Hoe acuut nierletsel de longcellen beïnvloedt?
Mar 11, 2022
Voor meer informatie:ali.ma@wecistanche.com
Deel Ⅱ: Oxidatieve stress na acuut nierletsel veroorzaakt verstoring van longcelcilia en hun vrijlating in de bronchoalveolaire spoelvloeistof en longletsel, die worden verergerd door Idh2-deletie
Yong Kwon Hana, Ji Su Kim, Gwan Beom Leea, Jae Hang Lim, Kwon Moo Park
Acuut nierletsel(AKI) veroorzaakt orgaanschade op afstand, wat een ernstige zorg is bij patiënten met AKI (Acuut nierletsel). Recente studies hebben aangetoond dat orgaanschade op afstand geassocieerd is met:oxidatieve stressvan organen en beschadiging van cilium, een op axonemen gebaseerd cellulair organel. Echter, de rol vanoxidatieve stressen trilhaartjes bij AKI (Acuut nierletsel)-geïnduceerde longbeschadiging moet nog worden gedefinieerd. Hier hebben we onderzocht of AKI (Acuut nierletsel)-geïnduceerde longbeschadiging is geassocieerd met mitochondrialeoxidatieve stressen trilhaarverstoring in longcellen. AKI (Acuut nierletsel) werd geïnduceerd in isocitraatdehydrogenase 2 (Idh2, een mitochondriaal antioxidant-enzym)-verwijderde (Idh2-/) en wildtype (Idh2 plus 7) muizen doornierischemie-reperfusie (IR). Een groep muizen werd behandeld met Mito-TEMPO, een mitochondria-specifieke antioxidant.NierIR veroorzaakte longbeschadigingen, waaronder verdikking van het alveolaire septum, alveolaire schade en accumulatie van neutrofielen in de long, en verhoogde eiwitconcentratie en totaal aantal cellen in bronchoalveolaire spoelvloeistof (BALF). In aanvulling,nierIR veroorzaakte fragmentatie van longepitheelcelcilia en de afgifte van fragmenten in BALF. Nier-IR verhoogde ook de productie van superoxide, lipideperoxidatie en mitochondriale en kernen-DNA-oxidatie in de longen en verminderde IDH2-expressie. Longoxidatieve stressen letsel afhankelijk van de mate vannierblessure, Idh2-deletie verergerde nier-IR-geïnduceerde longbeschadigingen. Behandeling met Mito-TEMPO verzwakte nier-IR-geïnduceerde longbeschadigingen, met grotere verzwakking bij Idh2-7-dan Idh2 plus/plus muizen. Onze gegevens tonen aan dat AKI (Acuut nierletsel)induceert de verstoring van trilhaartjes en beschadigt cellen viaoxidatiefspanningin longepitheelcellen, wat leidt tot het vrijkomen van verstoorde ciliaire fragmenten in BALF.
nierziekte: AKI (acute nierbeschadiging)
Klik om Cistanche voor acuut nierletsel en cistanche tubulosa voordelen en bijwerkingen
Idh2-deletie verergert nier-IR-geïnduceerde longbeschadiging.
Ten slotte hebben we de rol van IDH2 op nier-IR-geïnduceerde longbeschadiging onderzocht. Om de rol van IDH2 op de longen te definiërenoxidatieve stressen longbeschadiging onder omstandigheden van geen of minimale verschillen in nierbeschadiging, induceerden we 35 minuten nierischemie gevolgd door 4 uur reperfusie bij vrouwelijke Idh2-/- en Idh2 plus / muizen op basis van twee punten; 1) vrouwelijke muizen zijn minder vatbaar voor IR-schade aan de nieren en 4 uur reperfusie veroorzaakt minder ernstige nierschade dan 24 uur reperfusie [3,39,40]. Zoals verwacht. 35 min ischemie en 4 uur reperfusie verhoogde BUN-concentraties in zowel Idh2~/ als Idh2 plus/muizen zonder significant verschil in BUN tussen Idh2-/ en Idh2/plus muizen (Fig. 7A). Longbeschadiging, waaronder verhoogde infiltratie van neutrofielen en verdikking van het alveolaire septum, was echter groter bij Idh2-7-muizen dan bij Idh2 plus 7 plus muizen (Fig. 7B). In overeenstemming met histologische schade waren ongeveer 58,5 procent eiwitconcentratie en 37,8 procent totaal aantal cellen in BALF van Idh2-/- muizen hoger dan die in BALF van Idh2 plus/plus muizen (Fig. 7C en D). Er werden geen significante verschillen in BUN en longbeschadiging tussen Idh2-/muizen en Idh2 plus/plus muizen waargenomen na schijnoperatie (Fig. 7A-D). Deze resultaten geven aan dat de deficiëntie van het IDH2-gen, een mitochondriaal antioxidant-enzym, nier-IR-geïnduceerde longbeschadiging verergert.
Om de rol van IDH2 en mitochondriaal verder te bevestigenoxidatieve stressAannierIR-geïnduceerde longbeschadiging, hebben we geëvalueerd of Mito-TEMPO de toename van de eiwitconcentratie en het celaantal in BALF na nier-IR remt. Mito-TEMPO-behandeling verhinderde de toename van de eiwitconcentratie en het totale aantal cellen na nier-IR in zowel Idh2-/muizen als Idh2 plus/plus muizen. Deze preventie was groter bij Idh2-/-muizen dan bij Idh2 plus / muizen (ongeveer 32,2 procent in Idh2 plus / en 38,6 procent in Idh2-/- in eiwitconcentratie in BALF en 8,4 procent in Idh2 plus / plus en 35,4 procent in Idh2-7-in totaal aantal cellen in BALF) (Fig. 7C en D). Mito-TEMPO verlaagde de BUN-niveaus enigszins bij beide muizen, maar dit was niet statistisch significant (Fig. 7A) . Deze resultaten geven aan dat IDH2 een belangrijke rol speelt bij nier-IR-geïnduceerde longbeschadiging.
Fig.7. Grotere longbeschadiging na nier-IR bij Idh2-/-muizen dan bij Idh2 plus/plus-muizen en grotere preventie van nier-IR-geïnduceerde longbeschadiging door Mito-TEMPO in Idh2-/- muizen dan in Idh2 plus /mice.Vrouwelijke Idh{{0}}verwijderde (dh2-7) en wildtype (Idh2 plus /) nestgenoten werden onderworpen aan 35 minuten bilaterale nierischemie. Sommige muizen kregen tweemaal Mito-TEMPO(Mito-T,0,7 mg/kg lichaamsgewicht, IP.)17 en 1 uur voor ischemie toegediend. Long, BALF en bloed werden 4 uur na ischemie verzameld. (A) De BUIN in plasma werd gemeten zoals beschreven in de materialen en methoden (n =4). (B) Perfusie-gefixeerde longweefsels werden gesneden in 3-um dikke secties, die vervolgens werden onderworpen aan H&E-kleuring (n= 3). (C. D) De eiwitconcentratie en het totale aantal cellen in BALF werden gemeten zoals beschreven in de materialen en methoden (n =4). Resultaten worden uitgedrukt als de gemiddelden ± SEM (n =3-4).
Nier-IR verhoogde significant 4-HNE-expressie in longen bij zowel Idh2-/- als Idh2 plus /muizen 4 uur na nierischemie, en deze toename was groter bij Idh2-/muizen dan bij Idh2 plus / plus muizen (p<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="">oxidatieve stress.
Afb.8. grotere longoxidatieve stressen trilhaarbeschadiging na nier-IR bij Idh2-/- muizen dan bij Idh2 plus/plus muizen en grotere preventie van stress en schade door Mito-TEMPO bij Idh2-7muizen dan bij Idh27muizen.Vrouwelijke Idh{{0}}verwijderde (Idh2-7-) en wildtype (Idh2 plus 7 plus) nestgenoten werden onderworpen aan 35 minuten bilaterale nierischemie (isch) of schijnoperatie. Sommige muizen kregen tweemaal Mito-TEMPO (Mito-T, 0,7 mg/kg lichaamsgewicht,ip) of vehikel 17 en 1 uur voor ischemie toegediend. Long en BALF werden 4 uur na ischemie verzameld. (AD,F,G)4-HNE-expressie in de longweefsels en BALF werd geëvalueerd door middel van Western-blot-analyse (n =3-4). controle. De dichtheden van de banden werden gemeten met behulp van de ImageJ-software. (E)Het superoxidegehalte in het longweefsel werd gemeten (n=4). (FK)4-HNE, Arl13B, ac- -tubuline (ac- -tub) en -tubuline (-tub)expressies in BALF werden geanalyseerd met western blotting (n =4 ). De dichtheden van banden werden gemeten met behulp van de ImageJ-software. Resultaten worden uitgedrukt als de gemiddelden ± SEM (n=4).
4. Discussie
In de huidige studie rapporteren we dat nier-IR-geïnduceerde longbeschadiging wordt verergerd door Idh2-deletie en dat mitochondriale antioxidantbehandeling de nier-IR-geïnduceerde longbeschadiging verzwakt. Bovendien induceert nier-IR de verstoring van trilhaartjes in longcellen viaoxidatieve stressen de resulterende verstoorde ciliaire fragmenten en eiwitten worden vrijgegeven in BALF. Belangrijk is dat deze verstoring van trilhaartjes wordt voorkomen door mitochondriën-specifieke antioxidantbehandeling. Daarentegen verergert Idh2-deletie de door IR veroorzaakte verstoring van de cilia van de longcellen. Deze gegevens geven aan dat nier-IR de redoxbalans in longcellen op een ischemische-tijdafhankelijke manier schaadt, wat resulteert inoxidatieve stressvan longweefsel en verstoring van de trilhaartjes. Bovendien omvat verstoring van de trilharen, althans gedeeltelijk, AKI (Acuut nierletsel)-geïnduceerde longbeschadiging. Voor zover wij weten, is dit het eerste rapport dat aantoont dat AKI (Acuut nierletsel)veroorzaakt de verstoring van trilhaartjes in longcellen dooroxidatieve stressen de resulterende verstoorde ciliaire fragmenten en eiwitten worden vrijgegeven in BALF. Deze resultaten geven aan dat de preventie van trilhaarverstoring een nieuwe strategie zou kunnen zijn voor de behandeling van AKI (Acuut nierletsel)-gerelateerde ALI. Bovendien geven deze gegevens aan dat ciliaire eiwitten en fragmenten in BALF kunnen worden gebruikt als indicatoren voor longbeschadiging.
Nier-IR-geïnduceerd orgaanletsel op afstand is een complex proces waarbij tal van factoren een rol spelen [4,8,41,42]. Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat ROS enoxidatieve stressbijdragen aan orgaanschade op afstand na nierbeschadiging [4,8,41]. Bij longbeschadiging na nier-IR is voorgesteld dat neutrofielen, die in de long zijn geïnfiltreerd, functioneren als belangrijke ROS-producerende cellen in de long na de stimulatie van cytokinen die in de beschadigde nier worden geproduceerd. Deze productie van ROS veroorzaakt vervolgens extra ROS-verhogingen in de long via de activering van het ROS-producerende systeem en de remming van het ROS-scavenging-systeem, of beide [5,43]. Onlangs hebben Hepokoski, M. et al. meldde dat de extracellulaire accumulatie van mitochondriale DAMP's in de nieren wordt veroorzaakt door AKI (Acuut nierletsel), beïnvloedt metabole routes in de longen en induceert mitochondriale disfunctie [42]. In de huidige studie vonden we verhoogde infiltratie van neutrofielen in de longen na nier-IR, afhankelijk van de nierischemische tijd, dwz de ernst van nier-IR-beschadiging. We ontdekten ook dat nier-IR de vorming van superoxide, lipideperoxidatie en DNA-oxidatie verhoogt in een breed scala van longweefsels, waaronder interstitiële alveolaire septa, alveolaire en luchtwegepitheel. Bovendien vonden we een afname van IDH2-expressie in het longweefsel na nier-IR. Deze gegevens geven aan dat longcellen worden blootgesteld aan:oxidatieve stressvolgendnierIR en dat dit toenamoxidatieve stress, waaronder die door de mitochondriën van longcellen, kan cel- en weefselbeschadiging en disfunctie veroorzaken. Verder vermindert mitochondria-specifieke antioxidantbehandeling nier-IR-geïnduceerde longbeschadiging en remt het de vorming van superoxide en de oxidatie van lipiden en DNA in de longen.
nierziekte: oxidatieve stress op de nieren
IDH2 katalyseert de oxidatieve decarboxylering van isocitraat tot -ketoglutaraat in de mitochondriën, vergezeld van de reductie van NADP tot NADPH [31,32,35,44]. NADPH is een bron van reducerende equivalenten voor zowel de thioredoxine- als de glutathionsystemen van peroxideontgifting [31,32,35,44,45]. Onlangs hebben Park et al. rapporteerde dat Idh2-deficiëntie de gevoeligheid voor door acroleïne geïnduceerde longtoxiciteit in Lewis-longcarcinoomcellen en muizen verhoogt door de verstoring van de mitochondriale redoxbalans, wat leidt tot mitochondrialeoxidatiefspanningen apoptose [31]. In deze studie ontdekten we dat nier-IR de IDH2-expressie in de longen verminderde en dat Idh2-deletie bij muizen nier-IR-geïnduceerde longbeschadiging verergerde enoxidatieve stress. Bovendien verminderde de toevoer van mitochondriale antioxidanten longbeschadiging en longschadeoxidatieve stressmet grotere reducties bij Idh2-verwijderde muizen dan bij wildtype nestgenoten. Deze gegevens geven aan dat nier-IR-geïnduceerde longbeschadiging geassocieerd is met verminderde IDH2-functie en een daaropvolgende toename van mitochondrialeoxidatieve stress. Bovendien kunnen er sekseverschillen zijn in longletsel en longschadeoxidatieve stress(let op afb. 1 en 7). Hoewel we echter grotere longbeschadiging vonden enoxidatieve stressen groter beschermend effect van Mito-TEMPO in Idh2-deficiënte vrouwelijke muizen dan in wildtype vrouwelijke muizen, bij vergelijkbare niveaus na de nier BUN (op hun beurt onder een vergelijkbare mate van nierbeschadiging), een associatie van de de ernst van nierletsel kan niet volledig worden genegeerd vanwege de afhankelijkheid van longletsel van nierletsel. Dit kan worden beantwoord door het gebruik van longspecifieke antioxidantafgiftesystemen of longcelspecifieke conditionele knock-dieren.
De ciliaire lengte in cellen wordt dynamisch veranderd onder zowel fysiologische als pathofysiologische omstandigheden. Recente studies hebben aangetoond dat abnormale verandering van de lengte van de trilhaartjes geassocieerd is met de ontwikkeling en progressie van verschillende ziekten, en dat trilhaartjes geassocieerd zijn met de mitochondriale functie [17-20,43,46,47]. Onder fysiologische omstandigheden vindt verandering in de lengte van de trilharen plaats door ofwel reabsorptie ofwel verlenging tijdens de normale celcyclus [48-51]. Resorptie is een normaal proces waarbij cellen de cilium terugtrekken in de cel tijdens de progressie van de GO/Gl-fase naar de S- naar G2-fasen van de celcyclus, en volledige reabsorptie van de cilia plaatsvindt vóór mitose [48-51]. Recente studies hebben aangetoond dat verkorting van de trilhaartjes wordt veroorzaakt door celbeschadiging [17-20,46,52]. In eerdere studies vonden we dat AKI (Acuut nierletsel)induceert de verstoring van cilia in tubulaire epitheelcellen van de nieren als gevolg van:oxidatieve stress[18-20]. Verder vonden we dat lever-IR-schade de deciliatie van primaire cilia van tubulaire cellen van verre nieren induceert als gevolg vanoxidatieve stressinniertubuluscellen en dat deze deciliatie wordt voorkomen door een behandeling met antioxidanten [20]. Bovendien activeert primaire cilia-deficiëntie de epitheliale naar mesenchymale overgang, wat cruciaal is voor de progressie van fibrose [53], wat aangeeft dat cilia geassocieerd zijn met de progressie van reacties na het letsel. In de huidige studie ontdekten we dat nier-IR de verstoring van longcelcilia veroorzaakt, en deze verstoorde ciliaire fragmenten worden vrijgegeven in BALF. Bovendien verbeterde Idh2-verwijdering AKI (Acuut nierletsel)-geïnduceerde trilhaarverstoring, terwijl behandeling met Mito-TEMPO nier-IR-geïnduceerde beschadiging van de longtrilhaartjes voorkwam, met grotere preventieve effecten bij Idh2-/muizen dan bij Idh2 plus/plus-muizen. Bovendien ontdekten we dat BALF-bevattende moleculen sterk geoxideerd zijn en dat Mito-TEMPO-injectie de oxidatie van BALF-inhoud vermindert. Daarom speculeren we dat ROS enoxidatieve stresstrilhaartjes veroorzaken. Ter ondersteuning hiervan vonden we in eerdere studies dat hoge concentraties waterstofperoxide de trilhaartjes in niertubuluscellen verstoren [18].
De long is typisch een beweeglijk cilia-rijk weefsel en de disfunctie van respiratoire trilharen is gekoppeld aan verminderde mucociliaire klaring, borstinfecties en de progressieve vernietiging van de longarchitectuur [54]. In het apicale gebied van de bronchioli hebben trilhaarcellen overvloedige mitochondriën om ATP te produceren voor de ciliaire beweging [13]. Studies hebben gemeld dat mitochondriale schade in trilhaarcellen disfunctie van zowel trilhaartjes als longcellen veroorzaakt, wat kan leiden tot een overvloed aan ROS [55,56]. Verschillende onderzoeken hebben gemeld dat verminderde mitochondriale dynamiek en mitochondriale schade geassocieerd zijn met longziekten [56,57]. In deze huidige studie hebben we ook gevonden dat nier-IR een abnormale toename van de vorming van superoxide en mitochondriale splitsing in de long veroorzaakt. Bovendien vonden we toenames in ciliaire fragmenten en eiwitten in BALF van nier-IR-muizen. Daarom speculeerden we dat de deciliatie, althans gedeeltelijk, verband houdt met AKI (Acuut nierletsel)-geïnduceerde ALI. We konden echter niet onderscheiden welke soorten trilhaartjes zijn verstoord en welke cellen belangrijke cellen zijn die ciliaire fragmenten vrijgeven onder longcellen vanwege het ontbreken van specifieke markers van primaire en beweeglijke trilhaartjes en histologische studiebeperkingen. Deze beperking kan worden overwonnen in aanvullende experimenten met behulp van longspecifieke medicijnafgiftesystemen of longspecifieke ciliaire genese-geassocieerde gentargeting. Onze gegevens tonen echter duidelijk aan dat AKI (Acuut nierletsel)-gerelateerde ALI wordt geassocieerd met trilhaarverstoring enoxidatieve stressvan longcellen.
behandeling van acuut nierletsel en verbeterde nierfunctie: cistanche
Dankbetuigingen
Deze studie werd ondersteund door een subsidie van de National Research Foundation of Korea (NRF)(NRF-202OR1A2C2006903, MIST)gefinancierd door het Ministerie van Wetenschap en ICT(MIST) en een subsidie van het Korea Health Technology R&D Project ( HI15C0001) via het Korea Health Industry Development Institute (KHIDD gefinancierd door het ministerie van Volksgezondheid en Welzijn, Koreaanse overheid.
Referenties
[1] F.Fani, et al., Recente ontwikkelingen in de pathogenetische mechanismen van sepsis-geassocieerdeacuut nierletsel, J. Nephrol.31 (2018)351-359.
[2] HSJang, et al., Activering van ERK versnelt het herstel van tubulaire epitheelcellen van de nier, terwijl het de progressie van fibrose na ischemie/reperfusiebeschadiging remt, Biochim. Biofysica. Acta 1832 (2013)1998-2008.
[3] KMPark, A. Chen, JVBonventre, Preventie vannierischemie/reperfusie-geïnduceerd functioneel letsel en JNK, p38 en MAPKkinaseactivering door ischemische voorbehandeling op afstand, J. Biol. Chem.276(2001)11870-11876.
[4] S. Faubel, CL Edelstein, Mechanismen en mediatoren van longbeschadiging naacuut nierletsel, Nat. Rev.Nephrol. 12 (2016)48-60.
[5] SA Lee.M. Cozzi. EL. Bush. H, Rabb.Distante orgaandisfunctie inacuut nierletsel: een recensie, Am. J. Nierdis.72(2018)846-856.
[6] LE White, HT.Hassoun, Ontstekingsmechanismen van orgaanoverspraak tijdens ischemischeacuut nierletsel, Internet J. Nephrol. 2012 (2012), 505197.
Opmerking:het bovenstaande is geen volledige referentielijst