Jak akutní poškození ledvin ovlivňuje plicní buňky?

Další information:ali.ma@wecistanche.com

Část II.:Oxidační stres po akutním poškození ledvin způsobuje narušení řasinkových plicních buněk a jejich uvolňování do bronchoalveolární výplachové tekutiny a poškození plic, které se zhoršuje delecí Idh2

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

Akutní poškození ledvin(AKI) vyvolává poranění vzdálených orgánů, což je vážný problém u pacientů s AKI (Akutní poškození ledvin). Nedávné studie prokázaly, že vzdálené poškození orgánů je spojeno soxidační stresorgánů a poškození řasinky, buněčné organely na bázi axonmu. Úlohaoxidační stresa poškození řasinek u AKI (Akutní poškození ledvin)-indukované poškození plic je ještě třeba definovat. Zde jsme zkoumali, zda AKI (Akutní poškození ledvin)-indukované poškození plic je spojeno s mitochondriálníoxidační stresa narušení řasinek v plicních buňkách. AKI (Akutní poškození ledvin) byl indukován u isocitrátdehydrogenázy 2(Idh2, mitochondriální antioxidační enzym)-odstraněný (Idh2-/) a divokých (Idh2+7) myšíledvinaischemie-reperfuze (IR). Skupina myší byla léčena Mito-TEMPO, antioxidantem specifickým pro mitochondrie.LedvinaIR způsobila poranění plic, včetně zahušťování alveolárního septa, alveolárního poškození a akumulace neutrofilů v plicích a zvýšené koncentrace bílkovin a celkového počtu buněk v bronchoalveolární lavážní tekutině (BALF). NavícledvinaIR způsobil fragmentaci řasinky plicních epiteliálních buněk a uvolnění fragmentů do BALF, Ledviny IR také zvýšily produkci superoxidu, peroxidace lipidů a oxidaci DNA mitochondriálních a jader v plicích a snížily expresi IDH2. Plíceoxidační stresa újma závisela na stupniledvinaZranění, Idh2 delece zhoršila poranění plic vyvolané IR. Léčba Mito-TEMPO oslabenými poraněními plic vyvolanými IR, s větším útlumem u myší Idh2-7-než u myší Idh2+/+. Naše data ukazují, že AKI(Akutní poškození ledvin)indukuje narušení řasinky a poškozuje buňky prostřednictvímoxidačnístresv plicních epiteliálních buňkách, což vede k uvolnění narušených ciliárních fragmentů do BALF.

onemocnění ledvin: AKI (Akutní poškození ledvin)

Klikněte na Cistanche pro akutní poškození ledvin a cistanche tubulosa výhody a vedlejší účinky

KLIKNĚTE ZDE PRO ČÁST I.

Odstranění Idh2 zhoršuje poškození plic vyvolané IR ledvinami.

Nakonec jsme zkoumali roli IDH2 na poškození plic vyvolané INFRAČERVENOU ledvinou. Definovat roli IDH2 na plicíchoxidační stresa poškození plic za podmínek bez nebo minimálních rozdílů poškození ledvin, jsme vyvolali 35 minut ischemie ledvin následované 4 h reperfuze u samic Idh2-/- a Idh2+/ myší na základě dvou bodů; 1)samice myší jsou méně náchylné k poškození ledvin IR a 4 h reperfuze způsobuje méně závažné poškození ledvin než 24 h reperfuze [3,39,40]. Podle očekávání. 35 minut ischemie a 4 h reperfuze zvýšily koncentrace BUN u myší Idh2~/a Idh2+/ bez významného rozdílu v BUN mezi Idh2-/ a Idh2/+ myší (obr. 7A). Avšak poškození plic včetně zvýšené infiltrace neutrofilů a zahušťování alveolárního septa bylo větší u myší Idh2-7 než u myší Idh2+7+(obr. 7B). V souladu s histologickým poškozením byla přibližně 58,5 % koncentrace bílkovin a 37,8 % celkový počet buněk v BALF myší Idh2-/- vyšší než u BALF myší Idh2+/+ (obr. 7C a D). Po předstírané operaci nebyly pozorovány žádné významné rozdíly v BUN a poškození plic mezi Idh2-//myší a Idh2+/+ (obr. 7A-D). Tyto výsledky naznačují, že nedostatek genu IDH2, mitochondriálního antioxidačního enzymu, zhoršuje poškození plic vyvolané IR ledvinami.

Dále potvrdit úlohu IDH2 a mitochondriálníchoxidační stresnaledvinaIR-indukované poškození plic, jsme hodnotili, zda Mito-TEMPO inhibuje zvýšení koncentrace proteinů a počtu buněk v BALF po IR ledvin. Léčba Mito-TEMPO zabránila zvýšení koncentrace bílkovin a celkového počtu buněk po IR ledvin u myší Idh2-/myší i Idh2+/+. Tato prevence byla větší u myší Idh2-/-než u myší Idh2+/ (přibližně 32,2 % u Idh2+/ a 38,6 % u Idh2-/- v koncentraci proteinů u BALF a 8,4 % u Idh2+/+ a 35,4 % u celkového počtu buněk Idh2-7-in u BALF) (obr. 7C a D). Mito-TEMPO mírně snížil hladiny BUN u obou myší, ale to nebylo statisticky významné (obr. 7A). Tyto výsledky naznačují, že IDH2 hraje důležitou roli při poranění plic vyvolaném IR ledvinami.

Obr.7.Větší poškození plic po IR ledvin u Idh2-/-myší než u myší Idh2+/+ a větší prevence poškození plic vyvolaného IR ledvin mito-TEMPO u Idh2-/-myší než u Idh2+/myší.Samice Idh2-smazané (dh2-7) a divoký typ (Idh2+/) littermates byly vystaveny 35 minut bilaterální renální ischemii. Některým myším byl podán Mito-TEMPO(Mito-T,0,7 mg/kg BW, IP.) 17 a 1 h před ischemií, dvakrát. Plíce, BALF a krev byly odebrány 4 hodiny po ischemii. (A) BUIN v plazmě byl měřen tak, jak je popsáno v materiálech a metodách (n = 4). (B) Perfuzní fixované plicní tkáně byly rozřezány na 3-um tlusté části, které pak byly podrobeny H&E barvení (n = 3). (C. D) Koncentrace proteinu a celkový počet buněk v BALF byly měřeny tak, jak je popsáno v materiálech a metodách (n = 4). Výsledky jsou vyjádřeny jako střední ± SEM (n = 3-4).

Infuzní infuze ledvin významně zvýšila expresi 4-HNE v plicích u Idh2-/-a Idh2+/myší 4 h po ischemii ledvin a toto zvýšení bylo větší u Idh2-/myší než u myší Idh2+/+ (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="">oxidační stres.

Obr.8. Plíce většíoxidační stresa poškození řasinek po IR ledvin u myší Idh2-/- než u myší Idh2+/+ a větší prevence stresu a poškození Mito-TEMPO u Idh2-7mice než u Idh27mice.Samice Idh2-deleted(Idh2-7-)a divokých (Idh2+7+)littermates byly podrobeny buď 35 minutám bilaterální renální ischémie (isch) nebo předstírané operaci. Některým myším byl podáván buď Mito-TEMPO (Mito-T,0,7 mg/kg BW,i.p.) nebo vozidlo 17 a 1h před ischemií, dvakrát. Plíce a BALF byly odebrány 4 hodiny po ischemii. (A-D,F,G)4-HNE exprese v plicních tkáních a BALF byla hodnocena analýzou Western blot (n = 3-4). GAPDHwas se používá jako kontrola nakládky. Hustoty pásem byly měřeny pomocí softwaru ImageJ. (E) Byla měřena hladina superoxidu v plicní tkáni (n = 4). (F-K)4-HNE, Arl13B, ac-α-tubulin (ac-α-tub) a α-tubulin (α-tub) exprese v BALF byly analyzovány western blottingem (n = 4). Hustoty pásem byly měřeny pomocí softwaru ImageJ. Výsledky jsou vyjádřeny jako střední ± SEM (n = 4).

4. Diskuse

V této studii uvádíme, že poškození plic vyvolané IR ledvinami se zhoršuje delecí Idh2 a že mitochondriální antioxidační léčba zmírňuje poškození plic vyvolané IR ledvinami. Kromě toho ledvin IR indukuje narušení řasinky v plicních buňkách prostřednictvímoxidační stresa výsledné narušené ciliární fragmenty a proteiny se uvolňují do BALF. Důležité je, že tomuto narušení řasinek je zabráněno antioxidační léčbou specifickou pro mitochondrie. Naproti tomu Idh2-delece zhoršuje ir indukované narušení plicních buněk řasinek ledvin. Tyto údaje naznačují, že infračervená látka ledvin narušuje redoxní rovnováhu v plicních buňkách ischemickým a časově závislým způsobem, což vede koxidační stresnarušení plicní tkáně a řasinky. Navíc narušení řasinek, alespoň částečně, zahrnuje AKI(Akutní poškození ledvin)-indukované poškození plic. Podle našeho nejlepšího vědomí je toto první zpráva, která ukazuje, že AKI(Akutní poškození ledvin)způsobuje narušení řasinek v plicních buňkáchoxidační stresa výsledné narušené ciliární fragmenty a proteiny se uvolňují do BALF. Tyto výsledky naznačují, že prevence narušení řasinek by mohla být novou strategií pro léčbu AKI(Akutní poškození ledvin)-související ALI. Navíc tyto údaje naznačují, že ciliární proteiny a fragmenty v BALF by mohly být použity jako indikátory poškození plic.

Poranění vzdálených orgánů vyvolané IR ledvinami je složitý proces, ve kterém se podílí řada faktorů [4,8,41,42]. Několik studií prokázalo, že ROS aoxidační strespřispívat ke vzdálenému poškození orgánů po poranění ledvin [4,8,41]. Při poškození plic po IR ledvin bylo navrženo, že neutrofily, které jsou infiltrovány do plic, fungují jako hlavní buňky produkující ROS v plicích po stimulaci cytokinů produkovaných v poraněné ledvině. Tato produkce ROS následně způsobuje další zvýšení ROS v plicích aktivací systému produkujícího ROS a inhibicí systému vychytávání ROS nebo obojího [5,43]. Nedávno Hepokoski, M. et al. uvedli, že extracelulární akumulace ledvinových mitochondriálních DAMP je způsobena AKI(Akutní poškození ledvin), ovlivňuje plicní metabolické dráhy a indukuje mitochondriální dysfunkci [42]. V této studii jsme zjistili zvýšenou infiltraci neutrofilů do plic po IR ledvin, v závislosti na ischemické době ledvin, tj. závažnosti ir poškození ledvin. Také jsme zjistili, že ledviny IR zvyšuje tvorbu superoxidu, peroxidaci lipidů a oxidaci DNA v širokém spektru plicních tkání, včetně intersticiálních alveolárních sept, alveolárních a epitelů dýchacích cest. Navíc jsme zjistili pokles exprese IDH2 v plicní tkáni po IR ledvin. Tyto údaje naznačují, že plicní buňky jsou vystavenyoxidační stresnásledujícíledvinaIR a že se to zvýšilooxidační stres, včetně mitochondrií plicních buněk, může způsobit poškození buněk a tkání a dysfunkci. Dále, mitochondriem specifická antioxidační léčba snižuje poškození plic vyvolané IR ledvinami a inhibuje tvorbu superoxidů a oxidaci lipidů a DNA v plicích.

onemocnění ledvin: oxidační stres na ledvinách

IDH2 katalyzuje oxidační dekarboxylaci isocitrátu na α-ketoglutarát v mitochondriích, doprovázenou redukcí NADP na NADPH [31,32,35,44]. NADPH je zdrojem redukčních ekvivalentů pro thioredoxinový a glutathionový systém peroxidové detoxikace [31,32,35,44,45]. Nedávno Park a kol. uvedli, že nedostatek Idh2 zvyšuje náchylnost k plicní toxicitě vyvolané akroleinem v Lewisových buňkách karcinomu plic a myších prostřednictvím narušení mitochondriální redoxní rovnováhy, což vede k mitochondriálníoxidačnístresa apoptózy [31]. V této studii jsme zjistili, že IR ledvin snížil expresi IDH2 v plicích a že delece Idh2 u myší zhoršila poškození plic vyvolané IR ledvinami aoxidační stres. Kromě toho mitochondriální antioxidační zásoba snížila poškození plic a plicoxidační stress větším snížením počtu myší s odstraněním Idh2 než u divokých typů vrhů. Tyto údaje naznačují, že poškození plic vyvolané INFRAČERVENOU INFUZí ledvin je spojeno se sníženou funkcí IDH2 a následným zvýšením mitochondriálníchoxidační stres. Kromě toho mohou existovat rozdíly mezi pohlavími v poranění plic a plicoxidační stres(poznámka obr. 1 a 7). Nicméně, i když jsme zjistili větší poškození plic aoxidační stresa větší ochranný účinek Mito-TEMPO u myší s deficitem Idh2 než u divokých samic myší, při podobných hladinách post-ledvinového BUN (zase při podobném stupni poškození ledvin), souvislost závažnosti poškození ledvin nemusí být zcela ignorována kvůli závislosti poškození plic na poškození ledvin. Na to lze odpovědět použitím antioxidačních systémů specifických pro plíce nebo podmíněných klepání zvířat specifických pro plicní buňky.

Délka ciliárních buněk se dynamicky mění za fyziologických i patofyziologických podmínek. Nedávné studie prokázaly, že abnormální změna délky řasinek je spojena s vývojem a progresí různých onemocnění a řasinky jsou spojeny s mitochondriální funkcí [17-20,43,46,47]. Za fyziologických podmínek dochází ke změně délky řasinky buď reabsorpcí nebo prodloužením během normálního buněčného cyklu [48-51]. Resorpce je normální proces, při kterém buňky zatahují řasinku do buňky během progrese z fáze GO/Gl do fáze S až G2 buněčného cyklu a před mitózou dochází k úplné reabsorpci řasinek [48-51]. Nedávné studie prokázaly, že zkrácení délky řasinek je způsobeno poškozením buněk [17-20,46,52]. V předchozích studiích jsme zjistili, že AKI(Akutní poškození ledvin)indukuje narušení řasinek v ledvinových tubulárních epiteliálních buňkách v důsledkuoxidační stres[18–20]. Dále jsme zjistili, že jaterní IR poranění indukuje deciliaci primárních řasinkových buněk vzdálených ledvin v důsledkuoxidační stresvledvinatubulové buňky a že této deciliaci je zabráněno antioxidační léčbou [20]. Navíc primární nedostatek řasinek aktivuje epiteliální na mezenchymální přechod, který je rozhodující pro progresi fibrózy [53], což naznačuje, že řasinky jsou spojeny s progresí reakcí po poranění. V této studii jsme zjistili, že ledviny IR způsobují narušení řasinkových plicních buněk a tyto narušené ciliární fragmenty se uvolňují do BALF. Kromě toho odstranění Idh2 rozšířilo AKI(Akutní poškození ledvin)-vyvolané narušení řasinky, zatímco léčba Přípravkem Mito-TEMPO zabránila poškození plicních řasinek vyvolanému IR indukcí ledvin, s většími preventivními účinky u Idh2-/myší než u myší Idh2+/+. Navíc jsme zjistili, že molekuly obsahující BALF jsou vysoce oxidované a injekce Mito-TEMPO snižuje oxidaci obsahu BALF. Proto spekulujeme, že ROS aoxidační streszpůsobit narušení řasinek. Na podporu toho jsme v předchozích studiích zjistili, že vysoké koncentrace peroxidu vodíku narušují řasinky v buňkách ledvinových tubulů [18].

Plíce jsou typicky pohyblivá tkáň bohatá na řasinky a dysfunkce respiračních řasinek je spojena se zhoršenou mukociliární clearance, infekcemi hrudníku a progresivní destrukcí architektury plic [54]. V apikální oblasti bronchiolu mají řasinkové buňky hojné mitochondrie, které produkují ATP pro ciliární pohyb [13]. Studie uvádějí, že mitochondriální poškození v řasnatých buňkách způsobuje dysfunkci řasinkových i plicních buněk, což může vést k hojnosti ROS [55,56]. Několik studií uvádí, že porucha mitochondriální dynamiky a poškození mitochondrií jsou spojeny s plicními chorobami [56,57]. V této studii jsme také zjistili, že IR ledvin způsobuje abnormální zvýšení tvorby superoxidu a mitochondriální štěpení v plicích. Kromě toho jsme zjistili zvýšení ciliárních fragmentů a proteinů v BALF ledvinových IR myší. Proto jsme spekulovali, že deciliace je spojena, alespoň částečně, s AKI(Akutní poškození ledvin)-indukovaná ALI. Nemohli jsme však rozlišit, které typy řasinek jsou narušeny a které buňky jsou hlavními buňkami uvolňujícími ciliární fragmenty mezi plicními buňkami kvůli nedostatku specifických markerů primárních a pohyblivých řasinek a omezením histologické studie. Toto omezení může být překonáno v dalších experimentech s použitím plicních specifických systémů dodávání léků nebo plicních specifických ciliárních genů spojených s genezí. Naše data však jasně ukazují, že AKI(Akutní poškození ledvin)-související ALI je spojena s narušením řasinky aoxidační stresplicních buněk.

léčba akutního poškození ledvin a zlepšení funkce ledvin: cistanche

Uznání

Tato studie byla podpořena grantem od Národní výzkumné nadace Koreje (NRF) (NRF-202OR1A2C2006903, MIST) financovaným Ministerstvem vědy a ICT (MIST) a grantem z korejského projektu výzkumu a vývoje zdravotnických technologií (HI15C0001) prostřednictvím Korejského institutu pro rozvoj zdravotnického průmyslu (KHIDD financovaný Ministerstvem zdravotnictví a sociálních věcí korejské vlády).

Odkazy

[1] F.Fani a kol., Nedávné pokroky v patogenetických mechanismech spojených se sepsíakutní poškození ledvin, J. Nephrol.31 (2018)351-359.

[2] H.S.Jang, et al., Aktivace ERK urychluje opravu renálních tubulárních epiteliálních buněk, zatímco inhibuje progresi fibrózy po ischemii/reperfuzním poranění, Biochim. Biofyzika. Acta 1832 (2013)1998-2008.

[3] K.M.Park, A. Chen, J.V.Bonventre, Prevenceledvinaischemie/funkční poranění vyvolané reperfuzí a JNK,p38 a MAPKkinázaaktivace vzdálenou ischemickou předúpravou, J. Biol. Chem.276(2001)11870-11876.

[4] S. Faubel, C.L. Edelstein, Mechanismy a mediátory poškození plic poakutní poškození ledvin, Nat. Rev.Nephrol. 12 (2016)48-60.

[5] S.A. Lee.M. Cozzi. EL. Keř. H, Rabb.Dysfunkce vzdálených orgánů uakutní poškození ledvin: a review, Am. J. Kidney Dis.72(2018)846-856.

[6] L.E. White, HT. Hassoun, Zánětlivé mechanismy orgánového přeslechu během ischemickéakutní poškození ledvin, Internet J.Nephrol. 2012 (2012),505197.

Poznámka:Výše uvedené není úplným referenčním seznamem