poškodenia obličiek. Nat Rev Nephrol 14: 607-625.2018.

2. Kaddourah A.Basu RK.Bagshaw SM a Goldstein SL: AWARE Výskumníci: Epidemiológia akútneho poškodenia obličiek u kriticky chorých detí a mladých dospelých. N Engl J Med 376: 11-20.2017.

3. Chertow GM, Burdick, Honor M, Bonventre JV a Bates DW: Akútne poškodenie obličiek, úmrtnosť, dĺžka pobytu a náklady u hospitalizovaných pacientov. J Am Soc Nephrol 16:3365-3370,2005.

4. Susantitaphong P, Cruz DN, Cerda J, Abulfaraj M, Alqahtani F Koulouridis I a Jaber BL; Poradná skupina pre akútne poškodenie obličiek Americkej nefrologickej spoločnosti: Svetový výskyt AKI(Akútne poškodenie obličiek): Metaanalýza. Clin JAm Soc Nephrol 8:1482-1493, 2013.

5. Ronco C, Bellomo R a Kellum JA: Akútne poškodenie obličiek. Lancet 394:1949-1964, 2019.

6. James MT, Bhatt M, Pannu Nand Tonelli M: Dlhodobé výsledky akútneho poškodenia obličiek a stratégie pre zlepšenie starostlivosti. Nat Rev Nephrol 16: 193-205, 2020.

7. Han SJ a Lee HT: Mechanizmy a terapeutické ciele ischemického akútneho poškodenia obličiek. Kidney Res Clin Pract 38: 427-440, 2019.

8. Priante G, GianeselloL, Ceol M, Del Prete D a England F: Bunková smrť v obličkách. Int J Mol Sci 20:3598,2019.

9. Martin-Sanchez D, Poveda J, Fontecha-Barriuso M, Ruiz-Andres O, Sanchez-Nino MD, Ruiz-Ortega M, Ortiz A a Sanz AB: Zacielenie na regulovanú nekrózu pri ochorení obličiek. Nefrologia 38: 125-135.2018.

10. Kers J. Leemans JCand Linkermann A: Prehľad dráh regulovanej nekrózy pri akútnom poškodení obličiek. Semin Nephrol 36:139-152, 2016.

11. Pefanis A, Perino FL, Murphy JM a Cowan PJ: Regulovaná nekróza pri ischemicko-reperfúznom poškodení obličiek. Kidney Int 96:291-301, 2019.

12. Hu Z, Zhang H, Yang SK, Wu X, He D, Cao K a Zhang W: Vznikajúca úloha feroptózy pri akútnom poškodení obličiek. Oxid Med Cell Longev 2019:8010614,2019.

13. Dixon SJ, Lemberg KM, Lamprecht MR, Skouta R, Zaitsev EM, Gleason CE, Patel DN, Bauer AJ, Cantley AM, Yang WS, et al: Ferroptóza: forma neapoptickej bunkovej smrti závislá od železa. Bunka 149: 1060-1072, 2012.

14. Li J, Cao F, Yin HL, Huang ZJ, Lin ZT, Mao N, Sun B a Wang G: Ferroptóza: Minulosť, prítomnosť a budúcnosť. Bunková smrť Dis 11:88,2020.

15. Linkermann A, Skouta R, Himmerkus N, Mulay SR, Dewitz C, De Zen F, Prokai A, Zuchtriegel G, Krombach F, Welz PS a kol.: Synchronizovaná renálna tubulárna bunková smrť zahŕňa ferroptózu. Proc Natl Acad Sci USA 111: 16836-16841, 2014.

16. Ling H, Zhang Y, Ng KY a Chew EH: Kyselina pachymová zhoršuje inváziu buniek rakoviny prsníka potlačením expresie matrix metaloproteinázy-9 závislej od jadrového faktora kB. Breast Cancer Res Treat 126: 609-620.2011.

17. Li FF, Yuan Y, Liu Y, Wu QQ, Jiao R, Yang Z, Zhou MQ a Tang QZ: Kyselina pachymová chráni kardiomyocyty H9c2 pred zápalom a apoptózou vyvolaným lipopolysacharidmi inhibíciou kinázy 1/2 regulovanej extracelulárnym signálom a p38 dráh. Mol Med Rep 12: 2807-2813, 2015.

18. Li JY, Wu HX a Yang G: Kyselina pachymová zlepšuje prežitie a zmierňuje akútne poškodenie pľúc u septických potkanov vyvolané podviazaním slepého čreva a punkciou.Eur Rev Med Pharmacol Sci 21:1904-1910.2017

19. Li TH, Hou CC, Chang CL a Yang WC: Antihyperglykemické vlastnosti surového extraktu a triterpénov z Cocos Poria. Evid Based Complement Alternat Med 2011: 128402,2011.

20. Shah VK, Choi JJ, Han JY, Lee MK, Hong JT a Oh KW: Kyselina pachymová zlepšuje spánkové správanie vyvolané pentobarbitalom prostredníctvom GABAA-ergických systémov u myší. Biomol Ther(Seoul)22:314-320. 2014.

21. Cai ZY, Sheng ZX a Yao H: Kyselina pachymová zlepšuje akútne poškodenie obličiek vyvolané sepsou potlačením zápalu a aktiváciou dráhy Nrf2/HO-1 u potkanov. Eur Rev Med Pharmacol Sci 21:{{5} },2017.

22. Chen DQ, Feng YL, Chen L, Liu JR, Wang M, Vaziri ND a Zhao YY: Poricoic acid A zvyšuje melatonínovú inhibíciu AKI(Akútne poškodenie obličiek)-prechod na -CKD reguláciou osi Gas6/AxINFxB/Nrf2. Free Radic Biol Med 134: 484-497, 2019.

23. Dodson M, Castro-Portuguez R a Zhang DD: NRF2 hrá rozhodujúcu úlohu pri zmierňovaní peroxidácie lipidov a feroptózy. Redox Biol 23:101107,2019.

24. Inštitút pre výskum laboratórnych zvierat National Research Council (USA): Príručka pre starostlivosť a používanie laboratórnych zvierat. Washington (DC): National Academies Press (US);1996.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK232589/doi: 10.17226/5140.

25. Wei Qand Dong Z: Myší model ischemického akútneho poškodenia obličiek: Technické poznámky a triky.Am J Physiol Renal Physiol 303:F1487-F1494,.2012.

26. Paller MS, Hoidal JR a Ferris TF: Voľné kyslíkové radikály pri ischemickom akútnom zlyhaní obličiek u potkanov. J Clin Invest 74:1156-1164, 1984.