Piroptoza în bolile de rinichi

Contact: emily.li@wecistanche.com

Yujia Wang, Yinshuang Li și Yanfang Xu1

Abstract

În ultimele câteva decenii, interferența apoptozei a fost considerată irelevantă din punct de vedere clinic în contextul leziunii renale. Descoperirea recentă a morții celulare necrotice programate, inclusiv necroptoză, ferroptoză și piroptoză, ne-a reîmprospătat înțelegerea rolului morții celulare înrinichiboala. Piroptoza este caracterizată printr-un tip de moarte celulară proinflamatoare litică rezultată din permeabilizarea membranei indusă de gasdermină prin activarea caspazelor și inflamazomilor inflamatori. Modelele moleculare asociate pericolului (DAMP), alarminele și citokinele pro-inflamatorii sunt eliberate din celulele piroptotice într-o manieră necontrolată, ceea ce provoacă inflamație, ducând la leziuni secundare ale organelor sau țesuturilor. Caspazele și proteinele legate de activarea inflamazomului și proteinele efectoare care formează pori cunoscute sub numele de GSDMD și GSDME au fost implicate într-o varietate de boli microbiene și nemicrobiene acute și cronice.rinichiboli. Aici, trecem în revistă progresele recente în mecanismele patologice ale piroptozei înrinichiboalași evidențiază potențialele strategii terapeutice în viitor.

Faceți clic aici pentru a afla mai multe despre modalitățile de tratare a bolilor de rinichi

Introducere

Moartea celulară programată (PCD) joacă un rol critic atât în ​​dezvoltarea organismelor multicelulare, cât și în menținerea țesuturilor adulte. Spre deosebire de moartea accidentală a celulelor (de exemplu, necroza), care este instantanee, catastrofală și incontrolabilă, PCD este strict reglementată, ceea ce permite modulări farmacologice și genetice.1 În ultimele decenii, au fost identificate forme distincte de PCD, inclusiv neinflamatorii. procese (de exemplu, apoptoză) și procese puternic inflamatorii (de exemplu, piroptoză și necroptoză). Pe lângă prezența sau absența inflamației, apoptoza și piroptoza pot fi distinse prin morfologie. Modificările morfologice caracteristice ale apoptozei includ contracția celulară, sângerarea membranei, formarea corpului apoptotic și fragmentarea ADN-ului, dar nu.inflamatorieeliberarea de conținut.2 În schimb, piroptoza prezintă umflarea celulelor, ruptura membranei și eliberarea necontrolată a conținutului inflamator. Necroptoza are caracteristici comune cu piroptoza, inclusiv inflamația evidentă și pierderea integrității membranei.3

Deși piroptoza și apoptoza sunt ambele dependente de caspază, membrii specifici ai familiei de caspaze implicați sunt complet diferiți. Caspazele apoptotice includ caspaze-8/9/10 ca inițiator și caspaze-3/6/7 ca executori,4 în timp ce piroptoza se bazează pe caspaze-1/4/5/11 în gasdermin D ( Piroptoza mediată de GSDMD) și caspaze-3 în piroptoza mediată de gasdermin E (GSDME).5,3 Necroptoza are loc prin activarea treptată a proteinei kinazei care interacționează cu receptorul-3 (RIPK3) și a descendenței mixte pseudokinaza asemănătoare domeniului kinazei (MLKL), care ar putea fi inhibată de caspază-8. Aceasta este diferită de GSDM în piroptoză, a căror activare este dependentă de caspază. Relația dintre minusurile de gen și MLKL în condiții fiziologice a devenit un subiect de interes pentru cercetare.3 Ferroptoza este un sistem controlat de peroxidare care nu implică caspaze, de obicei însoțite de o cantitate mare de acumulare de fier și peroxidare lipidică.6 Destul de puțin este cunoscut despre interacțiunea dintre ferroptoză și piroptoză.

Dovezile experimentale în creștere susțin ipoteza că piroptoza este un factor semnificativ înrinichiboli. În această revizuire, discutăm mecanismele moleculare ale piroptozei, datele existente despre piroptoză înrinichiboli, și terapii potențiale.

Privire de ansamblu asupra piroptozei

Executori

Piroptoza este definită ca dependentă de gasdermină pentru că etapa sa cheie de formare a porilor în membrana plasmatică este executată de minți, ceea ce o face destul de diferită de alte tipuri de PCD. GSDMD este primul membru al familiei gasdermin care s-a dovedit a fi implicat în piroptoză.7–9 GSDMD de lungime completă rămâne într-o stare autoinhibată prin legarea domeniului C-terminal de domeniul N-terminal. La clivaj, fragmentul N-terminal al GSDMD (GSDMD N) se poate oligomeriza pentru a forma pori (cu un diametru interior de 12-14 nm) pe membrana plasmatică,10 care afectează bariera de permeabilitate și provoacă liza celulară. Scindarea GSDMD este mediată prin căi canonice sau necanonice care implică caspaze-1 sau caspaze-4/5/11.5,11 Piroptoza mediată de GSDMD este definită ca fiind dependentă de inflamazom, având în vedere că caspaze-1/4 /5/11 sunt activate de diferiti inflamazomi. Studii recente au arătat că clivajul GSDMD poate fi indus și de elastaza neutrofilă în neutrofilele îmbătrânite12 și de caspaza-8 din macrofage în timpul infecției cu Yersinia.13,14.

Mutația genetică a GSDME, un alt membru al familiei gasdermin, a fost mai întâi identificată ca fiind cauza hipoacuziei autosomal dominante non-sindromice la oameni.15 Studii recente au dezvăluit rolul GSDME în piroptoză.16,17 GSDME este foarte exprimat în diferite tipuri de țesuturi normale; cu toate acestea, este redusă la tăcere în majoritatea celulelor tumorale datorită hipermetilării promotorului, iar modularea exprimării sale de către inhibitorul ADN-metiltransferazei ar îmbunătăți sensibilitatea la chimioterapie.17 Spre deosebire de GSDMD, GSDME este scindat în GSDME-C și GSDME-N prin caspaza activată }} și este independent de formarea inflamazomului. Piroptoza mediată de GSDME are loc în aval de calea apoptotică mitocondrială, iar expresia ridicată a GSDME și permeabilitatea mitocondrială persistentă ar schimba modul de moarte celulară de la apoptoză la piroptoză.18

Alți membri ai familiei gasdermin, inclusiv GSDMA, GSDMB și GSDMC, împărtășesc domeniile gasdermin-N și gasdermin-C foarte conservate cu GSDMD și GSDME.19 GSDMB poate fi scindat și activat de granzima A din limfocitele citotoxice.20 Un studiu recent a arătat care a programat moartea-ligand 1 a schimbat factorul de necroză tumorală (TNF)-an-apoptoza indusă la piroptoză în celulele canceroase și aceasta și a mediat prin îmbunătățirea transcripției genei GSDMC. Activarea GMC a fost indusă de caspază-8 în urma tratamentului cu TNF-a, în condiția de hipoxie.21 Cu toate acestea, mecanismul prin care GSDMA ar fi activat rămâne neexplorat.

Căi de semnalizare

Piroptoza mediată de GSDMD. Piroptoza mediată de GSDMD este inițiată de recunoașterea modelelor moleculare asociate patogenului (PAMP) și a moleculelor de model molecular asociate leziunii (DAMP) cu activarea ulterioară a inflamazomului.22 Prima și cea mai amplu studiată formă de piroptoză mediată de GSDMD este calea piroptotică canonică. , cunoscută și ca calea dependentă de caspază-1. Caspaza-1 a fost mult timp implicată în moartea celulelor, care anterior a fost confundată cu apoptoză23,24 și necroptoză.25 În 2001, forma PCD care implică caspaza-1 a fost distinsă de apoptoză și necroptoză prin răspunsul său inflamator. și morfologie caracteristică, inclusiv pierderea timpurie a integrității membranei.26,27

Ca răspuns la invazia patogenului sau provocarea imunologică a gazdei, receptorii de recunoaștere a modelelor (PRR) percep atât PAMP-urile și/sau DAMP-urile. În calea piroptotică canonică, mai multe PRR, cum ar fi absenți în receptorii asemănători melanomului 2 (AIM2) (ALR), receptorii asemănător domeniului de oligomerizare de legare a nucleotidelor (NOD) sau proteinele pirinei și adaptori de punte, cum ar fi apoptoza asociată. proteinele de tip speck-like (ASC), ar asambla o platformă multi-proteică (adică inflamazomul) care recrutează pro-caspaza-1 și apoi generează caspaza activă-1.28 Ca excepție, NLRC4 se poate lega de membri din familia NLR de proteine ​​inhibitoare a apoptozei (NAIP), mai degrabă decât ASC, pentru a forma inflamazom și, ulterior, activează procaspaza-1.29 Caspaza activată{-1 are activitate de procesare a pro-IL-1b și pro-IL-18 în forme mature,30 care înzestrează piroptoza cu funcții proinflamatorii, deosebindu-l de apoptoză. În paralel cu procesul de citokine inflamatorii, caspaza activată-1 scindează GSDMD pentru a forma pori membranari22,31,32 (Figura 1). Formarea porilor membranei duce la perturbarea integrității membranei celulare, eliberarea de conținut intracelular inflamator și, în cele din urmă, la liza celulară. NLRP3 este inflamazomul cel mai larg caracterizat.33 NLRP3 răspunde la o mare varietate de stres, inclusiv agenți patogeni intracelulari și stimuli inflamatori extracitoplasmatici.34 Subiectul activării NLRP3 a atras o mare atenție, iar cercetătorii au propus diferite mecanisme, inclusiv oxidarea. ADN-ul mitocondrial, generarea de specii reactive de oxigen mitocondriale (ROS), efluxul de potasiu în afara celulei și eliberarea de catepsină după destabilizarea lizozomală.35 În ciuda anilor de eforturi intense, mecanismele exacte de activare a NLRP3 sunt încă în dezbatere. Este interesant că NLRP3 poate fi declanșat de semnalizarea necroptozei,36–38 sugerând o potențială diafonie între necroptoză și piroptoză. Inflamazomul AIM2 se comportă diferit de inflamazomii NLR, deoarece poate recunoaște și lega dsDNA citosolic, care poate fi eliberat în timpul infecției cu patogen39,40 sau generat în celulele tumorale.41,42.

În calea piroptotică non-canonică, caspaza-11 (la șoareci) și caspaza-4/5 (la om) sunt responsabile pentru scindarea GSDMD (Figura 1). În 2011, Kayagaki și colab.43 au raportat că pierderea caspazei-11, dar nu a caspazei{-1, ar putea bloca maturarea IL-1b și secreția indusă de bacteriile gram-negative, protejând astfel șoarecii de endotoxice. şoc. Alte studii au descoperit că lipopolizaharida (LPS), toxina majoră a bacteriilor Gram-negative, este declanșatorul inflamazomului necanonic.44,45 Independent de PRR, caspaza-11 în sine ar putea recunoaște direct LPS prin legarea de lipide. O componentă a LPS.46 Caspaza activată-11 a scindat în cele din urmă GSDMD pentru a induce piroptoza, similar cu calea canonică. În ultimul timp, s-a demonstrat că caspaza umană-4/5 are aceeași funcție ca și caspaza de șoarece-11. Poelzl și colab.47 au raportat că tirozin kinaza 2, o kinază asociată receptorului de citokine, ar putea funcționa ca un regulator critic în amonte al caspazei-11 și a permis activarea inflamazomului non-canonic în timpul endotoxemiei.

În plus față de aceste căi piroptotice canonice și non-canonice, studii recente au aruncat o lumină nouă asupra piroptozei mediate de GSDMD. Kambara și colab. a descoperit că z-YVAD-fmk, un inhibitor de caspază, nu a reușit să blocheze scindarea GSDMD provocată de lizat de neutrofile, sugerând că scindarea GSDMD de către lizat de neutrofile ar putea fi independentă de caspază. neutrofile. Orning și colab.13 și Sarhan și colab.14 au făcut o descoperire majoră asupra unei noi forme de scindare GSDMD indusă de caspază-8 la macrofagele infectate cu Yersinia. Aceste două grupuri au demonstrat că inhibarea kinazei asociate cu factorul de creștere transformant (TGF)b (TAK1) în timpul infecției cu Yersinia ar promova formarea unui complex de moarte celulară compus din RIPK1 și caspază-8 și ar conduce clivajul GSDMD. în macrofage. În plus, Demarco și colab.48 au dezvăluit detaliile implicării caspazei-8 în clivajul GSDMD și au furnizat dovezi convingătoare că activarea GSDMD dependentă de caspază-8 ar promova letalitatea indusă de TNF-a independent de activarea inflamazomului.

Piroptoza mediată de GSDME. Spre deosebire de alți membri ai familiei caspazei, caspaza-3, satarul GSDME, a fost definită de mult timp ca principalul executant apoptotic atât pentru căile intrinseci, cât și pentru cele extrinseci. Piroptoza mediată de GSDME împărtășește aceiași efectori din amonte cu apoptoza, în care afectarea mitocondrială joacă un rol crucial (Figura 1). Supraexpresia GSDME în celulele tumorale schimbă apoptoza indusă de chimioterapie în piroptoză.17 În schimb, atunci când expresia genei GSDME este abrogata, macrofagele rămân în faza apoptotică caracterizată prin blebbing membranar și formarea corpului apoptotic, în loc să intre în faza piroptotică caracterizată. prin umflarea membranei și balonarea.16 Pe lângă influențele exprimării GSDME, Xu și colab.18 au descoperit că tranziția persistentă a permeabilității mitocondriale ar putea conduce asamblarea unui piroptozom Apaf{-1-caspaze{-4/11 care declanșează GSDME- piroptoza dependentă, în timp ce permeabilizarea membranei exterioare mitocondriale determină formarea apoptozomului pentru a induce apoptoza. În mod controversat, alți cercetători au raportat că permeabilizarea membranei exterioare mitocondriale cauzată de activarea BAX/BAK49 sau asamblarea Tom20/BAX50 induce, de asemenea, piroptoza dependentă de GSDME în celulele tumorale. Mai mult, GSDME-N ar putea permeabiliza mitocondriile, elibera citocromul c din mitocondrii și poate îmbunătăți activarea caspazei-3, formând o buclă de feed-forward pozitivă cu autoamplificare.51

Piroptoza în bolile de rinichi

În ultimii ani, descoperirea căilor de semnalizare piroptotică ne-a lărgit înțelegerea patogenezei bolilor renale dincolo de apoptoză. Apărând ca un mecanism efector în răspunsurile imune înnăscute, piroptoza a fost observată mai întâi la macrofage și alte fagocite.52 Au fost depuse multe eforturi pentru a determina distribuția și expresia minților, în special GSDMD și GSDME, în diferite țesuturi și tipuri de celule, care au a demonstrat că piroptoza nu se limitează la fagocite.5 O varietate derinichiboliinduse de stimuli microbieni și non-microbieni sunt de obicei caracterizate prin moartea celulelor renale și răspunsuri imune activate. Unele experimente au arătat că piroptoza apare în celulele renale rezidente și are o mare contribuție la dezvoltarea diferitelor boli renale. Alte studii au elucidat că piroptoza în celulele imune infiltrante derivate din măduva osoasă, care a fost declanșată de moartea celulelor renale, ar putea agrava și menținerănirealrinichi. Cercetările recente au evidențiat în continuare rolul piroptozei, precum și căile de semnalizare inflamatorie aferente în mai multe tipuri derinichiboliinclusiv acutărinichirănire, boală renală diabetică, indusă de cristalerinichiboalași leziunea alogrefei în transplantul de rinichi. (Tabelul 1) (Figura 2)

Leziune renală acută (AKI)

Moartea celulară este evenimentul patologic esențial în timpul dezvoltării AKI. Apoptoza a fost considerată anterior responsabilă pentru patogeneza AKI.53 Cu toate acestea, inhibarea farmacologică a căilor de semnalizare apoptotică nu a reușit să prevină sau să atenueze eficient AKI. Progresele recente au relevat rolul piroptozei în AKI. În 2018, Zhang și colab.54 au raportat că caspazele-4/5/11 au fost necesare pentru moartea celulelor epiteliale tubulare indusă de contrast. Ei au demonstrat în continuare că aceste caspaze inflamatorii au fost responsabile pentru clivajul GSDMD și IL-1b în celulele epiteliale tubulare deteriorate, care au descoperit un rol necesar al piroptozei epiteliale în AKI indusă de contrast. Miao și colab.55 au detectat un fragment scindat de GSDMD prin analiza Western blot a lizatelor întregi de rinichi atât în ​​modelele AKI induse de cisplatină, cât și induse de ischemie-reperfuzie. Și knockout-ul caspazei-11 sau GSDMD a protejat în mod semnificativ șoarecii de AKI indusă de cisplatină, dar această analiză nu a fost efectuată în modelul de ischemie-reperfuzie (I/R). Autorii au observat, de asemenea, translocarea GSDMD-N pe membrana plasmatică promovată de caspază-11. Un comentariu constructiv asupra acestei lucrări făcut de Tonnus și colab.56 a sugerat că posibila țintă a GSDMD-N pe membranele intracelulare și mai multă muncă asupra distribuției subcelulare a fragmentului scindat de GSDMD a fost necesară pentru a înțelege o formare potențial importantă a porilor în intracelular. organele. Studii suplimentare au susținut contribuția piroptozei mediate de GSDMD la AKI indusă de cisplatină.57 Studiul nostru anterior a arătat că piroptoza mediată de GSDMD s-a sinergizat cu necroptoza mediată de RIPK3/MLKL pentru a amplifica semnalizarea inflamatorie și a îmbunătăți leziunile tisulare în procesul de sepsis We. a găsit protecție cumulativă împotriva sepsisului indus de ligatura cecală și puncție la șoareci după ștergerea combinată a Gsdmd și Ripk3 (sau Mlkl). Aceste două forme de necroză au colaborat pentru a contribui la leziuni tisulare acute, inclusiv rinichi, plămâni, ficat și intestin și coagularea sistemică în modelul animal cu sepsis. Studiile noastre privind transplantul de măduvă osoasă au sugerat că necroptoza și piroptoza atât în ​​celulele mieloide cât și în cele nemieloide au contribuit în mare măsură la progresia sepsisului. Există un interes din ce în ce mai mare pentru efectele combinate ale diferitelor căi de moarte celulară într-o singură afecțiune patologică.59–61 Un alt studiu asupra cascadelor de coagulare în sepsis a subliniat, de asemenea, rolul central al piroptozei mediate de caspază-11/GSDMD pentru inițiere. de coagulare intravasculară diseminată (DIC), oferind dovezi puternice de susținere pentru descoperirile noastre.62 Inhibarea TNF-a, precum și proteina 1 a grupului cu mobilitate ridicată (HMGB1), ar putea exercita un control negativ al piroptozei mediate de GSDMD și ar putea oferi protecție efectele asupra AKI și leziuni hepatice acute cauzate de sepsis, delimitând această cale piroptotică din punct de vedere regulator.63

Un studiu recent al grupului nostru de cercetare a evidențiat modul în care piroptoza mediată de GSDME a stimulat dezvoltarea leziunii tubulare renale induse de obstrucția ureterală și a fibrozei renale ulterioare.64 În primul rând, am găsit expresia și activarea reglată în sus a Casp3 și GSDME în rinichiul obstrucționat al ureterului unilateral. model de obstrucție (UUO), sugerând implicarea piroptozei mediate de GSDME în acest tip de leziune renală. Apoi am confirmat că piroptoza mediată de GSDME a fost într-adevăr responsabilă pentru AKI după UUO și nefropatia ulterioară cu utilizarea șoarecilor Gsdme / și Casp3-/-. Studiile asupra transplantului de măduvă osoasă au subliniat că piroptoza mediată de GSDME în celulele imune infiltrante derivate din măduva osoasă nu a fost responsabilă pentru patogeneza nefropatiei obstructive. Au fost generați șoareci cu deficit de caspază3-specifici celulelor tubulare renale (RTC) și celulelor hematopoietice specifice pentru a verifica în continuare că piroptoza mediată de GSDME apare în RTC, dar nu și în celulele imune infiltrate, contribuie predominant la progresia leziunii renale. si fibroza indusa de obstructia ureteral. Pentru a investiga mecanismele moleculare inflamatorii din proces, am monitorizat infiltrarea celulelor inflamatorii și producerea de citokine proinflamatorii în rinichi. Rezultatele au arătat că piroptoza celulelor tubulare ar putea promova secreția de HMGB1 și recrutarea de macrofage și neutrofile post-UUO. În special, alte studii au arătat că piroptoza mediată de GSDME ar putea contribui la nefrotoxicitatea indusă de chimioterapie.65–66

Este demn de remarcat faptul că, în afară de piroptoză, s-a raportat că și alte morți ale celulelor litice contribuie la AKI. În plus față de efectele de colaborare ale piroptozei și necroptozei în AKI indusă de sepsis menționate mai sus, un număr tot mai mare de dovezi susțin rolul esențial al necroptozei în AKI indusă de anumiți stimuli. Linkermann și colab.67 au identificat rolul semnificativ al necroptozei în AKI indusă de ischemie-reperfuzie și indusă de cisplatină ca șoareci knockout RIPK3-și aplicarea inhibitorului kinazei RIPK1 necrostatina (Nec)-1 ar putea atenua ambele leziuni renale. Grupul nostru de cercetare a demonstrat că necroptoza este un mecanism major al morții celulelor tubulare proximale în AKI nefrotoxică indusă de cisplatină.68 Datele noastre au arătat că inhibarea oricăreia dintre componentele de bază ale căii necroptotice (RIPK1, RIPK3 sau MLKL), fie prin genă knockout sau un inhibitor chimic, ar putea diminua leziunile tubulare proximale induse de cisplatină la șoareci. În schimb, supraexprimarea RIPK1 sau RIPK3 a îmbunătățit necroptoza indusă de cisplatină in vitro. De asemenea, am identificat efectele esențiale ale necroptozei în patofiziologia leziunii IR și progresia ulterioară către boală cronică de rinichi (CKD), în timpul căreia a fost declanșată activarea inflamazomului NLRP3.69 Dacă activarea NLRP3 prin necroptoză poate acționa în amonte de calea piroptotică în AKI. este încă neclar. În plus, mai multe studii au demonstrat că RIPK1 este un factor important al activării NF-jB, un declanșator eficient pentru NLRP3. La macrofagele infectate cu Yersinia, RIPK1 a exercitat un control pozitiv pentru clivajul GSDMD indus de caspaza-8-, în timpul căruia necroptoza mediată de RIPK3/MLKL a fost inhibată.13 Cu toate acestea, axa RIPK1-caspaza{-8-GSDMD nu a fost descoperit în celulele renale. S-a raportat că ferroptoza domină în anumite forme de AKI, inclusiv leziuni renale induse de cisplatină70 și rabdomioliză.71–72. Tonnus și colab.73 au descoperit că disfuncția sistemelor cheie de supraveghere a ferroptozei ar hipersensibiliza șoarecii la necroza tubulară în timpul AKI. Martin-Sanchez, D. et al.74 au studiat sincronizarea căilor de moarte celulară în timpul dezvoltării AKI și au descoperit că ferroptoza și necroptoza au mediat primul și, respectiv, al doilea val de moarte celulară în AKI indusă de acid folic (FA). S-a demonstrat că ferroptoza a fost responsabilă pentru inițierea AKI indusă de FA și necroptoza a permis AKI să persistă. ROS, produs în mitocondrii în timpul fosforilării oxidative sau la stresul reticulului endoplasmatic (ER), conduce peroxidarea lipidelor - procesul central al ferroptozei - și interacționează cu sistemul glutation (GSH)-glutation peroxidază 4 (GPX4), care previne puternic ferroptoza. Deși există o lipsă de dovezi solide pentru o legătură detaliată între ferroptoză și alte PCD, deteriorarea mitocondriilor și generarea de ROS în ferroptoză oferă indicii potențiale pentru diafonia sa cu necroptoză și piroptoză (Figura 3).

Boala diabetică a rinichilor (DKD) DKD este un proces patogenetic condus de glucoză, care are loc în rinichii pacienților diabetici. Factorii cheie care reglează DKD, inclusiv fluxul excesiv de glucoză, produșii finali de glicozilare avansată (AGE) și ROS, acționează ca roluri critice în procesul de piroptoză, fie ca inductori ai inflamazomului, fie ca regulatori ai căii de semnalizare.75 Printre diferiții inflamazomi care poate induce piroptoza, NLRP3 a fost sub cea mai intensă investigație în DKD. Toll-like receptor (TLR)2 și TLR4, PRR-uri în amonte de activarea NLRP3, pot fi suprareglați de glucoză ridicată, iar pacienții diabetici cu insuficiență renală prezintă creșteri semnificative ale expresiei ARNm TLR2 și TLR4 în sângele periferic.76 Stimularea TLR2 și TLR4 este esențială pentru activarea NLRP3.77–78 Proteina care interacționează cu tioredoxină (TXNIP) aparține sistemului tioredoxinei și se poate lega de tioredoxină (TRX), scăzând efectele inhibitoare ale TRX asupra stresului oxidativ.79 A fost bine stabilit că acțiunea TXNIP este critică pentru activarea NLRP3. și răspunsuri distructive celulare la diverse DAMP, inclusiv piroptoza.80–82 Rinichii diabetici prezintă o expresie crescută a TXNIP și inhibarea TXNIP atenuează leziunile renale induse de glucoza ridicată, poziționând TXNIP ca o țintă potențială pentru tratamentul DKD.83,84 ROS a fost propus ca fiind un semnal comun pentru activarea NLRP3 și poate activa NLRP3 prin diferite căi, printre care calea NF-jB este cea mai amplu studiată.85 NLRP3 inflamazomul poate fi oligomerizat eficient în forma lor activă prin calea de semnalizare NF-jB declanșată de ROS.86–88 În DKD, suprimarea căii ROS/NF-jB /NLRP3 pare să reducă răspunsurile inflamatorii și să controleze dezvoltarea rinichiului progresiv. leziunea.89,90 Stresul ER a fost identificat ca un alt declanșator al inflamazomului NLRP3.91,92 Hiperglicemia poate induce stres ER în podocite, celule epiteliale tubulare și celulele mezangiale.93–95 După activare, NLRP3 conduce răspunsuri inflamatorii prin procesarea caspaza-1, IL-1b și IL-18, care contribuie la progresia DKD. Cercetări recente au furnizat dovezi că inhibarea piroptozei mediate de NLRP3/caspază-1-atenuează modificările patologice la nivelul rinichiului diabetic, sugerând potențialul său terapeutic în DKD.96–98.

Piroptoza în diferite celule rezidente renale contribuie la dezvoltarea DKD. Perturbarea endoteliului glomerular modifică permselectivitatea glomerulară și apare în stadiul incipient al DKD. Colocalizarea parțială a NLRP3 sau a caspazei clivate-1 cu celule endoteliale glomerulare în secțiuni histologice ale rinichilor de oameni diabetici sau de șoareci a fost observată prin microscopie confocală. 99 Podocitele au fost considerate „cea mai slabă verigă” în dezvoltarea DKD,100, iar numărul lor de celule este strâns corelat cu albuminuria la pacienții diabetici.101 Pierderea podocitelor este un fenomen concomitent în progresia DKD, iar piroptoza a fost raportată la fi unul dintre cele mai importante mecanisme de pierdere a podocitelor. Deleția genetică a TXNIP sau inhibarea NADPH oxidazei pentru a reduce ROS, ambele controlând negativ activarea NLRP3, atenuează în mod semnificativ leziunea podocitelor indusă de glucoză ridicată, oferind un indiciu pentru rolul piroptozei în pierderea podocitelor diabetice.102 Liu și colab.103. au găsit o activitate crescută a caspazei-1 și niveluri crescute de IL{-1b și IL{-18 în podocitele expuse la glucoză ridicată, iar Li și colab.104 au detectat GSDMD-N scindat în podocitele lezate cu conținut ridicat de glucoză, oferind dovezi mai sigure pentru piroptoza la podocitul diabetic. Este demn de menționat că calea piroptotică non-canonică contribuie, de asemenea, la leziunea podocitelor în DKD cu caspaza-11/4 implicată în proces.105 Deși odată se credea că disfuncția tubulară a apărut în etapa ulterioară a DKD și s-a dezvoltat. ca urmare a leziunii glomerulare, din ce în ce mai multe cercetări par să contestă această ipoteză, care a descoperit că leziunea tubulară poate fi observată în stadiul incipient al DKD și chiar joacă un rol motor.106,107 În rinichii șoarecilor db/db și în HK. -2 celulele expuse la condiții de glucoză ridicată, s-a observat că axa ROS/TXNIP/NLRP3/IL-1b este reglată în mod semnificativ, iar blocarea acestei axe ar atenua leziunea tubulară.108 Wang și colab.109 au descoperit că expresiile TLR4/NF-jB și GSDMD-N au fost crescute în celulele HK-2 în condiții de atmosferă ridicată de glucoză și inhibarea semnalizării TLR4/NF-jB a atenuat piroptoza celulelor tubulare mediată de caspaza-1/GSDMD, indicând faptul că piroptoza indusă de TLR4/NF-jB a luat parte la t leziunea tubulară diabetică. Este de remarcat faptul că piroptoza poate să nu fie singura cale importantă de moarte celulară în DKD. Ferroptoza110, necroptoza111 și apoptoza112 au fost investigate în multe cazuri. Cu toate acestea, distincția și/sau legătura clară între diferitele căi de moarte celulară în dezvoltarea DKD nu au fost pe deplin delimitate.

Boala renală indusă de cristale

Cristalele pot declanșa leziuni renale variind de la ușoare/tranzitorii până la severe/ireparabile, în funcție de localizarea și dinamica depunerii cristalelor. Mecanismele moleculare ale bolilor renale induse de cristale rămân în mare parte necunoscute, în ciuda eforturilor substanțiale de cercetare. Un studiu revoluționar a arătat că cristalele ar putea stimula activarea NLRP3 și a demonstrat rolul esențial al inflamazomului în disfuncția sau bolile induse de cristale.113 Mai târziu, axa NLRP3/caspază-1/IL{-1b a fost identificată ca principala cauză a dezvoltării nefropatiei cu oxalat114 și nefropatiei cu oxalat de calciu,115 schimbând punctul fierbinte în cercetarea bolii renale induse de cristale de la depozitele de cristale la răspunsurile inflamatorii. Cristalele care se depun în arterele și tubulii renali pot activa atât inflamazomul NLRP3, cât și pot induce inflamația dependentă de IL- 1b. Cristalul de colesterol este cel mai frecvent vinovat pentru deteriorarea renovasculară în cristalopatiile renovasculare. Dowell și colab.116 au descoperit că cristalele de colesterol ar putea activa inflamazomul NLRP3 și ar putea promova producția de IL-1b în macrofage, care este esențială pentru patogeneza aterosclerozei induse de cristale. Cristalopatiile tubulare, care rezultă din precipitarea cristalelor în interiorul lumenului tubular, pot promova atât AKI, cât și leziuni renale cronice.117 Inflamazomii NLRP3 sunt foarte corelați cu AKI și CKD cauzate de depunerea de cristale tubulare. Liu și colab.118 au detectat o expresie crescută a expresiei GSDMD și IL-18 în celulele tubulare expuse la cristale de oxalat de calciu prin cromatografie lichidă-spectrometrie de masă, etichetare în tandem pe etichete de masă, analize proteomice cantitative și au identificat piroptoza inflamatorie prin comportamente biologice legate de piroptoză. Ontologie genetică și analize de îmbogățire a Enciclopediei Kyoto a genelor și a genomurilor. Rezultatele ulterioare au confirmat activarea NLRP3 și piroptoza dependentă de GSDMD în celulele epiteliale tubulare în modelele induse de cristale de oxalat de calciu. Ding și colab.119 au detectat, de asemenea, niveluri crescute de proteine ​​ale NLRP3 în omogenate renale ale șoarecilor cu nefrolitiază indusă de glioxilat și în celulele HK-2 expuse la cristale de oxalat de calciu monohidrat. Au fost observate simultan niveluri crescute de exprimare a proteinelor IL-1b și GSDMD în celulele epiteliale tubulare izolate din rinichii șoarecilor tratați cu glioxilat, susținând ideea că celulele tubulare expuse la cristale au suferit piroptoză dependentă de GSDMD. Un număr mare de experimente au furnizat dovezi pentru activarea NLRP3 de către cristale în celulele imune, inclusiv celulele macrofage și dendritice în moduri diferite,120–122, ceea ce a fost confirmat în nefropatia indusă de cristale.115,119 Cristalele care precipită în tubuli provoacă, de asemenea, stimuli persistenti care favorizează dezvoltarea și dezvoltarea. progresia BRC. Knauf și colab.114 au arătat că axa NLRP{3-IL{{-1b a fost reglată în sens pozitiv la șoarecii cu nefropatie de oxalat, în timp ce șoarecii NLRP{3-/- au fost complet protejați de insuficiența renală progresivă indusă de hrănire cu o dietă bogată în oxalat solubil. Un alt studiu revoluționar realizat de Mulay și colab.115 a descris o scenă mai profundă în care insuficiența renală datorată nefropatiei cu oxalat a fost puternic dependentă de axa NLRP3/ASC/caspaze-1/IL{-1b. Cu toate acestea, nu a existat o detectare directă a clivajului GSDMD în procesul de fibroză renală asociată cu cristale. În special, alte forme de PCD, inclusiv calea necroptotică RIPK3-MLKL123,124 și ferroptoza125, au fost raportate că contribuie la leziuni renale induse de cristale. Dacă aceste morți celulare diferite sunt colaborative sau independente, este încă în curs de investigare. Efectul tipului de cristal și al dinamicii asupra soartei celulare a celulelor renale este, de asemenea, de un interes remarcabil.

Leziunea alogrefei în transplantul de rinichi

Transplantul de rinichi rămâne opțiunea optimă pentru pacienții cu boală renală în stadiu terminal (IRST). Având în vedere populația în creștere care necesită transplant de rinichi în ultimele decenii, s-a acordat o atenție tot mai mare leziunilor alogrefei atât la donatori, cât și la primitori. HMGB1 ar putea fi eliberat din celulele supuse piroptozei.3 Kruger și colab.126 au descoperit că tubulii de la rinichii donatori decedați, dar nu vii, s-au colorat pozitiv pentru HMGB1. Ei au demonstrat în continuare că HMGB1 ar putea stimula răspunsuri proinflamatorii prin TLR4, care a contribuit la inflamația grefei și leziuni sterile după conservarea și transplantul la rece. Thierry și colab.127 au detectat o creștere a HMGB1 urinară la 30 de minute după reperfuzie după transplantul de rinichi umani și au abordat posibilul său rol ca mediatori imuni înnăscut în astfel de leziuni. S-a raportat o creștere a citokinelor inflamatorii IL-1b la donatorii de organe în moarte cerebrală,128,129 indicând posibil implicarea piroptozei în procesul de leziune a organelor. Au fost depuse eforturi intense de către cercetători pentru a studia activarea inflamazomului în disfuncția alogrefei. Design et al.130 au descoperit că variantele genetice ale genei NLRP3 afectează riscul de respingere acut după transplantul de rinichi. Wu și colab.131 au demonstrat că șoarecii cu deficiență în proteina adaptor TLR MyD88 au fost protejați atât de respingerea acută, cât și de cea cronică a alogrefei și le-au crescut supraviețuirea după transplant în comparație cu martorii de tip sălbatic. Un alt studiu a raportat că deficiența MyD88 a donatorului a inhibat expresia inflamatorie a citokinelor și stresul ER și a fost asociată cu îmbunătățirea funcției grefei și supraviețuirea prelungită a alogrefei.132 Mai mult, un studiu recent a arătat că inhibitorul NLRP3 Mcc950 ar putea ameliora deteriorarea tubulară și a îmbunătăți funcția alogrefei renale. model de transplant. Scăderea activării caspazei-1 și a nivelurilor GSDMD-N au fost observate după tratamentul cu Mcc950.133 Aceste rezultate oferă indicii pentru implicarea piroptozei în leziunea alogrefei în transplantul de rinichi.

Terapii potențiale care vizează piroptoza pentru boli de rinichi

Inhibarea piroptozei Având în vedere rolul important al piroptozei în bolile interne, modularea acestui proces este de mare îngrijorare. Ținte potențiale în piroptotică

calea include inflamazomii, caspazele, mințile și IL-1b (Figura 4). Necroinflamația declanșată de răspunsurile imune la necroză, inclusiv necroptoză, ferroptoză și piroptoză, duce la leziuni tisulare. Linkermann et al.134,135 au evidențiat semnificația clinică a țintirii necroinflamației în leziunile renale. Determinați stimulii pot declanșa mai mult de o singură cale de moarte celulară în celulele și țesuturile leziuni, potențialul strategiilor țintite combinate pe diferite căi de moarte celulară a atras un interes crescut.

Vizează inflamazomul NLRP3. Inflamazomii NLRP3 rulează în amonte de piroptoza mediată de caspază-1/GSDMD și au fost dezvoltate mai multe medicamente care vizează NLRP3 cu diferite mecanisme de inhibare.136 Mcc950 este un inhibitor puternic și selectiv de mici molecule pentru NLRP3 al cărui potențial terapeutic a fost evaluat în mai multe Sindroame asociate NLRP3-.137 Într-un model murin de nefropatie cristalină indusă de dietele bogate în oxalat sau adenină, Mcc950 a redus semnificativ activarea inflamazomului în celulele dendritice renale și IL-1b și IL{{13} } producție. Acest inhibitor NLRP3 a prevenit, de asemenea, eficient fibroza renală indusă de cristale.138 BAY 11-7082, despre care sa raportat inițial că inhibă fosforilarea IjBa și activarea NF jB,139 a fost identificat ca un inhibitor al ATPazei NLRP3. Juliana și colab.140 au elucidat că BAY 11-7082 a inhibat activarea inflamazomului NLRP3 în macrofagele amorsate cu LPS, independent de efectul acestuia asupra NF-jB și a prevenit formarea piroptozomului ASC indus de NLRP3- prin inhibarea activității NLRP3 ATPazei. La șoarecii hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi și fructoză, BAY 11-7082 a atenuat creșterea indusă de dietă a exprimării inflamazomului NLRP3, ducând la inhibarea activării caspazei-1 și a interleukinei (IL){{33} producția de }b și IL-18 în ficat și rinichi. Administrarea cronică de BAY 11-7082 a limitat semnificativ afectarea renală indusă de dietă prin îmbunătățirea raportului albumină-creatinină.141 Într-un model de nefropatie diabetică la șobolan, s-a constatat că tratamentul cu BAY 11-7082 recuperează în mod semnificativ arhitectura histologică renală. și niveluri normalizate de citokine inflamatorii, inclusiv IL- 1b, care susțin efectul renoprotector al BAY 11-7082 pentru DKD.142 b-hidroxibutirat (BHB), produs în timpul lipsei de energie sau a unei diete sărace în carbohidrați, a inhibat activarea NLRP3 și a prevenit fibroza renală indusă de nefrocalcinoză.143 Cu toate acestea, efectele protectoare nu au fost mediate neapărat de eliberarea IL-1 intrarenală și rămâne de clarificat dacă BHB afectează piroptoza. S-a raportat că alți inhibitori NLRP3, inclusiv fluorofenidone144 și tranilast145, joacă roluri renoprotective în modelul de obstrucție ureterală unilaterală (UUO), în timp ce mecanismul molecular care stă la baza piroptozei este încă neclar.

Vizează caspazele piroptotice. Inhibitorii caspazelor piroptotice au fost cercetați intens. Ac-YVAD-CMK, un inhibitor de caspază-1, poate atenua afectarea funcției renale la modelul de șobolan AKI146 și poate reduce piroptoza celulelor endoteliale glomerulare în modelul de șoarece cu nefropatie diabetică.99 VX-765, o altă caspază{{ 6}}, a fost suficient pentru a scădea populația de macrofage proinflamatorii în etapa ulterioară a UUO.147 Chu și colab.148 au demonstrat că fosfolipidul oxidat 1-palmitoil-2-arahidonic noil-sn-glicerol{{ 13}}fosforilcolina (oxPAPC) s-ar putea lega direct de caspază-4 și caspază-11, concura cu legarea LPS și, în consecință, poate inhiba piroptoza indusă de LPS, oferind dovezi noi pentru rolul precis al oxPAPC în răspunsul inflamator . oxPAPC și derivații săi ar putea oferi noi perspective pentru terapiile care vizează piroptoza non-canonică. Choi și colab.149 au raportat că membrul 1 al familiei serpine B (SERPINB1) a limitat activitatea caspazei-1/4/5/11 prin suprimarea oligomerizării domeniului de recrutare a caspazei (CARD) și a activării enzimatice, dezvăluind un nou mecanism de punct de control. pentru caspaze inflamatorii. SERPINB1 a colaborat cu proteina Forkhead Box O1 (FoxO1) pentru a ameliora stresul oxidativ indus de producția de ROS în DKD.150 Cu toate acestea, potențialul terapeutic de a viza această proteină punct de control este încă în curs de explorare.

Vizând mintea. Identificarea mintilor ca fiind executanți ai piroptozei ridică o nouă speranță pentru terapia țintită a bolilor asociate piroptozei. Hu et al.151 au efectuat screening biochimic cu randament ridicat și au identificat disulfiram ca un inhibitor eficient al formării porilor GSDMD. Un alt studiu a arătat că disulfiramul poate ameliora mortalitatea determinată de GSDMD în sepsisul murin.152 În plus, disulfifiramul controlează negativ și necroptoza prin legarea MLKL.153 Profilul de siguranță al disulfiramului la om a fost bine stabilit de-a lungul a șase decenii și reutilizarea acestui vechi medicament pentru rinichi. boli este promițătoare. Un inhibitor derivat din GSDMD, Ac-FLTD-CMK, poate inhiba scindarea GSDMD de către caspaze-1/4/5/11 prin legarea directă de regiunea catalitică a acestor caspaze, prin urmare suprimând piroptoza în aval atât a căilor canonice, cât și a celor necanonice. .154 Un studiu din 2020 a demonstrat că calciul (Ca)2 plus influxul a fost o condiție prealabilă pentru funcția GSDMD-N și magneziul (Mg)2 plus afluxul blocat de Ca2 plus prin inhibarea canalului Ca2 plus P2X7 dependent de ATP, împiedicând astfel funcția. de GSDMD-N și inhibarea piroptozei necanonice induse de LPS. Aceste rezultate sugerează potențiale aplicații clinice ale suplimentării cu magneziu pentru tratamentul sepsisului.155

Direcționarea IL-1. IL-1 a devenit un punct fierbinte de cercetare pentru strategiile de imunomodulare care vizează bolile asociate inflamazomului. În special, anticorpul monoclonal uman IL-1b canakinumab a fost sub investigație intensivă. Studiul CANTOS (Canakinumab Anti-Inflflammatory Thrombosis Outcomes Study) a evaluat eficacitatea canakinumabului la 10.061 de pacienți cu infarct miocardic anterior și un nivel de proteină C reactivă cu sensibilitate ridicată de 2 mg/L.156 O subanaliză a datelor CANTOS a arătat că inhibarea IL-1b cu canakinumab a redus ratele evenimentelor cardiovasculare adverse majore în rândul pacienților cu ateroscleroză cu risc ridicat cu BRC, în special printre cei cu un răspuns antiinflamator robust la tratamentul inițial, indicând utilitatea dezvoltării agentului antiinflamator. în CKD.157

Reglarea sincronizată a diferitelor PCD-uri

Recent, s-a acordat mai multă atenție diafoniei și coordonării diferitelor PCD în anumite boli. Efectele de colaborare ale piroptozei mediate de GSDMD și necroptozei mediate de MLKL au fost dezvăluite în AKI58 și bolile inflamatorii intestinale.59 În plus, a fost propus un concept nou emergent numit PANoptoză pentru a descrie co-reglarea dintre piroptoză, necroptoză și apoptoză Z-DNA158. proteina de legare 1 (ZBP1), factorul de creștere transformator beta-activat kinaza 1 (TAK1), FS7-domeniul de moarte asociat cu antigenul de suprafață celulară (Fas) (FADD) și caspaza-8 pot coopera pentru acționează ca regulatori principali pentru PANoptoză în orchestrarea căilor multiple de moarte celulară.159,59–61 Tonnus și colab.73 au generat un inhibitor combinat de molecule mici (Nec-1f) care vizează simultan RIPK1 și ferroptoza și și-au dovedit efectele protectoare în AKI. Aceste descoperiri pun bazele abordărilor terapeutice eficiente pentru a viza căile multiple de moarte celulară în bolile de rinichi.

Concluzii

O serie de dovezi au sugerat rolurile cruciale ale piroptozei în bolile de rinichi și au relevat o serie de factori implicați în piroptoză, cum ar fi NLRP3, caspaza-1, GSDMD și IL-1, care ar putea fi modulați genetic și/sau farmacologic pentru uz terapeutic. S-a dovedit că piroptoza canonică mediată de GSDMD joacă un rol central și are potențialul ca țintă terapeutică în diferite boli renale, inclusiv AKI, DKD, boala renală indusă de cristale și leziunea alogrefei în transplantul de rinichi. Descoperirile privind piroptoza non-canonică mediată de GSDMD, care este stimulată de LPS, au deschis o nouă cale pentru tratarea leziunilor de organ induse de sepsis. Iar descoperirea recentă a piroptozei mediate de GSDME ca un regulator cheie al AKI și progresia ulterioară a AKI-CKD oferă perspective noi în gestionarea AKI și prevenirea CKD. În plus, reglarea sincronizată a căilor multiple de moarte celulară poate prezenta efecte mai benefice asupra rinichilor, deoarece anumiți stimuli induc de obicei mai mult de o cale de moarte.

Cu toate acestea, înțelegerea noastră asupra piroptozei în contextul bolii renale este încă limitată. Studiile publicate despre piroptoza în bolile de rinichi s-au bazat pe un număr limitat de experimente pe animale și celule. Reproducerea datelor actuale, precum și traducerea datelor experimentale în mediile clinice sunt încă necesare. Mecanismele de percepție ale diferitelor căi piroptotice în diferite circumstanțe de stres și/sau în tipuri distincte de celule renale, precum și diafonia și interacțiunea dintre piroptoză și alte forme de moarte celulară, sunt încă în mare parte necunoscute. Este de o importanță considerabilă să se investigheze în continuare mecanismele piroptotice, precum și orchestrarea diferitelor PCD în patofiziologia renală, ceea ce ar ajuta la exploatarea potențialului terapiilor țintite pentru rezolvarea dilemelor clinice și ruperea blocajului clinic în bolile de rinichi.

Din: „Pyroptosis in Kidney Disease” deYujia Wang, Yinshuang Li și Yanfang Xu1

---Jurnal of Molecular Biology