Nikotin zhoršuje takrolimem vyvolané poškození ledvin programovanou buněčnou smrtí
Mar 23, 2022
Kontakt:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791
Yu Ji Jiang, Sheng Cui, Kang Luo, Jun Ding
ÚVOD
Navzdory objevu nových imunosupresiv zůstává takrolimus (TAC) základním kamenem imunosupresivních režimů při transplantaci solidních orgánů. Dlouhodobé užívání TAC však zvyšuje riziko nežádoucích účinků (např. nefrotoxicita, neurotoxicita, infekce, malignity, diabetes a gastrointestinální potíže) [1]. Mezi nimi akutníledvinazraněnínebo chronická nefrotoxicita TAC byla hlášena u 46 procent příjemců transplantátu plic [2] a 22,4 procenta příjemců transplantátu ledviny [3]. Zatímco akutníledvinazraněníje považována za reverzibilní po snížení dávky TAC nebo úplném vysazení, chronická nefrotoxicita, která vede ke ztrátě aloštěpu, je nevratná. Chronická nefrotoxicita TAC je charakterizována glomerulopatií, hyalinózou aferentních arteriol a pruhovanou tubulointersticiální fibrózou (TIF) [4]. Ačkoli přesný mechanismus tohoto klinického dilematu zůstává neznámý, nedávno jsme prokázali, že důležitými hráči mohou být zánět způsobený oxidativním stresem, transformující růstový faktor 1 (TGF- 1) a programovaná buněčná smrt [5]. Kouření cigaret je kritickou výzvou pro veřejné zdraví a společenskou finanční zátěží, která snižuje kvalitu života. Epidemiologické zprávy ukazují, že v současnosti je na celém světě více než jedna miliarda kuřáků cigaret a šest milionů úmrtí ročně v důsledku užívání tabáku. Obě tyto míry rostou, zejména v rozvojových nebo nerozvinutých zemích [6]. Je dobře známo, že kouření cigaret je rizikovým faktorem pro různé typy rakoviny, kardiovaskulární příhody (infarkt myokardu a mrtvice) a obstrukční plicní onemocnění. V ledvinách kouření zvyšuje závažnost renální dysfunkce u pacientů s diabetem, hypertenzí, polycystickýmiledvinachorobaa po transplantaci ledvin [7]. Kouření může navíc způsobit poškození ledvin de novo i u zdravé populace bez preexistujícího chronického onemocnění ledvin (CKD) [8]. Tato studie se snažila vyhodnotit: (1) zdanikotin(NIC), primární toxická složka kouření cigaret, zhoršuje poškození ledvin vyvolané TAC; a pokud ano, (2) který mechanismus odpovídá za NIC(nikotin)-zrychlená nefrotoxicita.
cistanches herba může zmírnit funkci ledvin
VÝSLEDEK
Účinek NIC(nikotin)na základních parametrech
Tabulka 1 popisuje účinky NIC(nikotin)na základních parametrech v experimentálních skupinách. Oba NIC(nikotin)a TACincrease UV (polyurie), který byl dále zvýšen pomocí NIC(nikotin)a ošetření TAC. Ani NIC(nikotin)ani TAC nezabránilo ztrátě BW. Exkrece proteinů močí, Scr, BUN a Cys-C byly výrazně vyšší v obou NIC(nikotin)a TAC skupiny ve srovnání se skupinou VH; tyto hladiny se dále zvýšily s kombinací těchto dvou léků, což naznačuje, že NIC(nikotin)urychluje TAC-indukovanou renální dysfunkci. Mezi skupinami nebyly žádné významné rozdíly v SBP. Čtyřtýdenní léčba TAC zvýšila koncentraci TAC v krvi na 11.0±og ng/ml, zatímco NIC(nikotin) did not influence blood TAC concentration(12.8±15 ng/mL,p>o.o5 vs. TAC). Kromě toho léčba normálních potkanů pomocí NIC(nikotin)vedlo ke zvýšení koncentrace kotininu v séru a moči o 56,5±17 ng/ml a 8;6±192,6 ug/den, v daném pořadí. Tyto koncentrace kotininu v séru a moči napodobují koncentrace pozorované u lidí, kteří jsou aktivními kuřáky [13].
Tabulka 1. Vliv NIC(nikotin)na funkčních parametrech
Účinek NIC(nikotin)na histopatologii u chronické TAC nefrotoxicity
Chronická nefrotoxicita TAC je charakterizována jedinečnými histologickými rysy včetně pruhovaného TIF a glomerulopatie. Histologickým barvením a elektronovou mikroskopií jsme zjistili, že glomerulární poškození způsobené TAC se projevuje ztluštěním baze glomerulů a vymizením výběžků podocytů (obr. IA, IC a D), což může souviset se zvýšeným vylučováním bílkovin močí. Při kvantitativních analýzách obě NIC(nikotin)a TAC zvýšily frakční mezangiální oblast, s dalším zvýšením pozorovaným v NIC(nikotin)a skupina TAC. Hlavní změny chronické nefrotoxicity TAC byly omezeny na tubulointersticiální oblasti, jak je znázorněno tubulointersticiální fibrózní depozicí, tubulární atrofií a pruhovanou fibrózou (obr. 1B, 1E a F). Čísla jasně ukazují, že skóre TIF v NIC(nikotin)plus TACgroup byla vyšší než v obou NIC(nikotin)nebo TACgroup.
Obrázek 1. Reprezentativní mikrofotografie kyseliny jodisté-Schiff (PAS)(A), Massonův trichrom (B), transmisní elektronová mikroskopie (CF) a kvantitativní analýza glomerulárního poškození a tubulointersticiální fibrózy (TIF); (C) ztluštění bazální membrány glomerulů (šipky); (D) smazání nohy podocytů procesy (šipky);(E)otok tubulointersticia a rozsáhlé ukládání kolagenu (rozptyl);(F) atrofované tubuly (šipky).VH, vehikulum; NIC(nikotin), nikotin; TAC, takrolimus. p
Účinek NIC(nikotin)na expresi profibrotických cytokinů při chronické TAC nefrotoxicitě
Tato studie se snažila porovnat expresi profibrotického cytokinu TGF{0}} a CTGF a složky extracelulární matrice (ECM) ig-h; mezi experimentálními skupinami. V souladu se zjištěními TIF, NIC(nikotin)zvýšená TAC-indukovaná nadměrná exprese profibrotického TGF- 1a CTGF a ECM ig-h3(obr.2)
Obrázek 2. Reprezentativní mikrofotografie imunoblotovací analýzypro (A)transformující růstový faktor 1 (TGF-B1),(B TGF- -indukovaný gen-h(ig-h3) a (C) růstový faktor pojivové tkáně (CTGF). Hodnoty pro expresi proteinů jsou uvedeny za použití skupiny vehikula (VH) jako 10o procent referenční a normalizované na -aktin.NIC(nikotin), nikotinTAC, takrolimus. 3p
Účinek NIC(nikotin)na zánět při chronické TAC nefrotoxicitě
Abychom definovali účinek NIC na zánět při poškození ledvin vyvolaném TAC, studovali jsme expresi prozánětlivých mediátorů a genů souvisejících s pyroptózou pomocí imunoblotu a imunohistochemie. Obr. 3 ukázal, že léčba TAC upregulovala expresi cytokinů souvisejících s pyroptózou (ⅡL-1, IL-18 a NLRP3) a MCP-1, což vedlo k ED-1-pozitivní buněčná infiltrace a další zvýšení bylo zjištěno při kombinované léčbě NIC(nikotin)a TAC.
Obrázek 3. Reprezentativní mikrofotografie imunohistochemie pro ektodermální dysplazii-1 (ED-1)(A) a imunoblotovací analýza prozánětlivých cytokinů (B). VH, vozidlo; NIC(nikotin), nikotin; TAC, takrolimus; MCP-1, monocytový chemotaktický protein-1;IL, interleukin; NLRP3, protein obsahující pyrinovou doménu podobný receptoru NOD3. p
Účinek NIC(nikotin)na oxidační stres při chronické TAC nefrotoxicitě
Jak je znázorněno na obr. 4, chronická(nikotin)Léčba TAC úzce souvisí s nerovnováhou mezi oxidačními a antioxidačními enzymy [12,14. Imunoblotovací analýza ukázala, že NIC upregulovala expresi NOX-2 a NOX{4}} indukovanou TAC, ale potlačila expresi SOD1 a SOD2. Kromě toho hladiny 8-OHdG v séru a moči, markeru oxidačního stresu, byly vyšší ve skupinách NIC a TAC ve srovnání se skupinou VH a nejvyšší ve skupině NIC plus TAC. Tato zjištění naznačují synergický účinek NIC a TAC na oxidační stres v tomto modelu.
Obrázek 4. Reprezentativní mikrofotografie imunoblotovací analýzy řady proteinů souvisejících s oxidačním stresem (A) a séra (B) a moči (C)Koncentrace 8-hydroxy-2'-deoxyguanosinu (8-OHdG). VH, vozidlo; NIC(nikotin), nikotin; TAC, tacrolim-us; SOD, superoxiddismutáza; NOX,NADPH oxidáza.Bp
Účinek NIC(nikotin)na programovanou buněčnou smrt při chronické TAC nefrotoxicitě
Buď typ I (apoptóza) nebo typ II (autofagie) programovaná buněčná smrt se účastní patogeneze chronického poškození ledvin vyvolaného TAC [1s]. Pomocí testu TUNEL jsme pozorovali, že většina TUNEL-pozitivních buněk nebo apoptotických tělísek byla lokalizována do tubulárních epiteliálních buněk a intersticiálních vaskulárních endoteliálních buněk, kde progredovala tubulární atrofie a typický TIF (obr. 5A). Kvantitativní analýza ukázala, že obě NIC(nikotin) a TAC významně zvýšily TUNEL-pozitivní buňky ve srovnání se skupinami VH; toto bylo výraznější ve skupině NIC plus TAC. Na molekulární úrovni přidání NIC(nikotin)u potkanů ošetřených TAC vedlo k významné dysregulaci exprese Bcl-2/Bax a štěpené kaspázy-3 směrem k buněčné smrti (obr. 5B). Kromě toho elektronová mikroskopie ukázala, že léčba TAC vyvolala hojnou tvorbu autofagických kompartmentů, jako jsou počáteční autofagické vakuoly (AVi), degradační autofagické vakuoly (Avd) a mitofágie (forma selektivní autofagie) v NIC, TAC a NIC plus skupiny TAC (obr. 6). Kvantitativní imunoblotování odhalilo, že nadměrná exprese proteinů p62, LC3B, PINK1 a Parkin pozorovaná v ledvinách potkanů ošetřených TAC byla dále zvýšena s NIC (obr. 6G a 6H).
Obrázek 5. Reprezentativní mikrofotografie testu TdT-zprostředkovaného dUTP-biotinového značeného konce (TUNEL)(A) a imunoblotovací analýza genů řídících apoptózu (B).Nikotinléčba zvyšuje TUNEL-pozitivní buňky (šipky) v ledvinách krys ošetřených takrolimem.VH, vehikulum; NIC(nikotin),nikotin; TAC, takrolimus; Bcl, B-buněčný lymfom; Bax, Bcl2-přidružený X. p
Účinek NIC(nikotin)na mitochondriální dysfunkci při chronické TAC nefrotoxicitě
Transmisní elektronovou mikroskopií jsme jasně pozorovali, že obě NIC(nikotin)a TAC zničil mitochondriální architekturu, jak je ilustrováno sníženou velikostí a počtem mitochondrií, dezorganizovanými kristami, vakuolizací, fúzí, tvorbou mitofágů a mitochondriemi rozdělenými na štěpení dvou nebo tří dceřiných organel) (obr. 6). Výsledky kvantitativní analýzy ukázaly, že NIC(nikotin) léčba dále snížila počet a velikost mitochondrií ve srovnání se samotnou léčbou NIC nebo TAC. Imunoblotovací analýza odhalila, že dysregulace proteinů souvisejících s mitochondriemi (OPA1 a Drpi) indukovaná buď Nicor TAC byla zhoršena společným podáváním NIC a TAC (obr. 6).
Obrázek 6. Reprezentativní transmisní elektronové mikrofotografie autofagie a mitochondriální morfologie(AF), imunoblotovací analýza (G, H) a kvantifikace počtu a velikosti mitochondrií v každé léčebné skupině. (A) Tvorba autofagie v ledvinách takrolimu (TAC) a/nebonikotin(NIC) ošetřené krysy (šipka); (B) autofagický kompartment obsahující mitochondrie ledvin 'TAC a/nebo NIC(nikotin)ošetřené krysy (mitofagie, šipka); (C) normální mitochondrie; (D) snížený počet mitochondrií v ledvinách TAC a/nebo NIC(nikotin)léčených potkanů; (E) mitochondriální fúze pozorovaná v ledvinách potkanů léčených TAC a/nebo NIC (kroužek); (F) mitochondrie rozdělená do dvou nebo více dceřiných organel v ledvinách potkanů léčených TAC a/nebo NIC (štěpení, kruh) . VH, vehikulum; LC3B, lehký řetězec 3B; PINK1, fosfátový a napěťový homolog odstraněn na chromozomu 10-indukovaná kináza 1; OPA, protein optické atrofie; Drp, protein příbuzný dynaminu.p
fisetinoledvina
Účinek NIC(nikotin)na stres endoplazmatického retikula při chronické TAC nefrotoxicitě
Jak je znázorněno na obr. 7, Nicor TAC indukoval degranulaci ribozomů, odpojené a dilatované cisterny a vakuolizaci peroxisomů v drsném endoplazmatickém retikulu (ER), zatímco hladká struktura ER zůstala téměř normální (obr. 7B). Imunoblotovací analýza odhalila, že buď NIC(nikotin)nebo TAC zvýšily expresi genů souvisejících se stresem ER včetně CHOP, Bip, IRE-1 a ATF-6, ale jejich exprese byla dále zvýšena kombinací těchto dvou (obr. 7C).
Obrázek 7. Reprezentativní mikrofotografie transmisní elektronové mikroskopie (A, B) a imunoblotovací analýzy genů souvisejících se stresem endoplazmatického retikula (ER) (C).(A) Normální drsný ER (šipky); (B) degranulace ribozomů, odpojené a dilatované cisterny a dilatace vezikul hrubého ER vnikotinledviny potkanů léčených (NIC) a/nebo takrolimem (TAC). VH, vehikulum;CHOP, C/EBP homologní protein;Bip, vazebný imunoglobulinový protein; IRE-1c,inositol-vyžadující protein-1c; ATF, aktivační transkripční faktor. p< o.01="" vs.vh,="">
DISKUSE
Kouření cigaret je důležitým modifikovatelným rizikovým faktorem pro progresi CKD jak u zdravé populace, tak u pacientů se základním onemocněním (např. diabetes, hypertenze). Klinické studie ukazují, že kouření cigaret zvyšuje vylučování albuminu močí a nepříznivě ovlivňuje funkci ledvin [16]; kromě toho může odvykání kouření zlepšit proteinurii u pacientů s CKD a diabetem 2. typu a zpomalit progresi do konečného stadia renálního onemocnění[1-,18]. Kromě toho kouření příjemce nebo dárce přispívá k epizodám rejekce a chronické nefropatii aloštěpu, což vede ke ztrátě aloštěpu při transplantaci ledviny [19,2o]. Tyto škodlivé účinky kouření (NIC(nikotin)) se odráží ve studiích na hlodavcích modelech nefrektomie s/6[2al a diabetické nefropatie [o]. V této studii jsme zjistili, že NIC(nikotin)zhoršená TAC-indukovaná frakční mezangiální oblast a TIF. Tyto patologické změny vedly k výraznějšímu poškození funkce ledvin a zvýšení vylučování bílkovin močí. Na základě těchto výsledků a dalších zpráv navrhujeme, že kouření cigaret může urychlit ztrátu renálního aloštěpu u příjemců transplantátu, kteří dostávají imunosupresiva na bázi TAC.
Zánět hraje klíčovou roli ve vývoji chronické TACnefrotoxicity, protože předchází probíhající renální jizvy. Zvýšené prozánětlivé mediátory v reakci na škodlivé podněty mohou rekrutovat zánětlivé buňky, které zase nadměrně exprimují prozánětlivé a profibrotické cytokiny, jako jsou chemoatraktanty, adhezní molekuly a TGF- 1. Nedávno jsme prokázali, že NLRP3-dependentní a nezávislý inflamasom se účastní patogeneze chronické TAC nefrotoxicity [s]. Naše výsledky ukazují, že správa NIC(nikotin)u potkanů léčených TAC zesiluje expresi genů souvisejících s pyroptózou (NLRP3, IL-1 a I-18), prozánětlivých mediátorů MCP-1 a profibrotických cytokinů TGF- a CTGF, což vede nadměrnému přílivu ED-1-pozitivních buněk a upregulaci ig-h; tyto reakce odrážejí závažnost glomerulárních a tubulárních poranění. Naše zjištění jsou v souladu se zjištěními Aranyho a kol.[22] a Agarwala a kol.[23], kteří prokázali účinky NIC na zánět ledvin a fibrózu.
Ačkoli NIC(nikotin)Exacerbace chronické nefrotoxicity TAC v tomto modelu může být multifaktoriální, pravděpodobně souvisí s dopadem oxidačního stresu. Je dobře známo, že chronická léčba TAC je úzce spojena s hypoxií související s aferentní arteriolopatií, která se následně spojuje s oxidačním stresem, který následně aktivuje profibrotickou nadměrnou expresi TGF- 1 vedoucí k fibróze. Tento konstrukt je podpořen pozorováním, že antioxidační terapie (např. koenzym Q10) zeslabují expresi TGF- 1 a TIF prostřednictvím zachování mitochondriální integrity při chronické TAC nefrotoxicitě 24]. V poslední době převažující důkazy ze studií in vitro prokazují vzájemný vztah mezi chronickou expozicí NIC a oxidačním stresem u různých poškození ledvin [o,25,26. Zde jsme zjistili, že NIC zvyšuje hladiny 8-OHdG v séru a moči a zvyšuje expresi oxidačního proteinu, zatímco potlačuje expresi antioxidačních proteinů, čímž zvyšuje oxidační stres vyvolaný TAC a také fibrózu. Zhoršení NIC ledvin léčených TAC v této studii lze skutečně připsat oxidativnímu stresu.
cistanche erektilní dysfunkce
Je také možné, že se na NIC podílí jak apoptóza (programovaná buněčná smrt typu I), tak autofagie (programovaná buněčná smrt typu II).(nikotin)-zrychlená chronická nefrotoxicita TAC. Jak bylo uvedeno dříve, NIC přímo indukuje apoptózu buněk podocytů a renálního proximálního tubulu [27,28]; také nepřímo indukuje apoptotickou buněčnou smrt prostřednictvím oxidačního stresu[2g] nebo aktivace TGF- 1[22].NIC(nikotin)může také indukovat autofagii v pankreatických hvězdicových buňkách Bo], srdečních myocytech neonatálních myší 31] a buňkách hladkého svalstva cév 32]. Oxidační stres a programovaná buněčná smrt spolu tedy souvisí. Pomocí testu TUNEL a elektronové mikroskopie jsme jasně pozorovali, že NIC významně zvýšil počet TUNEL-pozitivních buněk v tubulárních epiteliálních buňkách, intersticiálních vaskulárních endoteliálních buňkách a autofagických kompartmentech v ledvinách potkanů ošetřených TAC. Tyto morfologické změny byly doprovázeny dysregulací genů souvisejících s apoptózou nebo autofagií v ledvinách potkanů, což vedlo k buněčné smrti. Tento kumulativní důkaz naznačuje, že NIC(nikotin)sám nejen indukuje oxidační stres a programovanou buněčnou smrt, ale také podporuje nepříznivý účinek TAC na ledviny, což má za následek renální dysfunkci a architektonické poškození, jak bylo dříve popsáno v modelech streptozotocinem (STZ) indukované diabetické nefropatie [o] a CKD ( s/6 nefrektomie) B3].
Kromě toho intracelulární organely pocházející z oxidativního stresu, jako je mitochondriální dysfunkce a ER stres, hrají kritickou roli v chronické integritě TAC nefrotoxicity, spouštějí ER stres a narušují mitochondriální a ER stres kontrolující geny a účinky se zhoršují kombinovanou léčbou s těmito dvěma . Zhoršení mitochondriální zdatnosti a ER stres tedy mohou odpovídat za účinek NIC(nikotin) na TAC-indukované poškození ledvin
Naše studie odhalila, že NIC(nikotin)v dávce 15 mg/kg zhoršuje TAC-indukované poškození ledvin prostřednictvím oxidačního stresu, zánětu a programované buněčné smrti, což je v souladu s předchozími studiemi [27,37,38]. Jiní však zaznamenali opačné zjištění. Sadis et al. Bg] prokázali, že NICat v dávce o. s mg/kg chrání ledvinu před ischemickým/reperfuzním poškozením prostřednictvím cholinergní protizánětlivé dráhy. Další studie Agarwal et al.[23] uvedl, že dlouhodobá perorální léčba NIC(nikotin)(28 týdnů) uděluje renoprotektivní účinky na potkaním modelu spontánní proteinurie (krysy Mnichov-Wistar-Frömter). Důvody tohoto rozdílu v roli NIC na ledvinách nejsou známy, ale mohou záviset na dávce NIC, délce léčby drogami nebo modelu hlodavců. K vyřešení těchto problémů jsou zapotřebí další studie. Tato studie jasně ukazuje, že NIC exacerbuje TAC-indukované poškození ledvin na potkaním modelu chronické nefrotoxicity TAC. Zhoršení oxidačního stresu a programovaná buněčná smrt mohou být jedním z mechanismů, které jsou základem škodlivých účinků NIC. Naše zjištění poskytují lepší pohled na dopady kouření u příjemců transplantátu.
cistamche ve funkci ledvin
REFERENCE
1. Bentata Y. Tacrolimus: 20 let používání při transplantaci ledvin u dospělých: co bychom měli vědět o jeho nefrotoxicitě. Artif Organs 202044140-152.
2. Sikma MA, Hunault CC, van de Graaf EA, et al. Vysoké koncentrace takrolimu v krvi brzy po transplantaci plic a riziko poškození ledvin. Eur J Clin Pharmacol 201773:573-58o.
3. Yagisawa T, Omoto K, Shimizu T, Ishida H, Tanabe K. Arterioskleróza v biopsii s nulovým časem je rizikovým faktorem pro chronickou nefrotoxicitu vyvolanou takrolimem. Nefrologie (Carlton) 201s;2o Suppl2:s1-57.
4. Nankivell BJ, P'Ng CH, O'Connell PJ, Chapman JR. Nefrotoxicita kalcineurinového inhibitoru optikou podélné histologie: srovnání cyklosporinu a takrolimu. Transplantace 2016;1oo:1723-171.
5. Lim SW, Shin Y, Luo K, et al. Účinek Klotho na autofagickou clearance při poškození ledvin vyvolaném takrolimem. FASEB J 2o193:2694-2706.
6. Lim SS, Vos T, Flaxman AD, et al. Srovnávací hodnocení rizika zátěže nemocí a zranění, které lze připsat 67 rizikovým faktorům a skupinám rizikových faktorů ve 21 regionech,199o-201o: systematická analýza pro Global Burden of Dis-ease Study 201o.Lancet 2o12;38o:2224-226o.
7. Formanek P, Salisbury-Afshar E, Afshar M. Pomoc pacientům s ESRD a dřívějšími stádii CKD přestat kouřit. Am J Kidney Dis 2018;72:255-266.
8. Jain G, Jaimes EA.Nikotinsignalizace a progrese chronického onemocnění ledvin u kuřáků. Biochem Pharmacol 2013;861215-1223.
9. Zhang LY, Jin J, Luo K, et al. Shen-Kang chrání před poškozením ledvin vyvolaným takrolimem. korejský JIntern Med 2019341078-1090.
10. Ibrahim ZS, Alkafafy ME,Ahmed MM, Soliman MM. Renoprotektivní účinek kurkuminu proti kombinovanému oxidačnímu stresu diabetu anikotinu krys. Mol Med Rep 2016;13:3017-3026.