Глава 2: Ролята на инфламазомите при гломерулонефрит

За повече информация. контактtina.xiang@wecistanche.com

7. Инфламмазомно участие при автоимунни бъбречни заболявания

Резюме на основните публикации, свързани свъзпалителенизследванията при гломерулонефрит са показани в таблица 1.

LDG, гранулоцити с ниска плътност; NETs, ​​неутрофили извънклетъчни капани; dsDNA, анти-двуверижна ДНК; SLE, системен лупус еритематозус; LN, лупусен нефрит; NFkB, ядрен фактор капа В; TNF-c, фактор на туморна некроза; siPHK, малка интерферираща РНК; INF, интерферон; HMGB1, високоподвижна група кутия 1 протеин; LPS, липополизахарид; АТФ, аденозин трифосфат; CASP1, каспаза-1; ANCA, анти-неутрофилно цитоплазмено автоантитело; NE, неутрофилна еластаза; PR3, протеиназа 3; MPO, миелопероксидаза; NCGN, некротизиращ полумесечен гломерулонефрит; Phox, NADPH оксидаза; PR3, протеиназа 3; IgAN, IgA нефропатия; иРНК, информационна РНК; shRNA, къса фиби РНК; Il-1ra, интерлевкин-1 рецепторен антагонист; анти-GBM, анти-гломерулна базална мембрана; PMN, полиморфонуклеарен; ICAM-1, междуклетъчна адхезионна молекула-1; IL-1RI, IL1 тип 1 рецептор.

Щракнете тук, за да разберете къде да купите cistanche

7.1. Лупусен нефрит

SLE е хронично заболяване, което често засягабъбрек. Лупусният нефрит (LN) е най-често срещаниятбъбречно заболяване, включващ приблизително 50 процента от пациентите със СЛЕ. Товаавтоимунно заболяванезасяга предимно жени в репродуктивна възраст. При мъжете разстройството може да бъде по-агресивно. Пациентите обикновено имат LN в ранна възраст и обикновено се проявява в началните стадии на заболяването. Пациентите с това бъбречно увреждане имат повишена смъртност. Общо 10-30 процента от пациентите с LN прогресират до бъбречна недостатъчност, изискваща бъбречна заместителна терапия.

Нередностите във вродения и адаптивен имунитет допринасят за патогенезата на SLE. LN възниква, когато се увеличи транскрипцията на гени, свързани с неутрофилите. Покачването на IFN предшества активирането на неутрофилите. Увеличаването на IFN причинява диференциация на В-клетките в плазмобласти и произвеждавъзпалениена специфични тъкани чрез неутрофили и активни миелоидни клетки. Когато тези неутрофили умрат, се появяват извънклетъчни неутрофилни капани (NETs). Мрежите са хроматинови влакна, комбинирани с гранули, получени от антимикробни пептиди и ензими, които играят важна защитна роля [74]. Тези мрежи помагат да се поддържа производството на антиген-специфични автоантитела.

Образуването на имунни комплекси, които се отлагат в гломерула, се получава от производството на антитела срещу ядрени и клетъчни антигени. Имунните комплекси могат да активират комплемента и да причинят увреждане на бъбреците, особено по алтернативния път. Плазмените интерстициални клетки, генерирани от В и Т клетки, се агрегират в бъбречния тубулоинтерстициум, генерирайки също производството на автоантитела [73].

Увеличаване на компонентите на инфламазомата се наблюдава при биопсии на пациенти с LN като PICARD(ASC), каспаза-1 и IL-18, което показва техния принос към заболяването 75]. Освен това, повишената транскрипция на IL-18 в тубулоинтерстициалните и гломерулните отделения корелира с тежестта на LN и появата на протеинурия.

7.1.1. In Vitro модел

Активирането на инфламазомата в клетките на вродения имунитет може да предизвика или усили автоимунен отговор. След излагане на възпалителен стимул като LPS, изолирани пресни моноцити повишават активирането на инфламазомата, характеризираща се с повишаване на каспаза-1, IL-1 и IL-18. Инхибитор на каспаза-1, добавен към in vitro култури, намалява производството на IL-18.

Както бе споменато по-рано, механизмът на NETosis допринася за смъртта на неутрофилите при пациенти със СЛЕ. Доказателства от групи изследователи предполагат, че пациентите със СЛЕ се характеризират с дисбаланс между развитието и изчистването на NETs, ​​което води до увреждане на тъканите. По-конкретно, провъзпалителни гранулоцити с ниска плътност, които се срещат в кръвния поток на пациенти със СЛЕ, позволяват много по-голям капацитет за производство на NETs[79].

Kahlenbertg и нейните колеги [80] първо демонстрираха, че NET са отчасти активатори на инфламазомата чрез екстернализиране на LL-37. Мрежите екстернализират различни антимикробни пептиди. По-конкретно, кателицидин LL-37 е пептид, синтезиран от неутрофили, моноцити и макрофаги, между другото, с активност срещу няколко патогена. Екстернализацията на LL-37 в NET е идентифицирана в неутрофили от пациенти със SLE [79]. В това проучване [80] авторите пречистват и изолират човешки и миши макрофаги. Резултатите показват, че LL-37 активира инфламазомата NLRP3 в макрофагите и че пациентите със SLE са по-склонни да активират инфламазомата в отговор на LL-37 и NETs в сравнение с макрофагите от контролните пациенти. Тази стимулация увековечава увеличаването на IL-1 и IL-18, което от своя страна ще насърчи NETosis, водещо до обостряне на заболяване или увреждане на органи, главно бъбреци, кожа и мозък. Освен това, техните данни предполагат, че инфламазомата NLRP3 е необходима за активиране на каспаза-1 от LL-37.

7.1.2. Животински модел

Заслужава да се отбележи, че в различни проучвания върху мишки, NLRP3 е свързан с LN. Kahlenberg и др. [81], изследват ролята на каспаза-1 в индуцирането на миши лупус. Моделите на мишки от див тип бяха изложени на разработени от пристан автоантитела, свързани с лупус, и активен отговор на INF тип I. След експозиция на пристан мишките с каспаза-1 -/- не са имали повишени нива на IL-1 или IL -18, което предполага, че каспазата-1 играе роля в транскрипцията на тези цитокини. Освен това каспаза-1-/-мишки показват по-малко развитие на автоантитела и имунни комплекси, свързани с гломерулонефрит, за разлика от мишки от див тип. P2X7, извънклетъчен ATP-зависим рецептор на йонен канал, също е доказано, че играе роля в активирането на NLRP3 и развитието на LN. Използването на селективен P2X7 антагонист в брилянтно сини Gin MLR/Ipr мишки доведе до регулиране надолу на комплекса NLRP3/ASC/Caspase-1 и следователно потискане на IL-. Това намалява тежестта на LN, протеинурията и нивата на урейния азот в кръвта при мишки. По същия начин, инхибирането на P2X7/NLRP3 намалява съотношението Th17:Treg, намалявайки антителата срещу двойноверижна ДНК (анти-dsDNA). Мишки NZM2328, които бяха инжектирани интравенозно с частици интерферон-с, експресиращи аденовирус, потвърдиха тези резултати [82]. Повишена експресия на P2X7 също се наблюдава в бъбречната тъкан на пациенти със SLE [83]. Доказано е също, че неутрализиращото монокълно антитяло към протеина box 1 с висока подвижност, убиквитинов ядрен протеин, който се свързва с ДНК, намалява IL-, IL-6, IL-17 и IL{{42} } нива и каспаза-1 в бъбреците на BXSB мишки. В допълнение, този модел също отслабва протеинурия, гломерулонефрит, отлагания на бъбречен имунен комплекс и циркулираща анти-dsDNA.

Друг възпалителен път, който засяга LN, е NF-kB. NF-kB е транскрипционен фактор, който участва във вродения и адаптивен имунитет [85]. В проучвания при хора е описана корелация между активирането на NF-kB и хистологичното и увреждане на бъбречната функция [86]. Джао и др. [87] изследват дали инхибирането на двата пътя намалява прогресията на LN при склонни към лупус MRL/LPR мишки. Този интерес беше предизвикан от бъбречната патофизиологична роля на NF-kB. Инхибирането на NF-kB и NLRP3 от Bay11-7082 предотвратява тяхното образуване и съответно активиране, което води до подобряване на установеното бъбречно увреждане при LN. Освен това Bayl1-7082 намалява отлаганията на бъбречния имунен комплекс и серумните нива на анти-dsDNA.

AIM2 също е замесен в патогенезата на SLE. Доказано е обаче, че неговото инхибиране е двустранно по отношение на патофизиологията на LN. Zhang и колеги анализираха връзката между тежестта на LN и AIM2 при пациенти със SLE и мишки с лупус. Експресията на AIM2 е повишена в PBMC от пациенти със SLE. В допълнение, AIM2 корелира с активирането на макрофаги и се увеличава в макрофаги, индуцирани от получена от лимфоцити апоптотична ДНК. Инхибирането на AIM2 от siRNA намалява инфилтрацията на макрофаги в бъбречната тъкан и води до подобрение при нефрит [88] Въпреки това, други изследователи откриват, че инхибирането на AIM2 генерира податливост към развитие на SLE. p202 регулира отрицателно AIM2 в някои щамове на мишки, повишавайки INF и предразположението към SLE.

7.1.3. Човешки модел

Ролята на инфламазомата при автоимунни заболявания е широко описана. В литературата са докладвани проучвания с различни SNPs, свързани с инфламазома при пациенти със SLE. Pontillo и др.[90] анализира 14 SNPs в 7 инфламазомни гена, като NLRP1, NLRP3, NLRC4, AIM2, CARD8, CASP1 и IL1B. Проучването показа за първи път връзка между SNPs и SLE в популация от южна Бразилия. NLRP1 rs2670660 SNP, особено когато се комбинира с NLRP1 варианта rs12150220, създава повишен риск от SLE и развитие на нефрит, артрит и обрив. Други SNPs, също описани при автоимунни заболявания, като цьолиакия [91] и диабет [21], не са свързани със SLE заболяване в тяхната популация [90]. Те също не откриха връзка със SLE по отношение на AIM2 или IL1B полиморфизми [90]. Освен това, резултатите от da Cruz et al. откриха повишаване на функцията във варианта NLRP3 rs10754558 при пациенти с LN.

7.2.ANCA гломерулонефрит

ANCA, свързана с васкулит (AAV), е животозастрашаващо автоимунно заболяване, характеризиращо се с антитяло-медииран гломерулонефрит и некротизиращ васкулит. AAV засяга малки и средни съдове, особено органи като бъбреците и белите дробове. Пауци-имунният и некротизиращият гломерулонефрит често се свързват при пациенти с васкулит, който е по-разпространен при мъже над 50-годишна възраст. ANCA васкулитът обикновено се свързва с ANCA-миелопероксидаза (MPO), ANCA-протеиназа 3(PR3) или ANCA-негативен серотип. Тази патология се класифицира в различни клинични варианти като микроскопичен полиангиит, грануломатоза с полиангиит (Wegener) и еозинофилна грануломатоза с полиангиит (Churg-Strauss) или васкулит, ограничен до бъбречна тъкан [93]. Както вроденият, така и адаптивният имунитет участват в развитието на AAV, въпреки че точните механизми остават да бъдат изяснени.

Неутрофилите играят основна роля в патогенезата на AAV, причинявайки тъканно увреждане след дегранулация, индуцирана от ANCA антитела. Освен антителата, Т-клетките също участват в патогенезата на заболяването. Неутрофилите отделят цитокини, които набират повече неутрофили и други възпалителни клетки. Инфилтрацията на Т клетки също е част от грануломите. Ползата от анти-Т клетъчните терапии демонстрира участието на тази клетка в AAV. Фенотиповете Th1 и Th17 участват в острата фаза. Съобщава се за повишаване на C5a и следователно за участие на алтернативния път на комплемента.

7.2.1. In Vitro модел

Инфламазомните компоненти като цитокини са важни медиатори в AAV. Както Il-1, така и Il-18 са свързани с патогенезата на AAV, поради което се очаква участието на инфламазомата във възпалителната каскада на това заболяване.

l-18 играе роля в хемопривличането на неутрофили, независимо от TNFa инициирането [95], противно на това, което се съобщава в други проучвания. Хюинс и др. показват, че в присъствието на анти-TNF антитяло, ANCA-индуцираното производство на супероксид не е намалено. Това би обяснило персистирането на тъканно увреждане при наличие на анти-TNF лечение. Освен това, Hewins и колеги демонстрираха бъбречна експресия на Il-18 при пациенти с ANCA васкулит.

7.2.2. Животински модел

Няколко проучвания установяват ANCA некротизиращ сърповиден GN (NCGN) в животински модели [97]. Дипептидил пептидаза (DPPI) е цистеинова протеаза, отговорна за активирането на неутрофилни серин протеази (NPS) като катепсин G (CG), неутрофилна еластаза (NE) и PR3. Тези ензими, отговорни за модулирането на възпалението, са свързани с патофизиологията на ANCA васкулит. В индуциран от анти-MPO антитяло експериментален модел на NCGN е демонстрирана защитна роля на DPPI при бъбречно заболяване с локално намаляване на възпалителните цитокини, особено IL-1 [98]. Всъщност, издигането и обработката на Il-1 от PR3 и NE са свързани [99]. Групата на Scheiber et al [98] демонстрира, че активният PR3 или активният PR3/NE предизвиква повишаване на цитокините и анти-MPO антителата, генерирайки NCGN. Те произведоха NE-/PR3-мишки, които бяха защитени от NCGN. Това демонстрира ролята на NSP при ANCA нефропатия. В допълнение, те забелязаха, че лечението с анакинра, IL-1 рецепторен антагонист, регулира надолу възпалителната каскада и предпазва от NCGN.

Друг различен път, който индуцира производството на Il-1 и причинява NCGN, е свързан с фагоцитната NADPH оксидаза (Phox). Phox е хетеродимер на хем протеин от pg91phox и p22phox, отговорен за генерирането на ROS, причиняващо увреждане на тъканите [100]. Въпреки това някои проучвания обясняват, че ROS също участва в нокдауна на възпалението [101]. Друго проучване от немската група на Schreiber et al. [100] откриват ролята на Phoxin в ограничаването на инфламазомата чрез понижаване на нейните компоненти като каспаза-1 и по този начин IL-1. Тези автори създадоха антитяло-медииран анти-MPO модел. Трансплантирани мишки с костен мозък с дефицит на gp91phox или p47phox показват по-голямо хистологично засягане с повече възпаление и некроза, в сравнение с мишки с костен мозък от див тип. В допълнение, те също генерират мишки с трансплантация на костен мозък с дефицит на pg91phox/caspase-1-. В този случай мишки с двоен дефицит подобряват NCGN в сравнение с мишки само с дефицит на pg91phox. Тези резултати предполагат, че Phox ограничава активността на каспазата -1 и следователно ролята на инфламазомата.

7.2.3.Човешки модел

Повишени серумни нива на каскадата от инфламазомни компоненти също са открити при пациенти с ANCA васкулит. Нива на IL-18 са наблюдавани при пациенти с ANCA васкулит, независимо от стойностите на MPO или PR3. Общоприето е, че бъбречното интерстициално увреждане трябва да бъде свързано с гломерулно увреждане, но има съобщения за случаи на пациенти с ANCA васкулит само с интерстициално увреждане [103,104]. Таширо и др. не показват връзка между гломерулно увреждане и интерстициално увреждане в биопсии от пациенти с ANCA васкулит. Те забелязват корелацията на нивата на IL-1 с тежестта на тубулоинтерстициалното увреждане. Освен това, инфилтриращите макрофаги показват положително оцветяване за NLRP3 в тубулоинтерстициума, без да откриват тази позитивност в гломерула. Напротив, Hewins et al. [95], които са открили повишена регулация на IL-18 в бъбречни биопсии, съобщават, че позитивността в гломерула е открита в подоцитите, докато в тубулоинтерстициума IL-18- е наблюдавана при инфилтриращи макрофаги, миофибробласти и тубуларен епител клетки.

Активирането на NOD-подобни рецептори при пациенти с активен стадий на ANCA васкулит е от Wang et al. [106]. Средните оптични плътности на NOD2, NLRP3 и NLRC5, както в гломерула, така и в тубулоинтерстициума, са значително по-високи при пациенти с ANCA васкулит, отколкото при здрави контроли, при пациенти с болест на минимална промяна и при пациенти с тип IV LN. NLR се експресират главно в подоцити и в инфилтриращи моноцити и макрофаги, но почти не се експресират в гломерули, резултати, подобни на тези на Tashiro et al. Експресията на NOD2 и NLRC5 корелира с клинико-патологично участие, докато NLRP3 не [106]. За разлика от тези изследователи, Tashiro и колегите корелират NLRP3 с тежестта на бъбречното увреждане.

7.3.IgA нефропатия

IgA нефропатията (IgAN) е основната причина за бъбречна недостатъчност, дължаща се на гломерулонефрит в света. Компонентите на вродения имунитет също участват в тази нефропатия. Отлагането на IgA агрегати или IgA имунни комплекси и последващото активиране на Т клетки, причиняващи възпаление, се счита за основна причина за заболяването. Подкласът lgA, отложен в гломерула, е IgA1, който играе централна роля в патофизиологията на заболяването. Пролиферацията на мезангиалните клетки е типичната хистологична находка на IgAN. Мезангиалните клетки претърпяват пролиферация под действието на IL-1, наред с други цитокини. Приносът на цитокините, участващи в инфламазомната каскада, предполага роля на този възпалителен компонент в IgAN.

Алтернативният път на комплемента и лектиновите пътища също участват в развитието на заболяването, тъй като C3, C4, C4d, properdin, C5b-C9 и маноза-свързващият лектин обикновено се откриват при бъбречна биопсия.

7.3.1. Животински модел

Изследователите са показали експресия на IL-1 в бъбречна тъкан, засегната от IgAN [110,111]. Chen et al., използвайки животински модел на IgAN с ddY мишки, откриха намалена мезангиална пролиферация при мишки, третирани с IL-1 рецепторен антагонист (IL-1ra). Тези резултати предполагат, че IL-1 е включен в развитието на IgAN, което доказва потенциалната роля на инфламазомната каскада в IgAN.

7.3.2.Човешки/ин витро модел

Ролята на NLRP3 в lgAN остава да бъде открита. Канадският екип на Chun et al. беше първият, който оцени in vivo и in vitro експресията на NLRP3 в бъбреците на пациенти с IgAN и прогресията на заболяването. Те откриха, че NLRP3 се експресира главно в тубулите без оцветяване в нормалния гломерул. Въпреки това, при пациенти с IgAN, експресията на NLRP3 се открива в гломерула, въпреки че е по-засилена в тубулите. Както в биопсии на човешки бъбрек, така и в човешки клетки с нисък пасаж, те установяват намаляване на NLRP3 по време на тубулно увреждане. По същия начин резултатите от имунооцветяването и експресията на NLRP3 mRNA потвърждават наличието на NLRP3 и неговата последваща загуба след бъбречно увреждане. Тези открития предполагат, че NLRP3 може да бъде биомаркер за тубулна цялост. В допълнение, NLRP3 играе своята роля в ранните стадии на бъбречно заболяване, което е замесено в хронично бъбречно заболяване. Въпреки това, поради ограниченията на проучването, изследователите не успяха да докладват за функционалната роля на инфламазомата.

Други изследователи успяха да видят ролята на NLRP3 в патофизиологията на lgAN. IgA имунните комплекси предизвикаха активирането на NLRP3 инфламазомата в макрофагите. Това от своя страна стимулира производството на ROS от митохондриите. Те извършиха миши модел с IgAN нокаут за NLRP3. Генерирането на IgA имунни комплекси се инхибира от нокаут мишки. Описано е възстановяване на бъбречната функция при нокаут на NLRP3 и при насочена към бъбреците доставка на shRNA на NLRP3. И накрая, изследователите поясняват, че не могат да изключат ролята на други инфламазоми в lgAN и че използването на shNLRP3 може да бъде лечение за подобряване или предотвратяване на заболяването.

7.4. Гломерулонефрит срещу гломерулна базална мембрана

Антигломерулната базална мембрана (анти-GBM) е рядко автоимунно заболяване, което засяга малките съдове на бъбреците и белите дробове. Пациентите развиват антитела срещу неколагеновия домен на веригата 3 от колаген тип IV, присъстващ в базалната мембрана на тези органи [115]. Въпреки че хуморалният имунитет играе централна роля, се съобщава и за участието на клетъчния имунитет. По този начин подкласовете lgG1 и IgG3 са ясно свързани с тежестта на заболяването. Отлагането на антитела в бъбречните съдове може да предизвика възпаление чрез активиране на комплемента и Fc рецептора. От друга страна, увеличението на CD4 плюс Т клетките е свързано с тежестта на заболяването. Периферният CD4 плюс напредва в присъствието на c3 (IV) NC1. В допълнение, при животински модели е доказано, че CD4 плюс е отключващ фактор за развитието на анти-GBM антитела.

Животински модел

Доказано е, че основните цитокини, получени от каскадата на инфламазомите, IL-1 и IL-18, имат патофизиологична роля при пациенти с анти-GBM заболяване. В миши модел на анти-GBM, Il-1 -/- и IL1 тип 1 рецептор (IL{-1R)-/-мишки, ролята на IL-1 изоформите, IL{{ 12}} и IL-1, в анти-GMB GN е изследван. IL-1ß мишки показаха по-слабо развитие на полумесечни образувания и набиране на макрофаги и Т клетки, докато IL-1R1 -/-мишките изглежда имат роля в имунния отговор, тъй като те имаше по-малко антитела в серума. Освен това, други животински модели са показали провъзпалителната роля на IL-18 при бъбречно възпаление.

Гломерулната инфилтрация от макрофаги вероятно е един от основните източници на производство на IL-1 цитокини. Няколко проучвания са анализирали хемоатрактиращата роля на този цитокин и са приложили лечение с антагонисти IL-1ra в модел на плъх с анти-GBM. И двете групи на Lan et al. и Tang et al. демонстрира, че чрез използване на IL-1ra има намаляване на инфилтрацията на гломерулните макрофаги и подобрение на протеинурията. Lan и др. също разкрива спиране на влошаването на бъбречната функция и предотвратява хистологична прогресия като образуването на гломерулни полумесеци. Танг и др. получиха намалена експресия на ICAM-1 след лечение с IL-1ra, което също беше свързано с намаляване на инфилтрацията на полиморфонуклеарни (PMN) клетки и моноцити.

Въпреки това, след констатациите, открити от Timoshenko et al. [117] относно приноса на IL-1 при нефрит в анти-GBM, други автори заключиха, използвайки миши модел, че само дендритни клетки, които се намират главно в тубулоинтерстициума, експресират pro-IL-1 и следователно те активират NLRP3 и каспаза-1, секретиращи зрял IL-1. Те показаха, че инфламазомната ос не допринася за гломерулно възпаление, тъй като гломерулните клетки не могат да произвеждат IL-1 по време на стерилно възпаление.

8. Заключителни бележки

Като изчерпателно подробно, много проучвания демонстрират ролята на инфламазомата при гломерулонефрит. Необходими са обаче по-нататъшни прозрения в изследването на патофизиологичния механизъм, фокусирано върху възпалителни и автоимунни заболявания.

От друга страна, участието на инфламазомата в имунитета насърчава необходимостта от нови терапевтични оръжия, насочени към неговата модулация. Наскоро антагонистите на IL-1ra вече са одобрени за лечение на небъбречни заболявания като ревматоиден артрит, CAPS, семейна средиземноморска треска и болест на Still. Освен това засега има развитие за лечение на автоимунни заболявания при пациенти, които не реагират или с течение на времето са рефрактерни на лечение с TNF-антагонисти и/или Т-клетъчни ко-стимулиращи антагонисти с IL-18 антагонист. Като се има предвид, че блокадата на IL-1 или антагонистът на IL-18 е била успешна при нечовешки модели на бъбречни заболявания, модулиращи възпалителната активация. Може би сме готови да въведем тези цели в нефрологичните клиники. Въпреки това, блокадата на един цитокин може да не е достатъчна, за да регулира надолу активирането на инфламазомата, тогава може да се обмисли политерапия. Доколкото ни е известно, въпреки че има разработени клинични изпитвания за автоимунни и възпалителни заболявания, няма текущи клинични изпитвания, включващи гломерулонефрит и инфламазоми. По този начин по-нататъшните усилия в изследването на това как леченията влияят върху активността на инфламазомната ос могат да бъдат обещаваща терапия.