Kā akūts nieru bojājums ietekmē plaušu šūnas?
Mar 11, 2022
Plašāka informācija:ali.ma@wecistanche.com
Ⅱ daļa: oksidatīvais stress pēc akūta nieru bojājuma izraisa plaušu šūnu skropstu bojājumus un to izdalīšanos bronhoalveolārajā skalošanas šķidrumā un plaušu bojājumus, ko pastiprina Idh2 dzēšana.
Yong Kwon Hana, Ji Su Kim, Gwan Beom Leea, Jae Hang Lim, Kwon Moo Park
Akūts nieru bojājums(AKI) izraisa tālu orgānu bojājumus, kas rada nopietnas bažas pacientiem ar AKI (Akūts nieru bojājums). Nesenie pētījumi ir parādījuši, ka attāli orgānu bojājumi ir saistīti aroksidatīvais stressorgānu bojājumi un ciliuma bojājumi, uz aksonēmas balstīta šūnu organella. Tomēr lomaoksidatīvais stressun skropstu bojājumi AKI (Akūts nieru bojājums) izraisīts plaušu bojājums vēl jādefinē. Šeit mēs izpētījām, vai AKI (Akūts nieru bojājums) izraisīts plaušu bojājums ir saistīts ar mitohondrijuoksidatīvais stressun skropstu bojājumi plaušu šūnās. AKI (Akūts nieru bojājums) tika ierosināts izocitrāta dehidrogenāze 2 (Idh2, mitohondriju antioksidants enzīms), kas ir izdzēsts (Idh2-/) un savvaļas tipa (Idh2 plus 7) pelēm.nieresišēmija-reperfūzija (IR). Peļu grupa tika ārstēta ar Mito-TEMPO, mitohondrijiem specifisku antioksidantu.NieresIR izraisīja plaušu traumas, tostarp alveolu starpsienas sabiezēšanu, alveolu bojājumus un neitrofilu uzkrāšanos plaušās, kā arī palielinātu olbaltumvielu koncentrāciju un kopējo šūnu skaitu bronhoalveolārajā skalošanas šķidrumā (BALF). Papildus,nieresIR izraisīja plaušu epitēlija šūnu skropstu fragmentāciju un fragmentu izdalīšanos BALF, nieru IR arī palielināja superoksīda veidošanos, lipīdu peroksidāciju un mitohondriju un kodolu DNS oksidāciju plaušās un samazināja IDH2 ekspresiju. Plaušuoksidatīvais stressun traumas paļāvās uz pakāpinieresievainojums, Idh2 dzēšana saasināja nieru IR izraisītus plaušu bojājumus. Ārstēšana ar Mito-TEMPO novājināja nieru infrasarkanās starojuma izraisītus plaušu bojājumus ar lielāku Idh2-7- vājināšanos nekā Idh2 plus/plus pelēm. Mūsu dati liecina, ka AKI (Akūts nieru bojājums)izraisa skropstu bojājumus un bojā šūnas cauroksidatīvsstressplaušu epitēlija šūnās, kas noved pie izjauktu ciliāru fragmentu izdalīšanās BALF.
nieru slimība: AKI (akūts nieru bojājums)
Idh2 dzēšana pasliktina nieru IR izraisītu plaušu bojājumu.
Visbeidzot, mēs pētījām IDH2 lomu nieru IR izraisītā plaušu bojājumā. Lai definētu IDH2 lomu plaušāsoksidatīvais stressun plaušu traumas apstākļos, kad nieru bojājuma atšķirības nebija vai tās ir minimālas, mēs izraisījām 35 minūšu nieru išēmiju, kam sekoja 4 h reperfūzija mātītēm Idh2-/- un Idh2 plus/pelēm, pamatojoties uz diviem punktiem; 1) peļu mātītes ir mazāk uzņēmīgas pret nieru IR bojājumiem, un 4 stundu reperfūzija izraisa mazāk smagu nieru bojājumu nekā 24 stundu reperfūzija [3, 39, 40]. Kā gaidīts. 35 min išēmijas un 4 h reperfūzijas palielināja BUN koncentrāciju gan Idh2~/, gan Idh2 plus/pelēm bez būtiskas BUN atšķirības starp Idh2-/ un Idh2/ plus pelēm (7.A att.). Tomēr plaušu bojājums, tostarp palielināta neitrofilo leikocītu infiltrācija un alveolu starpsienas sabiezējums, bija lielāks Idh2-7-pelēm nekā Idh2 plus 7 plus pelēm (7.B attēls). Atbilstoši histoloģiskajam bojājumam aptuveni 58,5% olbaltumvielu koncentrācija un 37,8% kopējais šūnu skaits BALF Idh2-/- pelēm bija lielāks nekā BALF Idh2 plus/plus pelēm (7.C un D attēls). Pēc fiktīvas operācijas netika novērotas būtiskas BUN un plaušu bojājumu atšķirības starp Idh2-/pelēm un Idh2 plus/plus pelēm (7.A–D. attēls). Šie rezultāti liecina, ka IDH2 gēna, mitohondriju antioksidanta enzīma, deficīts pasliktina nieru IR izraisītu plaušu bojājumu.
Lai vēl vairāk apstiprinātu IDH2 un mitohondriju lomuoksidatīvais stressieslēgtsnieresIR izraisīts plaušu bojājums, mēs novērtējām, vai Mito-TEMPO kavē olbaltumvielu koncentrācijas un šūnu skaita palielināšanos BALF pēc nieru IR. Ārstēšana ar Mito-TEMPO novērsa olbaltumvielu koncentrācijas un kopējā šūnu skaita palielināšanos pēc nieru IR gan Idh2-/pelēm, gan Idh2 plus/plus pelēm. Šī profilakse bija lielāka Idh2-/-pelēm nekā Idh2 plus/pelēm (apmēram 32,2 procenti Idh2 plus/ un 38,6 procenti Idh2-/- proteīnu koncentrācijā BALF un 8,4 procenti Idh2. plus/plus un 35,4 procenti Idh{20}}no kopējā šūnu skaita BALF) (7.C un D att.). Mito-TEMPO nedaudz samazināja BUN līmeni abām pelēm, taču tas nebija statistiski nozīmīgi (7.A att.) . Šie rezultāti liecina, ka IDH2 ir svarīga loma nieru IR izraisītā plaušu bojājumā.
7. att.. Lielāks plaušu bojājums pēc nieru IR pelēm Idh2-/- nekā Idh2 plus/plus pelēm un lielāka nieru IR izraisīta plaušu bojājuma novēršana ar Mito-TEMPO Idh2-/- pelēm nekā Idh2 plus /peles.Sievietes Idh{{0}}izdzēstas (dh2-7) un savvaļas tipa (Idh2 plus /) metiena biedrenes tika pakļautas 35 minūšu divpusējai nieru išēmijai. Dažām pelēm divas reizes tika ievadīts Mito-TEMPO (Mito-T, 0, 7 mg/kg ķermeņa svara, IP)17 un 1 stundu pirms išēmijas. Plaušas, BALF un asinis tika savāktas 4 stundas pēc išēmijas. (A) BUIN plazmā tika mērīts, kā aprakstīts sadaļā Materiāli un metodes (n =4). (B) Ar perfūziju fiksēti plaušu audi tika sagriezti 3-um biezās daļās, kas pēc tam tika pakļautas H&E krāsošanai (n= 3). (C. D) Olbaltumvielu koncentrācija un kopējais šūnu skaits BALF tika mērīts, kā aprakstīts sadaļā Materiāli un metodes (n =4). Rezultāti ir izteikti kā vidējie ± SEM (n =3-4).
Nieru IR būtiski palielināja 4-HNE ekspresiju plaušās gan Idh2-/-, gan Idh2 plus /pelēm 4 stundas pēc nieru išēmijas, un šis pieaugums bija lielāks Idh2-/pelēm nekā Idh2 plus/plus peles (lpp<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="">oksidatīvais stress.
8. att. Lielākas plaušasoksidatīvais stressun skropstu bojājumi pēc nieru IR pelēm Idh2-/- nekā Idh2 plus/plus pelēm un lielāka stresa un Mito-TEMPO radīto bojājumu novēršana Idh2-7pelēm nekā Idh27 pelēm.Sievietēm Idh{{0}}dzēsts(Idh2-7-) un savvaļas tipa (Idh2 plus 7 plus ) metiena biedrenes tika pakļautas vai nu 35 minūšu divpusējai nieru išēmijai (isch) vai fiktīvai operācijai. Dažām pelēm divas reizes tika ievadīts Mito-TEMPO (Mito-T, 0, 7 mg / kg ķermeņa svara, ip) vai nesējs 17 un 1 stundu pirms išēmijas. Plaušas un BALF tika savāktas 4 stundas pēc išēmijas. (AD,F,G)4-HNE ekspresija plaušu audos, un BALF tika novērtēta ar Western blot analīzi (n =3-4). GAPDH tika izmantots kā ielāde. kontrole. Joslu blīvums tika mērīts, izmantojot ImageJ programmatūru. (E) Tika izmērīts superoksīda līmenis plaušu audos (n=4). (FK)4-HNE, Arl13B, ac- -tubulīna (ac- -tub) un -tubulīna (-tub) ekspresijas BALF tika analizētas ar Western blot metodi (n =4 ). Joslu blīvums tika mērīts, izmantojot ImageJ programmatūru. Rezultāti ir izteikti kā vidējie ± SEM (n=4).
4. Diskusija
Šajā pētījumā mēs ziņojam, ka nieru IR izraisītu plaušu bojājumu saasina Idh2 dzēšana un ka mitohondriju antioksidantu ārstēšana mazina nieru IR izraisītu plaušu bojājumu. Turklāt nieru IR izraisa skropstu izjaukšanu plaušu šūnās cauroksidatīvais stress, un rezultātā izjauktie ciliāru fragmenti un proteīni tiek izdalīti BALF. Svarīgi, ka šo skropstu bojājumu novērš mitohondrijiem specifiska antioksidantu apstrāde. Turpretim Idh2-dzēšana pastiprina nieru IR izraisītu plaušu šūnu skropstu bojājumus. Šie dati liecina, ka nieru IR no išēmiskā laika atkarīgā veidā pasliktina redoksu līdzsvaru plaušu šūnās, kā rezultātāoksidatīvais stressplaušu audu un skropstu bojājumiem. Turklāt skropstu bojājumi, vismaz daļēji, ir saistīti ar AKI (Akūts nieru bojājums)- izraisīts plaušu bojājums. Cik mums ir zināms, šis ir pirmais ziņojums, kas parāda, ka AKI (Akūts nieru bojājums)izraisa skropstu darbības traucējumus plaušu šūnāsoksidatīvais stress, un rezultātā izjauktie ciliāru fragmenti un proteīni tiek izdalīti BALF. Šie rezultāti liecina, ka skropstu bojājumu novēršana varētu būt jauna stratēģija AKI ārstēšanai (Akūts nieru bojājums)saistītais ALI. Turklāt šie dati liecina, ka ciliāru proteīnus un fragmentus BALF var izmantot kā plaušu bojājumu indikatorus.
Nieru IR izraisīts attālu orgānu bojājums ir sarežģīts process, kurā ir iesaistīti daudzi faktori [4,8,41,42]. Vairāki pētījumi ir parādījuši, ka ROS unoksidatīvais stressveicina tālu orgānu bojājumus pēc nieru traumas [4, 8, 41]. Plaušu traumas gadījumā pēc nieru IR ir ierosināts, ka neitrofīli, kas tiek infiltrēti plaušās, darbojas kā galvenās ROS ražojošās šūnas plaušās pēc citokīnu stimulēšanas, kas ražoti ievainotajā nierē. Šī ROS veidošanās pēc tam izraisa papildu ROS palielināšanos plaušās, aktivizējot ROS veidojošo sistēmu un kavējot ROS attīrīšanas sistēmu vai abus [5, 43]. Nesen Hepokoski, M. et al. ziņoja, ka nieru mitohondriju DAMP ekstracelulāro uzkrāšanos izraisa AKI (Akūts nieru bojājums), ietekmē plaušu vielmaiņas ceļus un izraisa mitohondriju disfunkciju [42]. Šajā pētījumā mēs konstatējām palielinātu neitrofilu infiltrāciju plaušās pēc nieru IR atkarībā no nieru išēmiskā laika, ti, nieru IR traumas smaguma pakāpes. Mēs arī atklājām, ka nieru IR palielina superoksīda veidošanos, lipīdu peroksidāciju un DNS oksidāciju plašā plaušu audu diapazonā, tostarp intersticiālās alveolārajās starpsienās, alveolu un elpceļu epitēlijā. Turklāt mēs atklājām IDH2 ekspresijas samazināšanos plaušu audos pēc nieru IR. Šie dati liecina, ka plaušu šūnas ir pakļautasoksidatīvais stresssekojošsnieresIR un ka tas palielinājāsoksidatīvais stress, tostarp plaušu šūnu mitohondriji, var izraisīt šūnu un audu bojājumus un disfunkciju. Turklāt mitohondrijiem specifiskā antioksidantu ārstēšana samazina nieru IR izraisītu plaušu bojājumu un kavē superoksīda veidošanos un lipīdu un DNS oksidāciju plaušās.
nieru slimība: oksidatīvais stress uz nierēm
IDH2 katalizē izocitrāta oksidatīvo dekarboksilāciju par -ketoglutarātu mitohondrijās, ko papildina NADP reducēšanās par NADPH [31, 32, 35, 44]. NADPH ir reducējošu ekvivalentu avots gan peroksīda detoksikācijas tioredoksīna, gan glutationa sistēmām [31,32,35,44,45]. Nesen Park et al. ziņoja, ka Idh2 deficīts palielina jutību pret akroleīna izraisītu plaušu toksicitāti Lūisa plaušu karcinomas šūnās un pelēm, izjaucot mitohondriju redoksa līdzsvaru, izraisot mitohondrijuoksidatīvsstressun apoptoze [31]. Šajā pētījumā mēs atklājām, ka nieru IR samazināja IDH2 ekspresiju plaušās un ka Idh2 dzēšana pelēm saasināja nieru IR izraisītu plaušu bojājumu unoksidatīvais stress. Turklāt mitohondriju antioksidantu piegāde samazināja plaušu bojājumus un plaušasoksidatīvais stressar lielāku samazinājumu Idh{0}}dzēsto pelēm nekā savvaļas metiena biedriem. Šie dati liecina, ka nieru IR izraisīts plaušu bojājums ir saistīts ar samazinātu IDH2 funkciju un sekojošu mitohondriju palielināšanosoksidatīvais stress. Turklāt plaušu ievainojumos un plaušās var būt dzimumu atšķirībasoksidatīvais stress(ņemiet vērā 1. un 7. att.). Tomēr, lai gan konstatējām lielāku plaušu traumu unoksidatīvais stressun lielāks Mito-TEMPO aizsargājošais efekts peļu mātītēm ar Idh2- deficītu nekā savvaļas tipa peļu mātītēm līdzīgā BUN līmenī pēc nieres (savukārt pie līdzīgas nieru traumas pakāpes). nieru traumas smagumu nevar pilnībā ignorēt, jo plaušu bojājums ir atkarīgs no nieru traumas. Uz to var atbildēt, izmantojot plaušām specifiskas antioksidantu piegādes sistēmas vai plaušu šūnām raksturīgus nosacītus dzīvniekus.
Ciliāra garums šūnās tiek dinamiski mainīts gan fizioloģiskos, gan patofizioloģiskos apstākļos. Jaunākie pētījumi ir parādījuši, ka patoloģiskas skropstu garuma izmaiņas ir saistītas ar dažādu slimību attīstību un progresēšanu, un skropstas ir saistītas ar mitohondriju funkciju [17-20,43,46,47]. Fizioloģiskos apstākļos skropstu garuma izmaiņas notiek vai nu reabsorbcijas, vai pagarinājuma rezultātā normāla šūnu cikla laikā [48-51]. Rezorbcija ir normāls process, kurā šūnas ievelk ciliju šūnā, pārejot no GO/Gl fāzes uz šūnu cikla S uz G2 fāzēm, un pilnīga skropstu reabsorbcija notiek pirms mitozes [48-51]. Jaunākie pētījumi ir parādījuši, ka skropstu garuma saīsināšanu izraisa šūnu bojājumi [17-20,46,52]. Iepriekšējos pētījumos mēs atklājām, ka AKI (Akūts nieru bojājums)izraisa skropstu bojājumus nieru kanāliņu epitēlija šūnās, kā rezultātāoksidatīvais stress[18-20]. Turklāt mēs noskaidrojām, ka aknu IR bojājums izraisa attālu nieru cauruļveida šūnu primāro skropstu sadalīšanos, jooksidatīvais stressiekšāniereskanāliņu šūnas un ka šo iznīcināšanu novērš apstrāde ar antioksidantiem [20]. Turklāt primārais skropstu deficīts aktivizē epitēlija pāreju uz mezenhimālo pāreju, kas ir kritiska fibrozes progresēšanai [53], norādot, ka skropstas ir saistītas ar pēctraumas reakciju progresēšanu. Šajā pētījumā mēs atklājām, ka nieru IR izraisa plaušu šūnu skropstu darbības traucējumus, un šie izjauktie ciliāru fragmenti tiek izdalīti BALF. Turklāt Idh2 dzēšana papildināja AKI (Akūts nieru bojājums)-izraisītu skropstu bojājumu, savukārt ārstēšana ar Mito-TEMPO novērsa nieru IR izraisītus plaušu skropstu bojājumus ar lielāku profilaktisko efektu Idh2-/pelēm nekā Idh2 plus/plus pelēm. Turklāt mēs atklājām, ka BALF saturošās molekulas ir ļoti oksidētas un Mito-TEMPO injekcija samazina BALF satura oksidāciju. Tāpēc mēs spekulējam, ka ROS unoksidatīvais stressizraisīt skropstu bojājumus. To apstiprinot, iepriekšējos pētījumos mēs atklājām, ka augsta ūdeņraža peroksīda koncentrācija izjauc skropstas nieru kanāliņu šūnās [18].
Plaušas parasti ir kustīgi ar skropstiņiem bagāti audi, un elpceļu skropstu disfunkcija ir saistīta ar pavājinātu mukociliāru klīrensu, krūškurvja infekcijām un progresējošu plaušu arhitektūras iznīcināšanu [54]. Bronhiola apikālajā reģionā ciliārām šūnām ir daudz mitohondriju, kas ražo ATP ciliāru kustībai [13]. Pētījumi liecina, ka mitohondriju bojājumi skropstu šūnās izraisa gan skropstu, gan plaušu šūnu disfunkciju, kas var izraisīt ROS pārpilnību [55,56]. Vairākos pētījumos ir ziņots, ka traucēta mitohondriju dinamika un mitohondriju bojājumi ir saistīti ar plaušu slimībām [56,57]. Šajā pētījumā mēs arī atklājām, ka nieru IR izraisa patoloģisku superoksīda veidošanās un mitohondriju dalīšanās palielināšanos plaušās. Turklāt nieru IR peļu BALF konstatējām ciliāru fragmentu un olbaltumvielu palielināšanos. Tāpēc mēs spekulējām, ka decilācija vismaz daļēji ir saistīta ar AKI (Akūts nieru bojājums)-izraisīts ALI. Tomēr mēs nevarējām atšķirt, kuri skropstu veidi ir traucēti un kuras šūnas ir galvenās ciliāru fragmentus atbrīvojošās šūnas starp plaušu šūnām, jo trūkst specifisku primāro un kustīgo skropstu marķieru un histoloģisko pētījumu ierobežojumi. Šo ierobežojumu var pārvarēt papildu eksperimentos, izmantojot plaušām specifiskas zāļu ievadīšanas sistēmas vai ar plaušu specifisku ciliāru ģenēzi saistītu gēnu mērķēšanu. Tomēr mūsu dati skaidri parāda, ka AKI (Akūts nieru bojājums)-saistīts ALI ir saistīts ar skropstu izjaukšanu unoksidatīvais stressno plaušu šūnām.
akūtu nieru bojājumu ārstēšana un nieru darbības uzlabošana: cistanche
Pateicības
Šis pētījums tika atbalstīts ar Korejas Nacionālā pētniecības fonda (NRF) (NRF-202OR1A2C2006903, MIST) dotāciju, ko finansēja Zinātnes un IKT (MIST) ministrija, un Korejas veselības tehnoloģiju pētniecības un attīstības projekta dotāciju ( HI15C0001) caur Korejas Veselības nozares attīstības institūtu (KHIDD, ko finansē Veselības un labklājības ministrija, Korejas valdība).
Atsauces
[1] F.Fani, et al., Nesenie sasniegumi ar sepsi saistītās patoģenētiskajos mehānismosakūts nieru bojājums, J. Nephrol.31 (2018)351-359.
[2] HSJang, et al., ERK aktivizēšana paātrina nieru kanāliņu epitēlija šūnu atjaunošanos, bet kavē fibrozes progresēšanu pēc išēmijas/reperfūzijas traumas, Biochim. Biophys. Acta 1832 (2013)1998-2008.
[3] KMPark, A. Chen, JVBonventre, Prevention ofnieresišēmijas/reperfūzijas izraisīts funkcionāls ievainojums un JNK, p38 un MAPKkināzeaktivācija ar attālu išēmisku pirmapstrādi, J. Biol. Chem.276(2001)11870-11876.
[4] S. Faubel, CL Edelstein, Plaušu traumas mehānismi un mediatori pēcakūts nieru bojājums, Nat. Rev.Nephrol. 12 (2016)48-60.
[5] SA Lee.M. Cozzi. EL.Bušs. H, Rabb.Tālu orgānu disfunkcija inakūts nieru bojājums: atsauksme, Am. J. Kidney Dis.72 (2018)846-856.
[6] LE White, HT. Hassoun, Orgānu šķērsrunu iekaisuma mehānismi išēmiskas slimības laikāakūts nieru bojājums, Internets J.Nephrol. 2012 (2012),505197.
Piezīme:iepriekš minētais nav pilns atsauces saraksts