Cum afectează leziunea renală acută celulele pulmonare?
Mar 11, 2022
Pentru mai multe informații:ali.ma@wecistanche.com
Partea Ⅱ: Stresul oxidativ în urma unei leziuni renale acute cauzează perturbarea cililor celulelor pulmonare și eliberarea lor în lichidul de lavaj bronhoalveolar și leziuni pulmonare, care sunt exacerbate de ștergerea Idh2
Yong Kwon Hana, Ji Su Kim, Gwan Beom Leea, Jae Hang Lim, Kwon Moo Park
Leziuni renale acute(AKI) induce leziuni ale organelor la distanță, ceea ce reprezintă o preocupare serioasă la pacienții cu AKI (Leziuni renale acute). Studii recente au demonstrat că leziunile de organ la distanță sunt asociate custresul oxidativa organelor și deteriorarea ciliului, un organel celular pe bază de axoneme. Cu toate acestea, rolul destresul oxidativși afectarea cililor în AKI (Leziuni renale acuteleziunea pulmonară indusă de ) rămâne de definit. Aici, am investigat dacă AKI (Leziuni renale acuteleziunea pulmonară indusă de ) este asociată cu mitocondriastresul oxidativși perturbarea cililor în celulele pulmonare. AKI (Leziuni renale acute) a fost indusă în izocitrat dehidrogenaza 2(Idh2, o enzimă antioxidantă mitocondrială) șters (Idh2-/) și de tip sălbatic (Idh2 plus 7) de către șoarecirinichiischemie-reperfuzie (IR). Un grup de șoareci a fost tratat cu Mito-TEMPO, un antioxidant specific mitocondriilor.RinichiIR a cauzat leziuni pulmonare, inclusiv îngroșarea septului alveolar, deteriorarea alveolară și acumularea de neutrofile în plămân, precum și creșterea concentrației de proteine și a numărului total de celule în lichidul de lavaj bronhoalveolar (BALF). În plus,rinichiIR a provocat fragmentarea cililor celulelor epiteliale pulmonare și eliberarea de fragmente în BALF, Kidney IR, de asemenea, a crescut producția de superoxid, peroxidarea lipidelor și oxidarea ADN-ului mitocondrial și a nucleelor în plămâni și a scăzut expresia IDH2. Plămânstresul oxidativiar prejudiciul s-a bazat pe gradul derinichirănire, Deleția Idh2 a exacerbat leziunile pulmonare induse de IR renale. Tratamentul cu leziuni pulmonare induse de IR renal atenuat de Mito-TEMPO, cu atenuare mai mare la șoareci Idh2-7-decât Idh2 plus/plus. Datele noastre demonstrează că AKI (Leziuni renale acute)induce perturbarea cililor și dăunează celulelor prinoxidativstresîn celulele epiteliale pulmonare, ceea ce duce la eliberarea fragmentelor ciliare perturbate în BALF.
boli de rinichi: AKI (leziune renală acută)
Deleția Idh2 agravează leziunea pulmonară indusă de IR renală.
În cele din urmă, am investigat rolul IDH2 asupra leziunii pulmonare induse de IR renal. Pentru a defini rolul IDH2 asupra plămânilorstresul oxidativși leziuni pulmonare în condiții de lipsă sau diferențe minime de leziune renală, am indus 35 de minute de ischemie renală urmată de 4 ore de reperfuzie la femele Idh2-/- și Idh2 plus / șoareci pe baza a două puncte; 1) șoarecii femele sunt mai puțin sensibili la leziuni renale IR și reperfuzia de 4 ore provoacă leziuni renale mai puțin severe decât reperfuzia de 24 de ore [3,39,40]. Cum era de așteptat. 35 de minute de ischemie și 4 ore de reperfuzie au crescut concentrațiile de BUN atât la șoareci Idh2~/ cât și Idh2 plus / fără diferențe semnificative în BUN între șoarecii Idh{2-/ și Idh2/plus (Fig.7A). Cu toate acestea, leziunea pulmonară, inclusiv creșterea infiltrației neutrofile și îngroșarea septului alveolar, a fost mai mare la șoarecii Idh2-7-decît la șoarecii Idh2 plus 7 plus (Fig. 7B). În concordanță cu deteriorarea histologică, aproximativ 58,5% concentrație de proteine și 37,8% numărul total de celule în BALF de șoareci Idh2-/- au fost mai mari decât cele din BALF de șoareci Idh2 plus/plus (Fig. 7C și D). Nu au fost observate diferențe semnificative în BUN și leziuni pulmonare între șoarecii Idh2-/șoareci și Idh2 plus/plus după operație simulată (Fig. 7A-D). Aceste rezultate indică faptul că deficiența genei IDH2, o enzimă antioxidantă mitocondrială, agravează leziunea pulmonară indusă de IR renal.
Pentru a confirma în continuare rolul IDH2 și mitocondrialstresul oxidativperinichiLeziuni pulmonare induse de IR, am evaluat dacă Mito-TEMPO inhibă creșterea concentrației proteinelor și a numărului de celule în BALF după IR renală. Tratamentul cu Mito-TEMPO a prevenit creșterea concentrației de proteine și a numărului total de celule după IR renală atât la șoarecii Idh2-/șoareci, cât și la șoarecii Idh2 plus/plus. Această prevenire a fost mai mare la șoareci Idh2-/- decât la Idh2 plus/șoareci (aproximativ 32,2 la sută în Idh2 plus / și 38,6 la sută la Idh2-/- în concentrația de proteine în BALF și 8,4 la sută în Idh2 plus / plus și 35,4 la sută în Idh2-7-în numărul total de celule în BALF) (Fig.7C și D). Mito-TEMPO a redus ușor nivelurile BUN la ambii șoareci, dar acest lucru nu a fost semnificativ statistic (Fig.7A) . Aceste rezultate indică faptul că IDH2 joacă un rol important în leziunea pulmonară indusă de IR renal.
Fig.7. Leziune pulmonară mai mare după IR renală la șoarecii Idh2-/- decât la șoarecii Idh2 plus/plus și prevenirea mai mare a leziunii pulmonare induse de IR renală prin Mito-TEMPO în Idh2-/- şoareci decât în Idh2 plus /şoareci.Femelele Idh{{0}}șterși (dh{2-7) și de tip sălbatic (Idh2 plus /) au fost supuse la 35 de minute de ischemie renală bilaterală. Unii șoareci li s-a administrat Mito-TEMPO (Mito-T, 0,7 mg/kg BW, IP.)17 și cu 1 oră înainte de ischemie, de două ori. Plămânul, BALF și sângele au fost colectate la 4 ore după ischemie. (A) BUIN din plasmă a fost măsurat așa cum este descris în Materiale și Metode (n =4). (B) Țesuturile pulmonare fixate de perfuzie au fost tăiate în 3-um secțiuni groase, care au fost apoi supuse colorării H&E (n= 3). (C. D) Concentrația proteinei și numărul total de celule din BALF au fost măsurate așa cum este descris în Materiale și Metode (n =4). Rezultatele sunt exprimate ca medii ± SEM (n =3-4).
IR renal a crescut semnificativ expresia 4-HNE în plămâni atât la Idh2-/- cât și la Idh2 plus /șoareci la 4 ore după ischemia renală, iar această creștere a fost mai mare la Idh2-/șoareci decât la șoareci Idh2 plus / plus șoareci (pag<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="">stresul oxidativ.
Fig.8. Plămân mai marestresul oxidativși deteriorarea cililor după IR renală la șoarecii Idh2-/- decât la șoarecii Idh2 plus/plus și prevenirea mai mare a stresului și a leziunilor de către Mito-TEMPO la șoarecii Idh{2-7decît la șoarecii Idh27.Femelele Idh{{0}}deleted(Idh2-7-) și de tip sălbatic (Idh2 plus 7 plus) au fost supuse fie la 35 de minute de ischemie renală bilaterală (isch) fie la o operație simulată. Unii șoareci li s-a administrat fie Mito-TEMPO (Mito-T, 0,7 mg/kg BW, ip) fie vehicul cu 17 și 1 oră înainte de ischemie, de două ori. Plămânul și BALF au fost colectate la 4 ore după ischemie. (AD,F,G)4-Expresia HNE în țesuturile pulmonare și BALF a fost evaluată prin analiză Western blot (n {=3-4). GAPDH a fost folosit ca încărcare Control. Densitățile benzilor au fost măsurate folosind software-ul ImageJ. (E) A fost măsurat nivelul de superoxid din țesutul pulmonar (n=4). Expresiile (FK)4-HNE, Arl13B, ac- -tubulină (ac{- -tub) și -tubulină (-tub) în BALF au fost analizate prin western blot (n =4 ). Densitățile benzilor au fost măsurate folosind software-ul ImageJ. Rezultatele sunt exprimate ca medii ± SEM (n=4).
4. Discutie
În studiul de față, raportăm că leziunea pulmonară indusă de IR renală este exacerbată de ștergerea Idh2 și că tratamentul cu antioxidant mitocondrial atenuează leziunea pulmonară indusă de IR renal. În plus, IR renal induce perturbarea cililor în celulele pulmonare prin intermediulstresul oxidativ, iar fragmentele și proteinele ciliare perturbate rezultate sunt eliberate în BALF. Important este că această perturbare a cililor este prevenită prin tratamentul antioxidant specific mitocondriilor. Spre deosebire de aceasta, deleția Idh2-exacerbează perturbarea cililor celulelor pulmonare induse de IR de rinichi. Aceste date indică faptul că IR renală afectează echilibrul redox în celulele pulmonare într-o manieră dependentă de timp ischemic, rezultând înstresul oxidativa țesutului pulmonar și a cililor. Mai mult decât atât, perturbarea cililor, cel puțin parțial, implică AKI (Leziuni renale acute)-leziune pulmonară indusă. Din câte știm, acesta este primul raport care demonstrează că AKI (Leziuni renale acute)determină distrugerea cililor din celulele pulmonare prinstresul oxidativ, iar fragmentele și proteinele ciliare perturbate rezultate sunt eliberate în BALF. Aceste rezultate indică faptul că prevenirea perturbării cililor ar putea fi o strategie nouă pentru tratamentul AKI (Leziuni renale acute)-ali legate. În plus, aceste date indică faptul că proteinele și fragmentele ciliare din BALF ar putea fi utilizate ca indicatori ai leziunii pulmonare.
Leziunea de organ la distanță indusă de IR de rinichi este un proces complex în care sunt implicați numeroși factori [4,8,41,42]. Mai multe studii au demonstrat că ROS șistresul oxidativcontribuie la leziuni ale organelor îndepărtate în urma unei leziuni renale [4,8,41]. În leziunea pulmonară după IR renală, s-a propus ca neutrofilele, care sunt infiltrate în plămân, să funcționeze ca celule producătoare de ROS majore în plămân, în urma stimulării citokinelor produse în rinichiul lezat. Această producție de ROS determină ulterior creșteri suplimentare de ROS în plămâni prin activarea sistemului producator de ROS și inhibarea sistemului de captare a ROS, sau ambele [5,43]. Recent, Hepokoski, M. et al. a raportat că acumularea extracelulară de DAMP-uri mitocondriale renale este cauzată de AKI (Leziuni renale acute), afectează căile metabolice ale plămânilor și induce disfuncția mitocondrială [42]. În studiul de față, am găsit o creștere a infiltrației de neutrofile în plămân după IR renală, în funcție de timpul ischemic renal, adică de severitatea leziunii IR renale. De asemenea, am constatat că IR renală crește formarea de superoxid, peroxidarea lipidelor și oxidarea ADN-ului într-o gamă largă de țesuturi pulmonare, inclusiv septele alveolare interstițiale, epiteliile alveolare și ale căilor respiratorii. Mai mult, am găsit o scădere a expresiei IDH2 în țesutul pulmonar după IR renală. Aceste date indică faptul că celulele pulmonare sunt expusestresul oxidativca urmare arinichiIR și că aceasta a crescutstresul oxidativ, inclusiv cel de către mitocondriile celulelor pulmonare, poate provoca leziuni și disfuncții ale celulelor și țesuturilor. Mai mult, tratamentul antioxidant specific mitocondriilor reduce leziunea pulmonară indusă de IR renal și inhibă formarea superoxidului și oxidarea lipidelor și ADN-ului în plămâni.
boli de rinichi: stres oxidativ asupra rinichilor
IDH2 catalizează decarboxilarea oxidativă a izocitratului în -cetoglutarat în mitocondrii, însoțită de reducerea NADP la NADPH [31,32,35,44]. NADPH este o sursă de echivalenți reducători atât pentru sistemele tioredoxină, cât și pentru sistemul glutation de detoxifiere cu peroxid [31,32,35,44,45]. Recent, Park et al. au raportat că deficitul de Idh2 crește susceptibilitatea la toxicitatea pulmonară indusă de acroleină în celulele carcinomului pulmonar Lewis și la șoareci prin perturbarea echilibrului redox mitocondrial, ducând la mitocondrial.oxidativstresși apoptoză [31]. În acest studiu, am descoperit că IR renal a redus expresia IDH2 în plămân și că ștergerea Idh2 la șoareci a exacerbat leziunea pulmonară indusă de IR renală șistresul oxidativ. În plus, aportul de antioxidanți mitocondriali a redus leziunile pulmonare și plămâniistresul oxidativcu reduceri mai mari la șoarecii cu Idh2-șterși decât la tovarășii de tip sălbatic. Aceste date indică faptul că leziunea pulmonară indusă de IR renală este asociată cu funcția IDH2 redusă și o creștere ulterioară a mitocondriale.stresul oxidativ. Mai mult, pot exista diferențe de sex în leziunea pulmonară și plămânstresul oxidativ(notați Figurile 1 și 7). Cu toate acestea, deși am constatat leziuni pulmonare mai mari șistresul oxidativși un efect protector mai mare al Mito-TEMPO la șoarecii femele cu deficit de Idh2-decat la șoarecii femele de tip sălbatic, la niveluri similare de BUN post-renichi (la rândul său, cu un grad similar de leziune renală), o asociere a severitatea leziunii renale poate să nu fie complet ignorată din cauza dependenței leziunii pulmonare de leziunea renală. Acest lucru poate fi răspuns prin utilizarea sistemelor de eliberare a antioxidanților specifice plămânilor sau a animalelor cu detonare condiționată specifice celulelor pulmonare.
Lungimea ciliară în celule este modificată dinamic atât în condiții fiziologice, cât și fiziopatologice. Studii recente au demonstrat că modificarea anormală a lungimii cililor este asociată cu dezvoltarea și progresia diferitelor boli, iar cilii sunt asociați cu funcția mitocondrială [17-20,43,46,47]. În condiții fiziologice, modificarea lungimii cililor are loc fie prin reabsorbție, fie prin alungire în timpul ciclului celular normal [48-51]. Resorbția este un proces normal în care celulele retrag ciliul în celulă în timpul progresiei de la faza GO/Gl la fazele S la G2 ale ciclului celular, iar reabsorbția completă a cililor are loc înainte de mitoză [48-51]. Studii recente au demonstrat că scurtarea lungimii cililor este cauzată de leziuni celulare [17-20,46,52]. În studiile anterioare, am constatat că AKI (Leziuni renale acute)induce perturbarea cililor în celulele epiteliale tubulare renale ca urmare astresul oxidativ[18-20]. În plus, am descoperit că leziunea hepatică IR induce decilierea cililor primari ai celulelor tubulare ale rinichilor îndepărtați datorităstresul oxidativînrinichicelulele tubulare și că această deciliere este prevenită prin tratament antioxidant [20]. Mai mult, deficiența primară de cili activează tranziția epitelială la mezenchimală, ceea ce este critic pentru progresia fibrozei [53], indicând faptul că cilii sunt asociați cu progresia răspunsurilor post-leziune. În studiul de față, am descoperit că IR renală provoacă perturbarea cililor celulelor pulmonare, iar aceste fragmente ciliare perturbate sunt eliberate în BALF. În plus, ștergerea Idh2 a crescut AKI (Leziuni renale acute)-distrugerea cililor induse, în timp ce tratamentul cu Mito-TEMPO a prevenit afectarea cililor pulmonari indusă de IR renal, cu efecte preventive mai mari la șoarecii Idh2-/șoareci decât la șoarecii Idh2 plus/plus. În plus, am descoperit că moleculele care conțin BALF sunt puternic oxidate, iar injecția cu Mito-TEMPO reduce oxidarea conținutului BALF. Prin urmare, speculăm că ROS șistresul oxidativprovoacă perturbarea cililor. Sprijinind acest lucru, în studiile anterioare, am constatat că concentrațiile mari de peroxid de hidrogen perturbă cilii în celulele tubulare renale [18].
Plămânul este de obicei un țesut bogat în cili mobil, iar disfuncția cililor respiratorii este legată de clearance-ul mucociliar afectat, infecții toracice și distrugerea progresivă a arhitecturii pulmonare [54]. În regiunea apicală a bronhiolelor, celulele ciliate au mitocondrii abundente pentru a produce ATP pentru mișcarea ciliară [13]. Studiile au raportat că leziunile mitocondriale în celulele ciliate cauzează disfuncția atât a cililor, cât și a celulelor pulmonare, ceea ce poate duce la o abundență de ROS [55,56]. Mai multe studii au raportat că afectarea dinamicii mitocondriale și afectarea mitocondrială sunt asociate cu boli pulmonare [56,57]. În acest studiu de față, am constatat, de asemenea, că IR renală provoacă o creștere anormală a generării de superoxid și a fisiunii mitocondriale în plămân. În plus, am găsit creșteri ale fragmentelor ciliare și proteinelor în BALF ale șoarecilor cu IR de rinichi. Prin urmare, am speculat că decilierea este legată, cel puțin parțial, de AKI (Leziuni renale acute)-ALI indus. Cu toate acestea, nu am putut distinge ce tipuri de cili sunt perturbate și care celule sunt celulele majore care eliberează fragmente ciliare printre celulele pulmonare, din cauza lipsei de markeri specifici ai cililor primari și mobili și a limitărilor studiului histologic. Această limitare poate fi depășită în experimente suplimentare folosind sisteme de eliberare a medicamentelor specifice plămânilor sau țintirea genelor asociate genezei ciliare specifice plămânilor. Cu toate acestea, datele noastre demonstrează clar că AKI (Leziuni renale acute)ALI asociată este asociată cu perturbarea cililor șistresul oxidativa celulelor pulmonare.
tratamentul leziunii renale acute și îmbunătățirea funcției renale: cistanche
Mulțumiri
Acest studiu a fost susținut de un grant de la Fundația Națională de Cercetare din Coreea (NRF) (NRF-202OR1A2C2006903, MIST) finanțat de Ministerul Științei și TIC (MIST) și un grant din partea Proiectului de cercetare și dezvoltare în domeniul tehnologiei sănătății din Coreea ( HI15C0001) prin Institutul de Dezvoltare a Industriei Sănătății din Coreea (KHIDD, finanțat de Ministerul Sănătății și Bunăstării, guvernul Coreei).
Referințe
[1] F.Fani, et al., Progrese recente în mecanismele patogenetice ale sepsisului asociatleziuni renale acute, J. Nephrol.31 (2018)351-359.
[2] HSJang, et al., Activarea ERK accelerează repararea celulelor epiteliale tubulare renale, în timp ce inhibă progresia fibrozei în urma leziunilor de ischemie/reperfuzie, Biochim. Biophys. Acta 1832 (2013)1998-2008.
[3] KMPark, A. Chen, JVBonventre, Prevention ofrinichileziuni funcționale induse de ischemie/reperfuzie și JNK, p38 și MAPKkinazaactivare prin pretratament ischemic la distanță, J. Biol. Chem.276(2001)11870-11876.
[4] S. Faubel, CL Edelstein, Mecanisme și mediatori ai leziunii pulmonare dupăleziuni renale acute, Nat. Rev.Nephrol. 12 (2016)48-60.
[5] SA Lee.M. Cozzi. EL.Bush. H, Rabb.Disfunction organ inleziuni renale acute: o recenzie, Am. J. Kidney Dis.72(2018)846-856.
[6] LE White, HT.Hassoun, Mecanismele inflamatorii ale diafoniei de organe în timpul ischemieileziuni renale acute, Internet J.Nephrol. 2012 (2012),505197.
Notă:cele de mai sus nu sunt o listă completă de referință
