Nežádoucí účinky oxidačního stresu na transplantaci ledvin

Další informace:{0}}

Část Ⅰ: Oxidační stres při transplantaci ledvin Příčiny, důsledky a možná léčba

Mohsen Nafar, Zahra Sahraei, Jamshid Salamzadeh, Shiva Samavat, Nosartolah D Vaziri

ÚVOD

Transplantace ledvinje ideální léčbou pro pacienty skoncová fáze nemoc ledvin(ESRD). Různé preexistující stavy, jako je diabetes mellitus a potransplantační komplikace, mohou změnit krátkodobé a dlouhodobé přežití aloštěpu a příjemce.OxidačnístresNerovnováha mezi tvorbou oxidantů a antioxidačním obranným systémem je jednou z hlavních událostí, které ovlivňují výsledek aloštěpu během peritransplantačního období. Zánětlivý stav hraje důležitou roli při vznikuoxidačnístres, zejména u ESRD a mezi příjemci renálního štěpu.^1,2Přidružené k ESRDoxidační stresIschemicko-reperfuzní a imunosupresivní léky jsou hlavními zdroji tvorby reaktivních forem kyslíku po transplantaci. Reperfuzní poškození je běžným jevem utransplantaci ledvinya může způsobit dysfunkci aloštěpu během prvního týdne po transplantaci.³

Nežádoucí účinkyoxidační stresa zánět naledvinatransplantacebyly prokázány experimentálními studiemi na zvířatech, pozorovacími důkazy z populačních studií a řadou kontrolovaných klinických studií. Kromě nepříznivého ovlivnění funkce a struktury aloštěpu,oxidační streshraje hlavní roli v patogenezi systémového zánětu, hypertenze, kardiovaskulárních onemocnění, metabolického syndromu a novotvarů mezi dalšími komplikacemi u příjemců transplantátu.

V tomto přehledu jsou uvedeny rizikové faktory, biomarkery, možnosti léčby a managementoxidační stresu transplantovaných pacientů. V rámci přípravy na tento článek, relevantní články ooxidační stresa transplantace, včetně těch prováděných na zvířatech a lidech, byly přezkoumány. Studie byly identifikovány prohledáváním databáze MEDLINE. Při vyhledávání byla použita následující klíčová slova a předmětové výrazy:oxidační stres, ledvinatransplantaceischemicko-reperfuzní poškození, biomarkery, produkce volných radikálů a léčbaoxidační stres.

Klikněte na Cistanche pro léčbu onemocnění ledvin

RIZIKOVÉ FAKTORY

Podle řady studií markery ofoxidační stresjsou vyšší vchronickýledvina choroba(CKD) pacientů.^4,5Pacienti s CKD mají vysokou úroveň zánětu aoxidační stres, která je hlavní příčinou kardiovaskulární morbidity a mortality v této populaci. K tomu přispívá zadržování ve vodě rozpustných toxinů i toxinů vázaných na bílkovinyoxidační strespodporou produkce reaktivních forem kyslíku. Kromě toho je délka dialyzační léčby spojena se zvýšenímoxidačnístresa hladiny cytokinů u uremických pacientů.⁶Udržovací hemodialýza nestačí k adekvátní kontrole těchto abnormalit. Hladiny prozánětlivých proteinů, jako je interleukin (IL)-6, tumor nekrotizující faktor (TNF)- a C-reaktivní protein (CRP);oxidačnístresmarkery; a karbonyly plazmatických proteinů byly významně zvýšené u pacientů s ESRD před transplantací ve srovnání se zdravými jedinci a všechny tyto biomarkery významně poklesly 2 měsíce po transplantaci.⁷Také endoteliální funkce je narušena jak u hemodialyzovaných pacientů, tak u pacientůledvinatransplantacepříjemců ve srovnání se zdravými kontrolami.⁸

Údaje získané od příjemců transplantovaných živých dárců ukazují, že zlepšeníoxidační stresparametry začínají ihned potéledvinatransplantacea pokračuje až do 28. potransplantačního dne.⁹Úplná remise je možná pouze tehdy, kdyžledvinafunkcese stává normální.¹⁰V důsledku,ledvinatransplantacepříjemci jsou náchylní k reperfuznímu poškození a vykazují kontinuálníoxidačnístresv rané fázi transplantace.^11-13Příjemci zemřelých dárců jsou vystaveni většímu riziku rozvoje reperfuzního poškození aoxidační stres- indukované poškození ledvin. Mozková smrt dárce ledvinového aloštěpu je spojena s hemodynamickými poruchami v systémové cirkulaci a tvorbou volných radikálů, které způsobují rozsáhlé poškození tkání dárce. Reperfuze aoxidačníporanění může také nastat při zachování ledviny a koreluje s okamžitou a dlouhodobou funkcí ledvin. Reperfuzní poškození a s ním spojenéoxidačníporanění může také způsobit náchylnost aloštěpu k akutní rejekci.^14,15Navíc epizody ischemie během transplantačního postupu mohou přispět k reperfuznímu poškození. V jedné studii na potkanech byl pozorován dramatický pokles antioxidační obranné kapacity tkání během teplé renální ischemie.¹¹Je třeba poznamenat, že čas teplé ischemie je kritičtější pro indukcioxidačnístresv kadaverózních dárcovských orgánech. Konečně,oxidační stresvledvinatransplantacepříjemců může být zčásti způsobena imunosupresivní terapií.9 Bylo například prokázáno, že příjemci transplantátu léčení imunosupresivními režimy obsahujícími cyklosporin A vykazujíoxidační stresjak dokazuje zvýšení malondialdehydu (MDA) po transplantaci.¹⁰

Diabetes mellitus je vždy spojen se zánětem aoxidačnístres. Ve studii, kterou uvedl Morales-Indiano a kolegové, autoři zjistili, že zatímco velikost zánětu aoxidační stresbyla podobná mezi jejich diabetickými a nediabetickými ESRD pacienty před transplantací, byla významně vyšší po transplantaci u jejich diabetických pacientů. To bylo spojeno s horší funkcí ledvinového aloštěpu u diabetických příjemců.¹⁶Tyto výsledky naznačují, že narušený metabolismus glukózy (zjištěný zvýšeným hemoglobinem Alc) může nepříznivě ovlivnit dlouhodobou funkci aloštěpu, částečně podporouoxidační stres.17

Řada observačních studií ukázala, že výskyt kardiovaskulárních onemocnění je vyšší vledvinatransplantacepacientů než v běžné populaci, což představuje hlavní příčinu úmrtnosti v této populaci. Nadměrné riziko kardiovaskulárních onemocnění aoxidačnístresv této populaci byla přičítána vysoké prevalenci tradičních i netradičních aterogenních rizikových faktorů před a po transplantaci.¹⁸

Oxidačnístresje jedním z hlavních přispěvatelů k poškození buněk, které je často spojeno s fragmentací aoxidaceDNA. Ke zkoumání mechanismu poškození buněk, markery nukleové kyselinyoxidacejako je 8-hydroxy-2'-deoxyguanosin (8-OHDG). S tím je spojen vysoký stupeň tubulární fragmentace DNAoxidační strespři akutní rejekci aloštěpu poledvina transplantace.¹⁹

Ve studiích hodnotících výskyt malignit poledvina transplantace, ukázalo se, žeoxidačnístrespůsobí jako kokarcinogenní faktor při vzniku spinocelulárních karcinomů u pacientů užívajících imunosupresiva.²⁰Ve skutečnosti je výskyt rakoviny kůže u pacientů po transplantaci významně zvýšený. Čím větší zátěžoxidačnístres, tím vyšší je riziko vzniku rakoviny kůže.²¹V jedné studii určené k vyhodnocení rizikových faktorů pro malignitu byly vzorky periferní krve použity k měření biomarkerůoxidačnístresu 116 dospělých bílých příjemců transplantace ledviny nebo kombinované ledviny a slinivky břišní. Průměrná plazmatická hladinaoxidační stresmarkerů byl významně vyšší u příjemců transplantátu než u zdravých kontrol. Tato zjištění naznačují, že u příjemců transplantátu existuje nerovnováha mezi prooxidačním a antioxidačním stavem, což způsobuje, že příjemci transplantátu jsou vystaveni vyššímu riziku rakoviny kůže.

Tato zjištění ukazují, že tuto populaci predisponuje několik rizikových faktorůoxidačnístresa její komplikace před a po transplantaci.

chronické onemocnění ledvin a transplantace ledvin

ÚČINKY OXIDATIVNÍHO STRESU

Reperfuzní poškození a reaktivní formy kyslíku hrají škodlivou roli v patofyziologii akutní rejekce aloštěpu aledvinafunkcev časné potransplantační fázi.²³Zvýšené úrovněoxidační stresbyly detekovány u aloštěpů od zemřelého dárce s opožděnou funkcí štěpu.²⁴

Oxidačnístresovlivňuje nejen časnou potransplantační fázi, ale také dlouhodobé výsledky štěpu a pacienta.Oxidační stresZdá se, že hraje roli v chronické aloštěpové nefropatii (CAN), což je stav, který se projevuje pomalým zhoršováním aloštěpuledvina funkcev období měsíců až let po transplantaci. navícoxidační stresa zánět při reperfuzním poškození vede k endoteliálnímu poškození.²⁵Arteriosklerotické léze jsou běžnými histologickými znaky chronické aloštěpové nefropatie. Asociace CAN s arteriosklerózou a progresíledvinachoroba, která je částečně řízenaoxidačnístresu, poukázat na možnou rolioxidační stresv patogenezi CAN.²⁶ Tento předpoklad podporují významně vyšší hladiny MDA u pacientů s CAN ve srovnání s jejich protějšky s podobným stupněm selhání ledvin.²⁷

Produkty intracelulárních lipidů a proteinůoxidaceBylo prokázáno, že MDA a karbonylované proteiny zvyšují a glutathion snižuje CAN.²⁸Rok po transplantaci markery ofoxidační stres, jako je IL-6, MDA, protein tepelného šoku 70 a hladiny transformujícího růstového faktoru, byly vyšší u pacientů se zvýšeným sérovým kreatininem než u pacientů s normálními hladinami sérového kreatininu.²⁹Kromě toho ve srovnání se zdravými jedinci vykazovali příjemci transplantátu významně vyšší hodnoty CRP, TNF- a 8-is prostaglandinu F2, které byly spojeny s aterosklerózou a nepříznivými dlouhodobými výsledky.^30,31

Oxidačnístreszvyšuje riziko kardiovaskulárních onemocnění u transplantovaných pacientů a podílí se na tvorbě ateromových plátů.^32,33Pacienti s ateromatózními pláty, vaskulární kalcifikací a stenózou karotické tepny mají vyšší stupeň hypercholesterolémie a nižší plazmatickou antioxidační aktivitu (např. nižší aktivitu glutathionperoxidázy).³³Angiogeneze je na druhé straně známým patologickým rysem zánětu, ischemie a chronických zánětlivých onemocnění, včetně rejekce aloštěpu. Chronický zánět aoxidačníb, u kterých bylo prokázáno, že způsobují poškození a dysfunkci endotelu a narušují proces opravy endotelu.³⁴

Je pozoruhodné, že léky proti odmítnutí mají různé účinky naoxidačníb a jeho komplikace jako CAN. Bylo prokázáno, že inhibitory kalcineurinu vyvolávajíoxidační stres. Naproti tomu mykofenolát mofetil zlepšujeoxidační stres.³⁵

Společně tato zjištění ilustrují nepříznivé účinkyoxidačnístresna výsledky aloštěpu a pacienta a na potřebu detekce a léčby nebo prevence tohoto stavu.³⁶

BIOMARKERY

Oxidační produkty

Reaktivní formy kyslíku napadají a modifikují různé biologické molekuly, jako jsou lipidy, proteiny a nukleové kyseliny. Vedlejší produkty těchto reakcí mohou sloužit jako biomarkeryoxidační stres. Ve studii prasatledvinatransplantacepři vyhodnocování krevních vzorků odebraných před a po reperfuzním poškození vědci prokázali, že jak karbonyl, tak 8-isoprostan (produkt poškození proteinů a lipidů volnými radikály) by mohly být spolehlivými biomarkery pro predikci reperfuzního poškození.³⁷

Reaktivní formy kyslíku degradují polynenasycené mastné kyseliny a tvoří MDA, cytotoxický reaktivní aldehyd, který lze použít jako biomarker pro měření hladinyoxidační stresv organismu. Studie u pacientů s CKD prokázaly zvýšené hladiny MDA po transplantaci.8 Vysoké plazmatické koncentrace MDA a nízká aktivita superoxiddismutázy (SOD) byly hlášeny u příjemců transplantátu před a 48 hodin po transplantaci ve srovnání s odpovídajícími hodnotami zjištěnými u zdravých jedinců. Významné snížení MDA a hepatocytového růstového faktoru (vnitřní antioxidant) bylo pozorováno 7. a 12. den po transplantaci. Byly pozorovány přímé korelace mezi růstovým faktorem hepatocytů a hladinou sérového kreatininu.¹³Vyšší hladiny MDA byly také nalezeny u pacientů s rakovinou kůže po transplantaci, což ukazuje na vyšší výskytoxidační stresu těchto pacientů.²¹

Mezioxidačníkarbonylované proteiny jsou dobře známé, stejně jako MDA, a patří mezi nejčastěji používané markeryoxidačnístres. U pacientů s chronickým onemocněním ledvin a pacientů po transplantaci byly prokázány zvýšené hladiny karbonylu proteinu a existuje negativní vztah mezi hladinou karbonylu aledvina funkceu pacientů s CKD.39 Tento produkt oxidace proteinů klesá 7 až 11 měsíců potéledvinatransplantace; je tedy užitečným biomarkeremoxidační stresa zánětu v časné fázi transplantace.⁴⁰

Jak bylo zmíněno,oxidační stresvede k oxidaci lipidů. Sériové změny v peroxidu lipidů jako anoxidačnístresmarkery byly vyhodnoceny poledvinatransplantacev několika studiích. Průměrná koncentrace lipidového peroxidu byla významně zvýšena 5 dní po transplantaci a snížena po roce. Průměrná koncentrace kreatininu v séru přímo korelovala s koncentrací peroxidu lipidů v posledním týdnu po transplantaci.40 Lipofuscin je konečným produktem lipidůperoxidace. Vysoká hladina lipofuscinu v séru poledvinatransplantaceje indikátorem závažnosti oxidačního stresu u této skupiny pacientů.⁴¹

DNA je také poškozena reperfuzním poškozením a následně produkuje molekuly, které mohou sloužit jako markeryoxidačnístres. Pacienti s akutní buněčnou rejekcí mají nejvyšší počet fragmentací tubulární DNA ve srovnání s pacienty s chronickou nefropatií aloštěpu.19 Purinové nukleotidy a oxypurinol jsou produkty degradace adeninových nukleotidů.² Plazmatické koncentrace hypoxantinu (marker ischemie) a inosinu se významně zvyšují bezprostředně po celkové reperfuzi tkáně. Prozkoumat rozsah poškození DNA přesoxidační strespoledvinatransplantace, hladina 8-OHDG, vedlejšího produktu deoxyguanosinuoxidace, byla měřena pomocí enzymatického imunosorbentního testu před a po reperfuzi štěpu. Hladina 8-OHDG v séru se zvýšila krátce po reperfuzi a poté se během 2 hodin snížila.⁴³ Rychlejší rychlost poklesu od prvního vrcholu sérové ​​8-OHDG korelovala s nižším sérovým kreatininem a sníženým výskytem akutní rejekce. Navíc tyto biomarkeryoxidačnístresmůže působit jako prediktor prognózy štěpu.⁴³

Oxidacethymidinu hydroxylovými radikály produkuje dihydroxy dihydrothymidin (thymidin glykol). K detekci lze použít thymidinglykol v močioxidačnípoškození DNA. V časné potransplantační fázi (až 12 hodin) se rychlost vylučování thymidinglykolu močí zvyšuje a dosahuje maximální hladiny během prvních 48 hodin.⁴⁴Předběžné studie navrhlyoxidačnímetabolit kreatininu (5-hydroxykreatinin; také známý jako tvůrce) jako indikátoroxidačnístrespoledvinatransplantace. Tvorba séra úzce koreluje s koncentrací kreatininu v séru a závažnostíoxidační stres.⁴⁵

Oxid dusnatý

Oxid dusnatý (NO) a oxid uhelnatý jsou dva důležité endogenní plyny pro přenos signálu, které jsou produkovány různými typy buněk včetně endotelových buněk a imunitních buněk. Oxid uhelnatý je generován hemoxygenázou (HO)-1 a izotypy HO-2, z nichž HO-1 je indukovatelný, zatímco HO-2 je exprimován konstitutivně. Zánětlivé cytokiny aoxidačnístresspouští expresi HO-1 k produkci oxidu uhelnatého a biliverdinu, silné antioxidační molekuly. Oxid dusnatý je produkován z L-argininu 3 různými NO syntázami (NOS), které zahrnují endoteliální, neuronální a indukovatelné izotypy NOS, z nichž první dva jsou konstitutivně exprimovány, zatímco indukovatelná exprese NOS je indukována zánětlivými cytokiny. Jakmile je indukovatelný NOS indukován, generuje masivní množství NO, který rychle reaguje s reaktivními formami kyslíku, současně tvořenými leukocyty produkujícími peroxynitrit, což je vysoce cytotoxická reaktivní molekula dusíku. Exprese těchto enzymů byla zkoumána při akutním odmítnutí aloštěpu ledviny. Zvýšená hladina NO, jako výsledek indukovatelné aktivity NOS, stejně jako indukce H202 vledvinaaloštěp, byl prokázán u akutní rejekce. Nadměrná neregulovaná produkce NO může způsobit cytotoxicitu různými cestami.⁴⁶Oxid dusnatý zlepšuje průtok krve ledvinami prostřednictvím vazodilatace. Později v reperfuzní fázi akumulace dusíkatých volných radikálů způsobuje poškození tkáně a zhoršuje průtok krve ledvinami.⁴⁷

Oxidačnístreshraje hlavní roli při akutní rejekci renálního aloštěpu a v jedné studii byla měření hladiny NO 30 minut po reperfuzi štěpu a 1., 5. a 10. den po transplantaci použita k predikci akutníledvinaodmítnutí aloštěpu. Během epizod akutní rejekce aloštěpu došlo k alespoň 30procentnímu zvýšení hladiny NO.⁴⁸

V observačních studiích měřících volné radikály v séru a NO u žijících a kadaverózních příjemců transplantátu bylo množství těchto markerů po reperfuzi významně zvýšeno. Ke zvýšení NO v periferní krvi příjemců transplantátu došlo 4,8 ± 1,2 hodiny po reperfuzi a ukázalo se, že reperfuzní poškození zprostředkované volnými radikályledvinatransplantace.⁴⁹

léčba selhání ledvin:cistanche aledvina transplantace

Zánětlivé biomarkery

Zánět je dalším jevem, který se obvykle vyskytuje po transplantaci a může být příčinou nebo důsledkemoxidačníb. Proto mohou být zánětlivé markery použity jako náhrady pro detekcioxidačnístres. Sérové ​​koncentrace vysoce citlivého CRP, TNF- a 8-is prostaglandinu F2 (zánětlivý marker) byly měřeny u 15 pacientů s chronickouledvinaselhání, 15 transplantovaných a 15 zdravých kontrol. Kontrolní skupina měla významně nižší hladiny než ostatní skupiny.3 Zajímavé je, že markery tubulárního poranění, zánětu aoxidační stresbyly vyšší u příjemců ledvin od dárců po srdeční smrti než u příjemců žijících dárcůledvinys minimální ischemií.⁵⁰

Čtyřicet tři pacientů po transplantaci bylo srovnáno s 50 zdravými jedinci na základě zánětlivých markerů včetně CRP, IL-6, TNF- a plazmatického proteinu-A spojeného s těhotenstvím před a po transplantaci. Úrovně zánětlivých aoxidačnístresmarkery byly vyšší u pacientů po transplantaci než v kontrolní skupině, ale postupně se zlepšovalyledvina transplantace.⁵¹Výrazné uvolnění IL-6 a mírné uvolnění IL-8 během prvních 30 minut reperfuze štěpu u živého dárceledvinatransplantaceidentifikovala jiná skupina vyšetřovatelů.⁵²Jedna studie však prokázala, že zánětlivé markery (IL-6, TNF, IL-1b a CRP) byly na svých maximálních úrovních 4 hodiny po transplantaci, ale poté klesly na nebo dokonce pod úroveň před operací 4. den po transplantaci.⁵³

Zánět může zhoršit CAN a sérové ​​hladiny CRP, IL-6, IL-10, TNF- a jeho rozpustného receptoru, rozpustného IL-2R a IL-4 jsou výrazně zvýšené v CAN.⁵⁴Maximální hladina těchto markerů v bezprostředním pooperačním období ovlivňuje dlouhodobé přežití štěpu a pacienta,⁵⁵a existuje významný vztah mezi hladinami těchto markerů a transplantovanýmiledvinafunkce.21

Endogenní molekuly antioxidantů

Oxidačnístresspouští upregulaci různých antioxidačních enzymů a molekul scavengerů, jako je superoxiddismutáza, kataláza, glutathion a glutathionperoxidáza. Proto může být zvýšení těchto molekul použito jako náhrada pro hodnoceníoxidačnístrespři reperfuzním poškození. Aktivita katalázy koreluje se závažnostíoxidační stres. Několik minut po celkové reperfuzi tkáně se aktivita katalázy zvyšuje.42 Zvýšené hladiny reaktivních forem kyslíku během 48 hodin po transplantaci vedly k vysokým hladinám glutathionreduktázy a výraznému poklesu glutathionperoxidázy v plazmě a erytrocytech.⁵⁶Měření glutathionperoxidázy a SOD mědi a zinku v plazmě a erytrocytech pacientů před a po transplantaci prokázalo zvýšenou hladinu těchto látek u pacientů s CKD s mírným zlepšením v časné potransplantační fázi. Je zde vysoká úroveňoxidačnístresv chronickém odmítání, což naznačujeoxidačnístresmůže hrát důležitou roli v patogenezi biopsií prokázané chronické rejekce.38

Ve zvířecích transplantačních modelech jsou superoxiddismutáza a glutathionreduktáza vyčerpány v chladné ischemické fázi kvůli jejich snížené biosyntéze a nadměrné tvorbě volných radikálů.^57,58Následujícíledvinatransplantaceplazmatická aktivita glutathionperoxidázy se zvyšuje a přibližně po 3 měsících se blíží normálním hladinám. Inverzní korelace mezi hladinou kreatininu a plazmatickou aktivitou glutathionperoxidázy je pozorována u pacientů poledvina transplantace. Monitorování plazmatické aktivity glutathionperoxidázy může být užitečným dalším markerem funkce štěpu.^59,60

Ukázalo se, že aktivita manganové SOD se snižuje jak u lidí, tak u potkanů ​​s chronickou rejekcí aloštěpu. Ke snížení manganové SOD došlo rychle při renální ischemii-reperfuzi, což naznačuje, že ztráta manganové SOD aktivity vede k dalšímu poškození ledvin.⁶¹

Poškození zprostředkovaná volnými radikály zmírňuje metalothionein, nízkomolekulární protein bohatý na cystein, který váže redoxně aktivní kovy, jako je zinek, měď, selen, a xenobiotika, jako je kadmium, rtuť, stříbro, arsen a těžké kovy. a vychytává reaktivní formy kyslíku. Hladina metalothioneinu jako biomarker antioxidační aktivity byla hodnocena v plazmě 11 pacientů před a 48 hodin, 1 týden a 2 týdny poledvina transplantace. Plazmatická koncentrace metalothioneinu byla u pacientů po transplantaci nižší po 48 hodinách a částečně se zotavila o 1 a 2 týdny později.⁶²

Xanthinoxidoreduktáza a její aktivní formy, xanthindehydrogenáza a xanthinoxidáza, vytvářejí antioxidanty, jako je kyselina močová, a současně produkují volné radikály. Existuje souvislost mezi funkcí štěpu a enzymy metabolizujícími xantin. Zdá se, že tyto parametry jsou nižší u pacientů s časnou funkcí štěpu než u pacientů s opožděnou funkcí štěpu.⁶³

PRO ČÁST KLIKNĚTE ZDE Ⅱ