Stresul oxidativ și leziunile de ischemie/reperfuzie în transplantul de rinichi: concentrare pe ferroptoză, mitofagie și noi antioxidanti
Nov 10, 2023
Abstract:Deși s-au înregistrat progrese tehnice și farmacologice înmedicament pentru transplant de rinichi, unii pacienți pot experimentacomplicații acute post-transplant. Printre mecanismele implicate în aceste condiții,ischemie/reperfuzie (I/R)rănirepoate avea un rol fiziopatologic primar deoarece este una dintre cauzele principale de întârziere a funcției grefei (DGF), o refacere lentă a funcției renale cu necesitatea de dializă (în general în prima săptămână după transplant). DGF are un impact social și economic semnificativ, deoarece este asociat cu spitalizarea prelungită și dezvoltarea complicațiilor severe (inclusiv respingerea acută). În timpul leziunii I/R, stresul oxidativ joacă un rol major în activarea mai multor căi, inclusivferroptoza, o moarte celulară determinată de fier, caracterizată prin acumulare de fier și peroxidare excesivă a lipidelor, și mitofagie, o degradare selectivă a mitocondriilor deteriorate prin autofagie. Ferroptoza poate contribui la afectarea renală, în timp ce mitofagia poate avea un rol protector prin reducerea eliberării speciilor reactive de oxigen din mitocondriile disfuncționale. Înțelegerea profundă a ambelor căi poate oferi posibilitatea de a identifica noi biomarkeri neinvazivi de diagnostic precoce ai DGF și de a introduce noi strategii farmacologice utilizabile clinic. În această revizuire, rezumăm toate cunoștințele relevante în acest domeniu și discutăm strategiile farmacologice antioxidante actuale care ar putea reprezenta, în viitor, potențiale tratamente pentru leziuni I/R.
Cuvinte cheie: ischemie/leziune de reperfuzie;stresul oxidativ; ferroptoza;mitofagie;transplant de rinichi
CLICK AICI PENTRU A OBȚI CISTANCHE PE RINCHI
1. Introducere
Transplant de rinichireprezintă cea mai rentabilă modalitate de terapie de substituție renală pentru pacienții cu insuficiență renală cronică ireversibilă (boală renală în stadiu terminal, boală renală cronică stadiul 5) [1]. Cu toate acestea, în ciuda progresului tehnic și farmaceutic continuu în medicina transplantului, unii pacienți dezvoltă complicații acute post-transplant precoce și experimentează o recuperare lentă a funcției renale cu necesitatea dializei (în general în prima săptămână după transplant). Această condiție clinică, și anume funcția întârziată a grefei (DGF), are un impact social și economic semnificativ, deoarece este asociată cu spitalizarea prelungită [2], abordări polifarmacologice (în special în prezența respingerii acute a alogrefei concomitente) [3] și supraviețuire mai scurtă a grefei [4]
Riscul de DGF este mai mare în anumite organeprograme de transplant folosind rinichide la donatori care nu bată inima, vârstnici, multimorbidi (de exemplu, diabet, hipertensiune arterială), primitori cu o insuficiență anterioară de alogrefă și/sau toate sensibilizate și organe afectate de leziuni renale acute și timp prelungit de ischemie rece [5,6]
În special, în timpul ischemiei, reducerea semnificativă a aportului de oxigen și trecerea celulară consecutivă de la un metabolism aerob la unul anaerob, pot scădea rata producției de ATP [7] și pot provoca acumularea de lactat (care duc la acidoză). În consecință, pompele Na+/K+ ATPaze, Na+/H+ și Ca2+-ATPaze pot deveni disfuncționale, iar sodiul, hidrogenul și calciul se acumulează în citoplasmă cu o hiper-osmolalitate în consecință, o creștere a transportului de apă prin membranele celulare și umflarea celulară [8].
În timpul reperfuziei, creșterea rapidă a oxigenului și normalizarea pH-ului potcrește calciul citosolconcentrația activând proteazele cisteinei (de exemplu, calpaine, caspaze) și declanșând calea apoptotică. În plus, supraîncărcarea cu calciu stimulează deschiderea porilor de tranziție a permeabilității mitocondriale (mPTP) care permit eliberarea de substanțe precum citocromul C, succinatul și ADN-ul mitocondrial care pot induce moartea celulelor prin apoptoză și necroză și acționează ca modele moleculare asociate pericolului/daunelor. (DAMP) promovând activarea atât a imunității înnăscute, cât și a imunității adaptive [9-11]. În plus, aceste mecanisme pot duce la fibroză interstițială progresivă [12-14].
În plus, supraproducția de specii reactive de oxigen (ROS) după ischemie/reperfuzie (I/R) poate fi indusă de dereglarea numeroaselor enzime capabile să reducă superoxidul care formează oxigenul molecular și/sau peroxidul de hidrogen, cum ar fi NADPH oxidaza, oxid nitric sintaza (NOS). ), lanțul de transport de electroni mitocondrial și xantin oxidoreductaza (XOR).
XOR este o molibdoflavoenzimă complexă care controlează etapa de limitare a vitezei catabolismului purinelor și există în două forme interconvertibile, xantin dehidrogenază (XDH) și xantin oxidază (XO). XDH utilizează de preferință NAD+ ca acceptor de electroni, în timp ce XO utilizează O2 ca acceptor terminal de electroni, prezentând astfel capacitatea de a genera ROS [15]. Această enzimă transformă hipoxantina în superoxid generator de xantină (O2-) și peroxid de hidrogen (H2O2) care joacă un rol important în mediarea recrutării și/sau activării leucocitelor care orchestrează leziunile tisulare [16].
În plus, NADPH oxidazele, complexe multimerice care generează superoxid sau H2O2, compuse din șapte membri ai familiei (NOX1–5, DUOX1–2) [17], sunt implicate în producerea de ROS după I/R. Enzimele NOX folosesc oxigenul ca acceptori finali de electroni prin NADPH, FAD și grupări hem. Enzimele DUOX produc predominant peroxid de hidrogen împreună cu NOX-4, în timp ce izoenzimele NOX rămase produc în mare parte superoxid. NOX-urile sunt inactive din punct de vedere constitutiv și necesită stimulare celulară pentru a se transloca în membrană și a genera ROS [16]. În I/R, acest complex enzimatic poate fi activat de mai mulți mediatori chimici care sunt produși și eliberați de celule, cum ar fi factorul inhibitor al hipoxiei -1 (HIF{-1 ) [18], fosfolipaza A2 [19], acid arahidonic [20], sistemul complementului [21], citokine precum TNF- și IL-1 din macrofage și mastocite [22].
O altă sursă de ROS este NOS necuplat care produce oxid nitric (NO) prin conversia L-argininei în L-citrulină folosind NADPH ca substrat reducător și tetrahidrobiopterina (BH4) ca cofactor sensibil la redox. Această enzimă, în condiții hipoxice, poate fi convertită într-o enzimă generatoare de O2- datorită concentrației reduse de BH4, crescând daunele oxidative [23].
În plus, mitocondriile, organele care generează cea mai mare parte a energiei chimice necesare pentru alimentarea celulei, contribuie la producerea de ROS prin reducerea univalentă a O2, în principal prin scurgerea de electroni la complexul I și -cetoglutarat dehidrogenază [24].
În timpul ischemiei, alterarea structurii mitocondriale, raportul ridicat NADH/NAD+ și acumularea succinatului metabolit al ciclului acidului citric exacerba acest proces [25,26].
Prin urmare, stresul oxidativ joacă un rol cheie în deteriorarea organelor după I/R prin activarea ferroptozei, o moarte celulară determinată de fier, caracterizată prin acumulare de fier, ROS excesiv și produse de peroxidare a lipidelor și mitofagie, degradarea selectivă a mitocondriilor deteriorate prin autofagie.
2. Ferroptoza: Rol în leziunea I/R de alogrefă renală
Ferroptoza este o formă de moarte celulară reglată determinată de acumularea de fier, peroxidarea lipidelor și ruptura ulterioară a membranei plasmatice [27]. Se caracterizează în principal prin: un nucleu lipsit de condensare a cromatinei, mitocondrii cu volum și criste reduse, mărire semnificativă a celulelor și ruptură a membranei plasmatice [28,29].
În contextul I/R renal, acumularea de fier, prin reacția Fenton, poate genera o cantitate mare de ROS (creștetă și de disfuncția mitocondrială concomitentă și activitatea familiei NOX) care poate crește sever stresul oxidativ intracelular și peroxidarea lipidică. (Figura 1)
Figura 1. Reprezentare schematică a mecanismelor de ferroptoză și mitofagie în leziunea de ischemie/reperfuzie renală (I/R). În timpul I/R, mai multe căi contribuie la ferroptoză: (i) supraproducția de ROS de către NADPH oxidază (NOX), oxid nitric sintaza (NOS), xantin oxidoreductaza (XOR) și mitocondriile promovează peroxidarea lipidelor și ruptura membranei plasmatice; (ii) reducerea conținutului de glutation (GSH) inhibă activitatea glutation peroxidazei 4 (GPX4) și acțiunea sa protectoare împotriva peroxidării lipidelor membranare; (iii) I/R poate induce indirect feritinofagie care determină degradarea feritinei intracelulare și creșterea rezervei intracelulare de fier labil. Mitofagia este activată în I/R atât prin mecanisme dependente de ubiquitină, cât și prin mecanisme independente de ubiquitină și pare să aibă un rol protector în leziunile I/R prin reducerea eliberării speciilor reactive de oxigen din mitocondriile disfuncționale. În condiții fiziologice, PINK1 este importat în mitocondrii unde este scindat de serin protează intramembrană presenilin-like rhomboid-like (PARL) și în cele din urmă degradat. Când mitocondriile sunt deteriorate și își pierd potențialul de membrană, PINK1 se acumulează pe membrana mitocondrială exterioară (MOM) și recrutează Parkin. Parkina ubiquitinează mai multe substraturi mitocondriale, cum ar fi proteina cu canal anion-selectiv dependentă de voltaj (VDAC) și proteina -1-dinamină (DRP1). Aceste proteine ubiquitinate pot recruta receptori de mitofagie (cum ar fi optineurina, p62) care leagă mitocondriile de tofagozomi prin interacțiunea cu LC3. Acest lucru determină o înghițire autofagică a organelelor necesare pentru degradarea acestuia. Mecanismul independent de ubiquitină este reglat de receptorii de mitofagie care se localizează pe MOM, cum ar fi proteina 3 care interacționează cu BCL2 (BNIP3), BNIP3-like (BNIP3L/NIX) și domeniul FUN14 care conține 1 (FUNDC1). Aceste proteine unesc mitocondriile la autofagozomi prin interacțiunea directă cu LC3.
Două căi pot declanșa ferroptoza: calea extrinsecă și calea intrinsecă [27]. Calea extrinsecă este inițiată prin inhibarea schimbătorului cistină/glutamat al membranei, și anume sistemul XC, care mediază intrarea cistinei în celule, care este folosită pentru sintetizarea glutationului (GSH) [30], un cofactor utilizat de către glutation peroxidaza 4 (GPX4) pentru a elimina peroxizii lipidici din membranele celulare. Prin urmare, inhibarea sistemului XC reduce indirect activitatea GPX4 cu acumularea consecutivă de peroxizi lipidici letali și inducerea feroptozei. Mai mulți agenți, cum ar fi elastina, sulfasalazina și sorafenib, prin blocarea sistemului XC, sunt capabili să provoace ferroptoză prin acest mecanism.
Calea intrinsecă este indusă în principal de medicamente sau inhibitori cu molecule mici precum RSL3, ML162, ML210, FIN56 și FINO2 care pot inhiba direct sau indirect activitatea GPX4 [31]. În plus, moleculele care reglează absorbția, depozitarea și utilizarea fierului (cum ar fi feritina, transferrina și lactotransferina) pot influența ferroptoza prin creșterea nivelurilor de fier labil (sursă de fier liber care a fost relativ accesibilă pentru reacția Fenton) în celulă [32]. ]. Transferrina și lactotransferina sunt proteine responsabile de transportul fierului care, legându-se de receptorii lor, mediază importul de Fe în citoplasmă. Feritina este proteina intracelulară de depozitare a fierului care poate fi degradată de lizozomi într-un proces numit feritinofagie și crește nivelul de fier liber, promovând astfel ferroptoza [33] (Figura 1).
Dimpotrivă, sistemele enzimatice și neenzimatice (CoQ10, vitamina E, ferostatinele și liproxstatinele), împreună cu sistemele de reparare a membranei, previn peroxidarea lipidelor și protejează celulele de feroptoză [34-37].
Studii recente au raportat că ferroptoza poate fi implicată în calea fiziopatologică asociată cu leziunea I/R [29,38].
Su et al. [39] a demonstrat că pannexina 1, un canal de membrană implicat în reglarea eliberării ATP ca moleculă DAMP capabilă să activeze apoptoza sau semnalizarea autofagiei în condiții oxidative [40,41], poate activa ferroptoza într-un model de șoarece de leziuni renale I/R [39]. 39]. Knockout-ul genei panx1 la șoarecii supuși la I/R este asociat cu o creștere mai mică a creatininei serice și scăderea morții celulelor tubulare împreună cu scăderea peroxidării lipidelor în comparație cu șoarecii de tip sălbatic. Acest efect protector părea mediat de inactivarea căii MAPK/ERK și de reglarea ascendentă a genei antioxidante hemoxigenazei-1 (HO-1).
Efectele protectoare anti-feroptoză pot fi exercitate și de activitatea Augmenter of Hever Regeneration (ALR), o enzimă sulfhidril oxidază localizată în spațiul intermembranar al mitocondriilor. Această enzimă participă la „sistemul releu disulfură” care mediază importul de proteine în spațiul intermembranar [42] și are proprietăți anti-apoptotice și anti-oxidative. Expresia ALR a fost crescută semnificativ la șobolanii ischemici și la administrarea de ALR uman recombinant, prin creșterea proliferării celulelor tubulare renale și atenuarea apoptozei celulelor tubulare, reducând eficient leziunea tubulară și ameliorând afectarea funcției renale [43,44].
Rolul protector al ALR în ferroptoză ar putea fi mediat și de o reducere a nivelurilor de ROS prin interacțiunea sa cu sistemul GSH-GPX4 [45] și prin promovarea curățării mitocondriilor deteriorate (un mecanism numit mitofagie) [46].
Prin urmare, activarea ALR poate reprezenta o posibilă strategie terapeutică viitoare de prevenire a leziunii alogrefei induse de I/R.
3. Mitofagie: Un alt jucător în leziunea I/R de alogrefă renală
Mitocondriile deteriorate sau disfuncționale dăunează celulei producând o cantitate mare de ROS și eliberând factori pro-apoptotici. Astfel, îndepărtarea în timp util a acestor organele este esențială pentru homeostazia și viabilitatea celulară [47].
Mitofagia este mecanismul de degradare selectivă a mitocondriilor deteriorate prin autofagie [48] care este executată printr-o cale dependentă de ubiquitină și independentă de ubiquitină. Primul este reglat de calea kinazei 1 (PINK1)-Parkin indusă de PTEN. PINK1 este o serină/treonin kinază mitocondrială, iar Parkin este o ubiquitin E3 ligază citosolică. În condiții fiziologice, PINK1 este importat în mitocondrii unde este scindat de serin protează intramembrană presenilin-like rhomboid-like (PARL) și în cele din urmă degradat [49]. Când mitocondriile sunt deteriorate și își pierd potențialul de membrană, importul de PINK1 este împiedicat, ducând la o acumulare a acestei kinaze la membrana mitocondrială exterioară (MOM). Ulterior, PINK1 recrutează Parkin și își activează activitatea ligazei [50]. Parkin ubiquitinează mai multe substraturi mitocondriale, cum ar fi Mitofusin 2 (Mfn2), proteina canalului selectiv anionic dependent de voltaj (VDAC) și proteina -1-dinamină (DRP1). Aceste proteine ubiquitinate pot recruta receptori de mitofagie (cum ar fi optineurina, p62, NBR1) care leagă mitocondriile de autofagozomi prin interacțiunea cu LC3. Acest lucru determină o înghițire autofagică a organelelor necesare pentru degradarea acestuia [49,51].
Mecanismul independent de ubiquitină este reglat de receptorii de mitofagie care se localizează pe MOM, cum ar fi proteina 3 care interacționează cu BCL2 (BNIP3), BNIP3-like (BNIP3L/NIX) și domeniul FUN14 care conține 1 (FUNDC1) [52,53] . Aceste proteine unesc mitocondriile la autofagozomi prin interacțiunea directă cu LC3 [54] (Figura 1).
Mitofagia este, de asemenea, reglementată de proteine care participă la mecanismele de fuziune și fisiune a acestor organite. Fuziunea are ca rezultat formarea unui singur mitocondriu din structuri anterior independente [55], generând rețele cu membrane continue și lumen matrice [56]. Fisiunea produce unul sau mai multe organite fiice și, în cazul unui potențial redus al membranei mitocondriale, segregează acest organel pentru eliminarea prin autofagie [56].
Coordonarea fisiunii/fuziunii și mitofagiei pare a fi mediată de FUNDC1. În condiții fiziologice, acest receptor ancorează atrofia optică 1 a GTPazelor legate de dinamină (OPA1) spre suprafața interioară a MOM. Ca răspuns la stresul mitocondrial, dezasamblarea complexului FUNDC1-OPA1 și recrutarea Drp1 promovează fisiunea mitocondrială și mitofagia [57].
Acest mecanism autofagic multifactorial complex și fascinant poate juca un rol protector în alogrefele care suferă leziuni I/R. Deficiența BNIP3 sau Pink1 și/sau Parkin la modelele de șobolan de leziune I/R renală a dus la o creștere a producției de ROS, apoptoză și inflamație tubulointerstițială [58-61]. Aceleași efecte au fost obținute prin suprimarea cascadei mitofagice prin acționarea asupra proteinelor care reglează fisiunea (de exemplu, Drp1) sau fuziunea (de exemplu, OPA1) [62,63]. Efectele protectoare ale mitofagiei asupra rinichilor suferind leziuni I/R au fost observate după precondiționarea ischemică [64], o perioadă scurtă de ischemie-reperfuzie neletală care protejează organul solid împotriva leziunilor I/R ulterioare extinse [65]. Reglarea mitofagiei prin calea PINK1-Parkin a îmbunătățit funcția mitocondrială, a minimizat producția de ROS și a îmbunătățit supraviețuirea celulară [64]. Toate aceste descoperiri sugerează că mitofagia, păstrând calitatea mitocondrială și supraviețuirea celulelor tubulare, ar putea reprezenta un mecanism de protecție valoros împotriva leziunilor I/R care ar trebui promovat prin intervenții farmacologice.
Serviciul de asistență al Wecistanche-Cel mai mare exportator de cistanche din China:
E-mail:wallence.suen@wecistanche.com
Whatsapp/Tel:+86 15292862950
Cumpărați pentru mai multe detalii despre specificații:
https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop
