Оксидативен стрес и исхемия/реперфузионно увреждане при бъбречна трансплантация: Фокус върху фероптоза, митофагия и нови антиоксиданти

Резюме:Въпреки че има технически и фармакологичен напредък влекарство за бъбречна трансплантация, може да изпитат някои пациентиостри усложнения след трансплантация. Сред механизмите, включени в тези състояния,исхемия/реперфузия (I/R)нараняванеможе да има основна патофизиологична роля, тъй като е една от водещите причини за забавена функция на присадката (DGF), бавно възстановяване на бъбречната функция с необходимост от диализа (обикновено през първата седмица след трансплантацията). DGF има значително социално и икономическо въздействие, тъй като е свързано с продължителна хоспитализация и развитие на тежки усложнения (включително остро отхвърляне). По време на I/R нараняване, оксидативният стрес играе основна роля в активирането на няколко пътя, включителнофероптозаклетъчна смърт, предизвикана от желязо, характеризираща се с натрупване на желязо и прекомерна липидна пероксидация, и митофагия, селективно разграждане на увредени митохондрии чрез автофагия. Фероптозата може да допринесе за увреждане на бъбреците, докато митофагията може да има защитна роля чрез намаляване на освобождаването на реактивни кислородни видове от дисфункционални митохондрии. Дълбокото разбиране на двата пътя може да предложи възможност за идентифициране на нови ранни диагностични неинвазивни биомаркери на DGF и въвеждане на нови клинично приложими фармакологични стратегии. В този преглед ние обобщаваме всички съответни познания в тази област и обсъждаме настоящите антиоксидантни фармакологични стратегии, които биха могли да представляват в бъдеще потенциални лечения за I/R наранявания.

Ключови думи: исхемично/реперфузионно увреждане;оксидативен стрес; фероптоза;митофагия;трансплантация на бъбрек

НАТИСНЕТЕ ТУК, ЗА ДА ВЗЕМЕТЕ БИЛКА ЦИСТАНЧА ЗА БЪБРЕЦИ

1. Въведение

Трансплантация на бъбрекпредставлява най-ефективният от гледна точка на разходите начин на бъбречна заместителна терапия при пациенти с необратима хронична бъбречна недостатъчност (краен стадий на бъбречно заболяване, стадий 5 на хронично бъбречно заболяване) [1]. Въпреки непрекъснатия технически и фармацевтичен прогрес в трансплантационната медицина, някои пациенти развиват ранни остри посттрансплантационни усложнения и изпитват бавно възстановяване на бъбречната функция с необходимост от диализа (обикновено през първата седмица след трансплантацията). Това клинично състояние, а именно забавена функция на присадката (DGF), има значително социално и икономическо въздействие, тъй като е свързано с продължителна хоспитализация [2], полифармакологични подходи (особено при наличие на съпътстващо остро отхвърляне на алографта) [3] и по-кратко оцеляване на присадката [4]

Рискът от DGF е по-висок в конкретен органпрограми за трансплантация с помощта на бъбрециот донори без сърдечен ритъм, възрастни, мултиморбидни (напр. диабет, хипертония), реципиенти с предишен неуспех на алографта и/или всички сенсибилизирани и органи, увредени от остро бъбречно увреждане и продължително време на студова исхемия [5,6]

По-специално, по време на исхемия, значителното намаляване на доставката на кислород и последващото клетъчно преминаване от аеробен към анаеробен метаболизъм може да намали скоростта на производство на АТФ [7] и да причини натрупване на лактат (водещо до ацидоза). Следователно Na+/K+ АТФазите, Na+/H+ и Ca2+-АТФазните помпи могат да станат дисфункционални и натрий, водород и калций се натрупват в цитоплазмата с последващ хиперосмолалитет, повишаване на водния транспорт през клетъчните мембрани и клетъчно подуване [8].

По време на реперфузия, бързото повишаване на кислорода и нормализиране на pH можеповишават цитозолния калцийконцентрация, активираща цистеинови протеази (напр. калпаини, каспази) и задействаща апоптотичния път. Освен това претоварването с калций стимулира отварянето на преходните пори на митохондриалната пропускливост (mPTP), които позволяват освобождаването на вещества като цитохром С, сукцинат и митохондриална ДНК, които могат да индуцират клетъчна смърт чрез апоптоза и некроза и действат като молекулярни модели, свързани с опасност/увреждане (DAMP), насърчавайки активирането както на вродения, така и на адаптивния имунитет [9–11]. В допълнение, тези механизми могат да доведат до прогресивна интерстициална фиброза [12–14].

Освен това, свръхпроизводството на реактивни кислородни видове (ROS) след исхемия/реперфузия (I/R) може да бъде предизвикано от дерегулация на множество ензими, способни да намалят молекулния кислород, образуващ супероксид и/или водороден пероксид, като NADPH оксидаза, азотен оксид синтаза (NOS ), митохондриалната електротранспортна верига и ксантин оксидоредуктаза (XOR).

XOR е сложен молибдофлавоензим, който контролира ограничаващия скоростта етап на пуриновия катаболизъм и съществува в две взаимно конвертируеми форми, ксантин дехидрогеназа (XDH) и ксантин оксидаза (XO). XDH за предпочитане използва NAD+ като акцептор на електрони, докато XO използва O2 като краен акцептор на електрони, като по този начин проявява способността да генерира ROS [15]. Този ензим превръща хипоксантина в ксантин генериращ супероксид (O2-) и водороден пероксид (H2O2), които играят важна роля в медиирането на набирането и/или активирането на левкоцити, които организират тъканното увреждане [16].

Освен това, NADPH оксидазите, мултимерни комплекси, които генерират супероксид или H2O2, съставени от седем члена на семейството (NOX1–5, DUOX1–2) [17], са замесени в производството на ROS след I/R. NOX ензимите използват кислород като крайни акцептори на електрони чрез NADPH, FAD и хем групи. Ензимите DUOX произвеждат предимно водороден пероксид заедно с NOX-4, докато останалите изоензими NOX до голяма степен произвеждат супероксид. NOX са конститутивно неактивни и изискват клетъчна стимулация, за да се преместят към мембраната и да генерират ROS [16]. В I/R този ензимен комплекс може да бъде активиран от няколко химични медиатора, които се произвеждат и освобождават от клетките, като инхибиторен фактор на хипоксията -1 (HIF-1 ) [18], фосфолипаза А2 [19], арахидонова киселина [20], комплементна система [21], цитокини като TNF- и IL-1 от макрофаги и мастоцити [22].

Друг източник на ROS е несвързаната NOS, която произвежда азотен оксид (NO) чрез превръщане на L-аргинин в L-цитрулин, използвайки NADPH като редуциращ субстрат и тетрахидробиоптерин (BH4) като редокс-чувствителен кофактор. Този ензим, при хипоксични условия, може да се преобразува в O2-генериращ ензим поради намалената концентрация на BH4, увеличавайки окислителното увреждане [23].

Освен това, митохондриите, органели, които генерират по-голямата част от химическата енергия, необходима за захранване на клетката, допринасят за производството на ROS чрез едновалентна редукция на O2 главно чрез изтичане на електрони в комплекс I и -кетоглутарат дехидрогеназа [24].

По време на исхемия, промяната на митохондриалната структура, високото съотношение NADH/NAD+ и натрупването на метаболита на цикъла на лимонената киселина сукцинат изострят този процес [25,26].

След това оксидативният стрес играе ключова роля в увреждането на органи след I/R чрез активиране на фероптоза, клетъчна смърт, предизвикана от желязо, характеризираща се с натрупване на желязо, прекомерни ROS и продукти на липидна пероксидация и митофагия, селективно разграждане на увредени митохондрии чрез автофагия

2. Фероптоза: Роля при I/R увреждане на алографт на бъбрек

Фероптозата е форма на регулирана клетъчна смърт, предизвикана от натрупване на желязо, липидна пероксидация и последващо разкъсване на плазмената мембрана [27]. Характеризира се главно с: ядро ​​без кондензация на хроматин, митохондрии с намален обем и кристи, значително уголемяване на клетките и разкъсване на плазмената мембрана [28,29].

В контекста на бъбречния I/R, натрупването на желязо чрез реакцията на Fenton може да генерира голямо количество ROS (също повишено от съпътстващата митохондриална дисфункция и активността на семейството на NOX), което може сериозно да повиши вътреклетъчния оксидативен стрес и липидната пероксидация (Фигура 1)

Фигура 1. Схематично представяне на механизмите на фероптоза и митофагия при увреждане на бъбречната исхемия/реперфузия (I/R). По време на I/R няколко пътя допринасят за фероптозата: (i) свръхпроизводството на ROS от NADPH оксидаза (NOX), азотен оксид синтаза (NOS), ксантин оксидоредуктаза (XOR) и митохондриите насърчават липидната пероксидация и разкъсването на плазмената мембрана; (ii) намаляването на съдържанието на глутатион (GSH) инхибира активността на глутатион пероксидаза 4 (GPX4) и нейното защитно действие срещу мембранна липидна пероксидация; (iii) I/R може индиректно да индуцира феритинофагия, която причинява разграждането на вътреклетъчния феритин и увеличаването на вътреклетъчния резерв от лабилно желязо. Митофагията се активира в I/R чрез убиквитин-зависими и убиквитин-независими механизми и изглежда има защитна роля при I/R увреждане чрез намаляване на освобождаването на реактивни кислородни видове от дисфункционални митохондрии. При физиологични условия PINK1 се внася в митохондриите, където се разцепва от интрамембранната серинова протеаза, свързана с пресенилин, подобна на ромб (PARL) и в крайна сметка се разгражда. Когато митохондриите са повредени и загубят своя мембранен потенциал, PINK1 се натрупва върху митохондриалната външна мембрана (MOM) и набира Паркин. Паркин убиквитинира няколко митохондриални субстрата, като волтаж-зависим анион-селективен канален протеин (VDAC) и динамин-1-подобен протеин (DRP1). Тези убиквитинирани протеини могат да набират митофагични рецептори (като оптиневрин, p62), които свързват митохондриите с автофагозоми чрез взаимодействие с LC3. Това причинява автофагично поглъщане на органелата, необходимо за нейното разграждане. Убиквитин-независимият механизъм се регулира от митофагични рецептори, които се локализират върху MOM, като BCL2 взаимодействащ протеин 3 (BNIP3), BNIP3-подобен (BNIP3L/NIX) и FUN14 домейн, съдържащ 1 (FUNDC1). Тези протеини свързват митохондриите към автофагозомите чрез директно взаимодействие с LC3.

Два пътя могат да предизвикат фероптоза: външният и вътрешният път [27]. Външният път се инициира чрез инхибиране на цистин/глутаматния обменник на мембраната, а именно XC системата, която медиира навлизането на цистин в клетките, който се използва за синтезиране на глутатион (GSH) [30], кофактор, използван от глутатион пероксидаза 4 (GPX4) за елиминиране на липидните пероксиди в клетъчните мембрани. Следователно, инхибирането на XC системата индиректно намалява активността на GPX4 с последващо натрупване на летални липидни пероксиди и индуциране на фероптоза. Няколко агента като еластин, сулфасалазин и сорафениб, като блокират XC системата, са в състояние да предизвикат фероптоза чрез този механизъм.

Вътрешният път се индуцира главно от лекарства или инхибитори с малки молекули като RSL3, ML162, ML210, FIN56 и FINO2, които могат директно или индиректно да инхибират активността на GPX4 [31]. Освен това, молекулите, регулиращи усвояването, съхранението и използването на желязо (като феритин, трансферин и лактотрансферин), могат да повлияят на фероптозата чрез повишаване на нивата на лабилно желязо (източник на свободно желязо, който е относително достъпен за реакцията на Fenton) в клетката [32]. ]. Трансферинът и лактотрансферинът са протеини, отговорни за транспорта на желязо, които, свързвайки се с техните рецептори, медиират вноса на Fe в цитоплазмата. Феритинът е вътреклетъчният протеин за съхранение на желязо, който може да бъде разграден от лизозомите в процес, наречен феритинофагия, и повишава нивата на свободно желязо, като по този начин насърчава фероптозата [33] (Фигура 1).

Обратно, ензимните и неензимните системи (CoQ10, витамин Е, феростатини и липроксстатини), заедно със системите за възстановяване на мембраните, предотвратяват липидната пероксидация и защитават клетките от фероптоза [34–37].

Последните проучвания съобщават, че фероптозата може да бъде включена в патофизиологичния път, свързан с I/R увреждане [29,38].

Su и др. [39] демонстрира, че панексин 1, мембранен канал, участващ в регулирането на освобождаването на АТФ като DAMP молекула, способна да активира апоптоза или сигнализиране за автофагия в оксидативни условия [40,41], може да активира фероптоза в миши модел на бъбречно I/R увреждане [ 39]. Нокаутът на гена panx1 при мишки, подложени на I/R, е свързан с по-ниско увеличение на серумния креатинин и намалена тубулна клетъчна смърт заедно с намалена липидна пероксидация в сравнение с мишки от див тип. Този защитен ефект изглежда медииран от инактивирането на MAPK/ERK пътя и повишената регулация на антиоксидантния ген хемоксигеназа-1 (HO-1).

Защитните ефекти срещу фероптоза могат също да бъдат упражнени от активността на усилвателя на регенерацията на черния дроб (ALR), сулфхидрилоксидазен ензим, локализиран в междумембранното пространство на митохондриите. Този ензим участва в "дисулфидната релейна система", която медиира вноса на протеини в междумембранното пространство [42] и има антиапоптотични и антиоксидантни свойства. Експресията на ALR е значително повишена при исхемични плъхове и прилагането на рекомбинантна човешка ALR, чрез засилване на пролиферацията на бъбречните тубулни клетки и отслабване на апоптозата на тубулните клетки, ефективно намаляване на тубулното увреждане и подобряване на увреждането на бъбречната функция [43,44].

Защитната роля на ALR при фероптоза може също да бъде медиирана от намаляване на нивата на ROS чрез взаимодействието му със системата GSH-GPX4 [45] и чрез насърчаване на изчистването на увредени митохондрии (механизъм, наречен митофагия) [46].

Следователно, активирането на ALR може да представлява възможна бъдеща терапевтична стратегия за превенция за I/R-индуцирано увреждане на алографта.

3. Митофагия: Още един играч в I/R нараняване на алографт на бъбрек

Повредените или нефункциониращи митохондрии увреждат клетката, като произвеждат голямо количество ROS и освобождават проапоптотични фактори. Следователно навременното отстраняване на тези органели е от решаващо значение за клетъчната хомеостаза и жизнеспособност [47].

Митофагията е механизмът на селективно разграждане на увредени митохондрии чрез аутофагия [48], който се изпълнява от убиквитин-зависим и убиквитин-независим път. Първият се регулира от PTEN-индуцираната предполагаема киназа 1 (PINK1)-Parkin път. PINK1 е митохондриална серин/треонин киназа, а Parkin е цитозолна убиквитин Е3 лигаза. При физиологични условия PINK1 се внася в митохондриите, където се разцепва от интрамембранната серинова протеаза пресенилин, свързана с ромбоиден тип (PARL) и в крайна сметка се разгражда [49]. Когато митохондриите са повредени и загубят своя мембранен потенциал, вносът на PINK1 се възпрепятства, което води до натрупване на тази киназа във външната мембрана на митохондриите (MOM). Впоследствие PINK1 набира Parkin и активира неговата лигазна активност [50]. Паркин убиквитинира няколко митохондриални субстрата като митофузин 2 (Mfn2), напрежение-зависим анион-селективен канален протеин (VDAC) и динамин-1-подобен протеин (DRP1). Тези убиквитинирани протеини могат да набират митофагични рецептори (като оптиневрин, p62, NBR1), които свързват митохондриите с автофагозоми чрез взаимодействие с LC3. Това причинява автофагично поглъщане на органелата, необходимо за нейното разграждане [49,51].

Независимият от убиквитин механизъм се регулира от митофагични рецептори, които се локализират върху MOM, като BCL2 взаимодействащ протеин 3 (BNIP3), BNIP3-подобен (BNIP3L/NIX) и FUN14 домейн, съдържащ 1 (FUNDC1) [52,53] . Тези протеини свързват митохондриите към автофагозомите чрез директно взаимодействие с LC3 [54] (Фигура 1).

Митофагията също се регулира от протеини, които участват в механизмите на сливане и делене на тези органели. Сливането води до образуване на единична митохондрия от преди това независими структури [55], генерирайки мрежи с непрекъснати мембрани и матричен лумен [56]. Деленето произвежда един или повече дъщерни органели и, в случай на намален потенциал на митохондриалната мембрана, отделя този органел за елиминиране чрез автофагия [56].

Координацията на делене/сливане и митофагия изглежда се медиира от FUNDC1. При физиологични условия този рецептор закотвя свързаната с динамин GTPases оптична атрофия 1 (OPA1) към вътрешната повърхност на MOM. В отговор на митохондриалния стрес, разглобяването на комплекса FUNDC1–OPA1 и набирането на Drp1 насърчават митохондриалното делене и митофагията [57].

Този сложен и завладяващ многофакторен автофагичен механизъм може да играе защитна роля в алографтите, подложени на I/R нараняване. Дефицитът на BNIP3 или Pink1 и/или Parkin при плъхове модели на бъбречно I/R увреждане води до увеличаване на производството на ROS, апоптоза и тубулоинтерстициално възпаление [58–61]. Същите ефекти са получени чрез потискане на митофагичната каскада чрез действие върху протеини, регулиращи деленето (напр. Drp1) или сливането (напр. OPA1) [62,63]. Защитните ефекти на митофагията върху бъбреците, подложени на I/R нараняване, са наблюдавани след исхемична предварителна подготовка [64], кратък период на нелетална исхемична реперфузия, която защитава твърдия орган срещу последващо разширено I/R нараняване [65]. Повишената регулация на митофагията чрез пътя на PINK1-Parkin подобри митохондриалната функция, сведе до минимум производството на ROS и подобри клетъчното оцеляване [64]. Всички тези констатации предполагат, че митофагията, запазвайки качеството на митохондриите и оцеляването на тубулните клетки, може да представлява ценен защитен механизъм срещу I/R увреждане, което трябва да бъде насърчавано от фармакологични интервенции.

Поддържаща услуга на Wecistanche-най-големият износител на cistanche в Китай:

Имейл:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/телефон:+86 15292862950

Пазарувайте за повече подробности за спецификациите:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop

ВЗЕМЕТЕ НАТУРАЛЕН ОРГАНИЧЕН ЕКСТРАКТ ОТ ЦИСТАНША С 25% ЕХИНАКОЗИД И 9% АКТЕОЗИД ЗА БЪБРЕЦИ