Oxidatív stressz és ischaemia/reperfúziós sérülés a vesetranszplantáció során: Fókuszban a ferroptózis, a mitofágia és az új antioxidánsok

Absztrakt:Bár technikai és farmakológiai fejlődés történt ebbenvesetranszplantációs gyógyszer, egyes betegek tapasztalhatnakakut transzplantáció utáni szövődmények. Az ilyen állapotokban szerepet játszó mechanizmusok közöttischaemia/reperfúzió (I/R)sérüléselsődleges patofiziológiai szerepe lehet, mivel ez a késleltetett graftfunkció (DGF) egyik vezető oka, a vesefunkció lassú helyreállítása és dialízis szükségessége (általában a transzplantációt követő első héten). A DGF-nek jelentős társadalmi és gazdasági hatása van, mivel az elhúzódó kórházi kezeléssel és súlyos szövődmények (beleértve az akut kilökődést) kialakulásával jár. Az I/R sérülés során az oxidatív stressz nagy szerepet játszik számos folyamat aktiválásában, beleértveferroptózis, a vas által vezérelt sejthalál, amelyet vas felhalmozódása és túlzott lipidperoxidáció jellemez, valamint mitofág, a sérült mitokondriumok szelektív lebontása autofágia által. A ferroptózis hozzájárulhat a vesekárosodáshoz, míg a mitofagiának védő szerepe lehet azáltal, hogy csökkenti a reaktív oxigénfajták felszabadulását a diszfunkcionális mitokondriumokból. Mindkét út mélyreható megértése lehetőséget kínálhat a DGF új korai diagnosztikai noninvazív biomarkereinek azonosítására és új, klinikailag alkalmazható farmakológiai stratégiák bevezetésére. Ebben az áttekintésben összefoglaljuk az összes releváns ismeretet ezen a területen, és megvitatjuk azokat a jelenlegi antioxidáns farmakológiai stratégiákat, amelyek a jövőben az I/R sérülések lehetséges kezelését jelenthetik.

Kulcsszavak: ischaemia/reperfúziós sérülés;oxidatív stressz; ferroptosis;mitofagia;veseátültetés

KATTINTSON IDE, HOGY VESE GYÓGYNÖVÉNYI CISTANCÉT SZEREZZE MEG

1. Bemutatkozás

Veseátültetésirreverzibilis krónikus veseelégtelenségben (végstádiumú vesebetegség, 5. stádiumú krónikus vesebetegség) szenvedő betegek vesepótló kezelésének legköltséghatékonyabb módja [1]. A transzplantációs medicina folyamatos technikai és gyógyszerészeti fejlődése ellenére azonban egyes betegeknél korai akut poszttranszplantációs szövődmények alakulnak ki, és a vesefunkció lassan helyreáll, és dialízisre van szükség (általában a transzplantációt követő első héten). Ennek a klinikai állapotnak, nevezetesen a késleltetett graft funkciónak (DGF) jelentős társadalmi és gazdasági hatása van, mivel összefüggésbe hozható az elhúzódó kórházi kezeléssel [2], a polifarmakológiai megközelítésekkel (különösen egyidejű akut allograft kilökődés esetén) [3], és rövidebb graft túlélés [4]

A DGF kockázata magasabb az egyes szervekbenvesét használó transzplantációs programoknem szívverő, idős, multimorbid (pl. cukorbetegség, magas vérnyomás) donoroktól, korábban allograft-elégtelenségben szenvedő és/vagy valamennyi szenzitizált recipienstől, valamint akut vesekárosodás és elhúzódó hideg ischaemia miatt károsodott szervektől [5,6]

Különösen az ischaemia során az oxigénellátás jelentős csökkenése és ennek következtében a sejtekben az aerobról anaerob anyagcserére történő átállás csökkentheti az ATP-termelés sebességét [7] és a laktát felhalmozódását (acidózishoz vezetve). Következésképpen a Na+/K+ ATP-ázok, Na+/H+ és Ca{5}}ATPáz pumpák működésképtelenné válhatnak, és a nátrium, a hidrogén és a kalcium felhalmozódik a citoplazmában, ami hiperozmolalitást, a sejtmembránokon keresztüli víztranszport növekedését, ill. sejtduzzanat [8].

A reperfúzió során az oxigén gyors növekedése és a pH normalizálódása előfordulhatfokozza a citoszol kalciumszintetcisztein proteázok (pl. kalpainok, kaszpázok) aktiválása és az apoptotikus útvonal kiváltása. Ezenkívül a kalcium-túlterhelés serkenti a mitokondriális permeabilitás átmeneti pórusainak (mPTP) megnyílását, amelyek lehetővé teszik olyan anyagok felszabadulását, mint a citokróm C, a szukcinát és a mitokondriális DNS, amelyek sejthalált indukálhatnak apoptózison és nekrózison keresztül, és veszélyekkel/károsodással összefüggő molekuláris mintákként működhetnek. (DAMP) elősegíti mind a veleszületett, mind az adaptív immunitás aktiválódását [9–11]. Ezenkívül ezek a mechanizmusok progresszív intersticiális fibrózist eredményezhetnek [12–14].

Ezenkívül a reaktív oxigénfajták (ROS) túltermelése ischaemiát/reperfúziót (I/R) követően számos olyan enzim deregulációjával indukálható, amelyek képesek redukálni a molekuláris oxigént képező szuperoxidot és/vagy hidrogén-peroxidot, mint például a NADPH-oxidáz, a nitrogén-monoxid-szintáz (NOS). ), a mitokondriális elektrontranszport lánc és a xantin-oxidoreduktáz (XOR).

Az XOR egy összetett molibdoflavoenzim, amely szabályozza a purin katabolizmus sebességkorlátozó lépését, és két, egymásra konvertálható formában létezik, a xantin-dehidrogenáz (XDH) és a xantin-oxidáz (XO) formájában. Az XDH előnyösen a NAD+-t használja elektronakceptorként, míg az XO az O2-t használja terminális elektronakceptorként, ezáltal képes ROS-t generálni [15]. Ez az enzim a hipoxantint xantint termelő szuperoxiddá (O2-) és hidrogén-peroxiddá (H2O2) alakítja, amelyek fontos szerepet játszanak a szövetkárosodást előidéző ​​leukociták toborzásában és/vagy aktiválásában [16].

Ezenkívül a NADPH-oxidázok, szuperoxidot vagy H2O2-t generáló multimer komplexek, amelyek hét családtagból állnak (NOX1–5, DUOX1–2) [17], részt vesznek az I/R utáni ROS termelésben. A NOX enzimek oxigént használnak végső elektronakceptorként NADPH, FAD és hem csoportokon keresztül. A DUOX enzimek túlnyomórészt hidrogén-peroxidot termelnek a NOX-4 mellett, míg a többi NOX izoenzim nagyrészt szuperoxidot termel. A NOX-ok konstitutívan inaktívak, és sejtstimulációt igényelnek, hogy a membránba transzlokálódjanak és ROS-t termeljenek [16]. Az I/R-ben ezt az enzimatikus komplexet számos kémiai mediátor aktiválhatja, amelyeket a sejtek termelnek és bocsátanak ki, mint például a hipoxiát gátló faktor -1 (HIF-1 ) [18], foszfolipáz A2 [19], arachidonsav [20], komplementrendszer [21], citokinek, például TNF- és IL-1 makrofágokból és hízósejtekből [22].

A ROS másik forrása a nem csatolt NOS, amely nitrogén-oxidot (NO) termel az L-arginin L-citrullinná történő átalakulásával, NADPH-t redukáló szubsztrátként és tetrahidrobiopterint (BH4) redox-érzékeny kofaktorként használva. Ez az enzim hipoxiás körülmények között a BH4 csökkent koncentrációja miatt O2-termelő enzimmé alakulhat, ami növeli az oxidatív károsodást [23].

Ezen túlmenően a mitokondriumok, a sejt működéséhez szükséges kémiai energia nagy részét előállító organellumok hozzájárulnak a ROS-termeléshez az O2 egyértékű redukciója révén, főként az I-komplexen és a -ketoglutarát-dehidrogenázon lévő elektronok szivárgásával [24].

Ischaemia során a mitokondriális szerkezet megváltozása, a magas NADH/NAD+ arány, valamint a citromsavciklus metabolitjának szukcinátjának felhalmozódása fokozza ezt a folyamatot [25,26].

Az oxidatív stressz tehát kulcsszerepet játszik az I/R utáni szervkárosodásban azáltal, hogy aktiválja a ferroptózist, a vas által vezérelt sejthalált, amelyet vasfelhalmozódás, túlzott ROS és lipidperoxidációs termékek jellemeznek, valamint a mitofagiát, a sérült mitokondriumok autofágia általi szelektív lebomlását.

2. Ferroptosis: szerepe a vese allograft I/R sérülésében

A ferroptózis a szabályozott sejthalál egyik formája, amelyet a vas felhalmozódása, a lipidperoxidáció és az ezt követő plazmamembrán-szakadás okoz [27]. Jellemzői elsősorban: kromatinkondenzációt nem mutató sejtmag, csökkent térfogatú és cristae-s mitokondriumok, jelentős sejtmegnagyobbodás és plazmamembrán szakadás [28,29].

A renális I/R összefüggésében a vas felhalmozódása a Fenton-reakció révén nagy mennyiségű ROS-t generálhat (amelyet az egyidejű mitokondriális diszfunkció és a NOX-család aktivitása is megnövel), ami súlyosan fokozhatja az intracelluláris oxidatív stresszt és a lipidperoxidációt. (1.ábra)

1. ábra. A ferroptózis és a mitofág mechanizmusának sematikus ábrázolása vese ischaemia/reperfúziós (I/R) károsodásban. Az I/R során számos út járul hozzá a ferroptózishoz: (i) a ROS túltermelése a NADPH-oxidáz (NOX), a nitrogén-monoxid-szintáz (NOS), a xantin-oxidoreduktáz (XOR) és a mitokondriumok által elősegíti a lipidperoxidációt és a plazmamembrán felszakadását; (ii) a glutation (GSH) tartalom csökkenése gátolja a glutation-peroxidáz 4 (GPX4) aktivitását és annak membrán lipidperoxidációval szembeni védő hatását; (iii) Az I/R indirekt módon ferritinofágiát indukálhat, ami az intracelluláris ferritin lebomlását és az intracelluláris labilis vaskészlet növekedését okozza. A mitofág az I/R-ben mind az ubiquitin-függő, mind az ubiquitin-független mechanizmusokon keresztül aktiválódik, és úgy tűnik, hogy védő szerepet játszik az I/R károsodásban azáltal, hogy csökkenti a reaktív oxigénfajták felszabadulását a diszfunkcionális mitokondriumokból. Fiziológiás körülmények között a PINK1 a mitokondriumokba kerül, ahol az intramembrán szerin proteáz, presenilinhez kapcsolódó romboidszerű (PARL) hasítja, és végül lebomlik. Amikor a mitokondriumok károsodnak, és elveszítik membránpotenciáljukat, a PINK1 felhalmozódik a mitokondriális külső membránon (MOM), és Parkint toboroz. A Parkin számos mitokondriális szubsztrátot ubiquitinál, mint például a feszültségfüggő anion-szelektív csatorna fehérjét (VDAC) és a dinaminszerű fehérjét (DRP1). Ezek az ubiquitinált fehérjék mitofág receptorokat toborozhatnak (például optineurin, p62), amelyek az LC3-mal való kölcsönhatás révén a mitokondriumokat az au tofagoszómákkal kapcsolják össze. Ez az organellum lebomlásához szükséges autofág bekebelezését okozza. Az ubiquitin-független mechanizmust a MOM-on lokalizált mitofág receptorok szabályozzák, mint például a BCL2-vel kölcsönhatásba lépő fehérje 3 (BNIP3), a BNIP3-szerű (BNIP3L/NIX) és az 1-et tartalmazó FUN14 domén (FUNDC1). Ezek a fehérjék áthidalják a mitokondriumokat az autofagoszómákkal az LC3-mal való közvetlen kölcsönhatás révén.

Két út válthatja ki a ferroptózist: az extrinsic és az intrinsic útvonal [27]. Az extrinsic útvonalat a membrán cisztin/glutamát cserélőjének, nevezetesen az XC rendszernek a gátlása indítja be, amely közvetíti a cisztin bejutását a sejtekbe, amelyet a glutation (GSH) szintézisére használnak [30], amely a glutation (GSH) szintézise. glutation-peroxidáz 4 (GPX4) a lipid-peroxidok eltávolítására a sejtmembránokban. Ezért az XC-rendszer gátlása közvetve csökkenti a GPX4 aktivitását, ami halálos lipid-peroxidok felhalmozódását és ferroptózis indukálását eredményezi. Számos ágens, például az elasztin, a szulfaszalazin és a szorafenib az XC rendszer blokkolásával képes ferroptózist kiváltani ezen a mechanizmuson keresztül.

Az intrinsic útvonalat főként gyógyszerek vagy kis molekulájú inhibitorok indukálják, mint például az RSL3, ML162, ML210, FIN56 és FINO2, amelyek közvetlenül vagy közvetve gátolhatják a GPX4 aktivitást [31]. Ezenkívül a vasfelvételt, -raktározást és -hasznosítást szabályozó molekulák (például a ferritin, a transzferrin és a laktotranszferrin) befolyásolhatják a ferroptózist azáltal, hogy növelik a labilis vas (a Fenton-reakcióhoz viszonylag hozzáférhető szabad vasforrás) szintjét a sejtben [32]. ]. A transzferrin és a laktotranszferrin a vasszállításért felelős fehérjék, amelyek receptoraikhoz kötődve közvetítik a vas citoplazmába történő bejutását. A ferritin az intracelluláris vastároló fehérje, amely a lizoszómák által lebontható a ferritinofágiának nevezett folyamat során, és növeli a szabad vas szintjét, ezáltal elősegíti a ferroptózist [33] (1. ábra).

Az egymással ellentétes enzimes és nem enzimatikus rendszerek (CoQ10, E-vitamin, ferrosztatinok és liproxsztatinok) a membránjavító rendszerekkel együtt megakadályozzák a lipidperoxidációt és védik a sejteket a ferroptózistól [34–37].

A legújabb tanulmányok arról számoltak be, hogy a ferroptózis szerepet játszhat az I/R sérüléssel összefüggő patofiziológiai folyamatban [29,38].

Su és mtsai. [39] kimutatták, hogy a pannexin 1, az ATP-felszabadulás szabályozásában szerepet játszó membráncsatorna, mint DAMP-molekula, amely képes aktiválni az apoptózist vagy az autofágia jelátvitelt oxidatív körülmények között [40,41], aktiválhatja a ferroptózist a vese I/R sérülésének egérmodelljében. 39]. A panx1 gén kiütése az I/R-nek alávetett egerekben a szérum kreatininszint alacsonyabb növekedésével és a tubuláris sejthalál csökkenésével, valamint a lipid-peroxidáció csökkenésével jár a vad típusú egerekhez képest. Úgy tűnt, hogy ezt a védőhatást a MAPK/ERK útvonal inaktiválása és az antioxidáns gén hem oxigenáz-1 (HO-1) fokozódása közvetíti.

A ferroptózis elleni védőhatást a mitokondriumok intermembrán terében lokalizált szulfhidril-oxidáz enzim, az Augmenter of Liver Regeneration (ALR) aktivitása is kifejtheti. Ez az enzim részt vesz a "diszulfid relay rendszerben", amely közvetíti a fehérjék bejutását a membránok közötti térbe [42], és anti-apoptotikus és antioxidatív tulajdonságokkal rendelkezik. Az ALR expressziója szignifikánsan megnövekedett ischaemiás patkányokban és rekombináns humán ALR beadása a vesetubuláris sejtek proliferációjának fokozásával és a tubulussejtek apoptózisának gyengítésével, hatékonyan csökkentve a tubuláris sérülést és javítva a vesefunkció károsodását [43,44].

Az ALR ferroptózisban betöltött védő szerepét a GSH-GPX4 rendszerrel való kölcsönhatása révén csökkenti a ROS szint [45] és a sérült mitokondriumok kiürülésének elősegítése (ezt a mechanizmust mitofagiának hívják) [46].

Ezért az ALR aktiválása egy lehetséges jövőbeli prevenciós terápiás stratégia lehet az I/R által kiváltott allograft sérülés esetén.

3. Mitofág: Egy másik játékos a vese allograft I/R sérülésében

A sérült vagy diszfunkcionális mitokondriumok nagy mennyiségű ROS termelésével és pro-apoptotikus faktorok felszabadításával károsítják a sejtet. Így ezeknek az organellumoknak az időben történő eltávolítása kritikus a sejtek homeosztázisához és életképességéhez [47].

A mitofág a sérült mitokondriumok autofágián keresztül történő szelektív lebomlásának mechanizmusa [48], amelyet ubiquitin-függő és ubiquitin-független útvonal hajt végre. Az előbbit a PTEN-indukálta feltételezett kináz 1 (PINK1)-Parkin útvonal szabályozza. A PINK1 egy mitokondriális szerin/treonin kináz, a Parkin pedig egy citoszolikus ubiquitin E3 ligáz. Fiziológiás körülmények között a PINK1 a mitokondriumokba importálódik, ahol az intramembrán szerin proteáz, presenilinhez kapcsolódó romboidszerű (PARL) hasítja, és végül lebomlik [49]. Amikor a mitokondriumok károsodnak, és elveszítik membránpotenciáljukat, a PINK1 behozatala akadályozva van, ami ennek a kináznak a felhalmozódásához vezet a mitokondriális külső membránon (MOM). Ezt követően a PINK1 felveszi a Parkint, és aktiválja a ligáz aktivitását [50]. A Parkin számos mitokondriális szubsztrátot ubiquitinál, például a Mitofusin 2-t (Mfn2), a feszültségfüggő anion-szelektív csatorna fehérjét (VDAC) és a dinaminszerű fehérjét (DRP1). Ezek az ubiquitinált fehérjék mitofág receptorokat toborozhatnak (például optineurin, p62, NBR1), amelyek a mitokondriumokat autofagoszómákkal kapcsolják össze az LC3-mal való kölcsönhatás révén. Ez az organellum lebomlásához szükséges autofág bekebelezését okozza [49,51].

Az ubiquitin-független mechanizmust a MOM-on lokalizálódó mitofág receptorok szabályozzák, mint például a BCL2-vel kölcsönhatásba lépő fehérje 3 (BNIP3), a BNIP3-szerű (BNIP3L/NIX) és az 1-et tartalmazó FUN14 domén (FUNDC1) [52,53] . Ezek a fehérjék áthidalják a mitokondriumokat az autofagoszómákhoz az LC3-mal való közvetlen kölcsönhatás révén [54] (1. ábra).

A mitofagiát olyan fehérjék is szabályozzák, amelyek részt vesznek ezen organellumok fúziós és hasadási mechanizmusában. A fúzió eredményeképpen egyetlen mitokondrium képződik korábban független struktúrákból [55], hálózatokat hozva létre folytonos membránokkal és mátrix lumennel [56]. A hasadás során egy vagy több leányszervecskék keletkeznek, és csökkent mitokondriális membránpotenciál esetén ezt az organellumát elkülönítik, hogy autofágiával eliminálják [56].

Úgy tűnik, hogy a hasadás/fúzió és a mitofág koordinációját a FUNDC1 közvetíti. Fiziológiás körülmények között ez a receptor a dinaminhoz kapcsolódó GTPázok optikai atrófiáját 1 (OPA1) rögzíti a MOM belső felülete felé. A mitokondriális stressz hatására a FUNDC1–OPA1 komplex szétszerelése és a Drp1 felvétele elősegíti a mitokondriális hasadást és a mitofagiát [57].

Ez az összetett és lenyűgöző multifaktoriális autofág mechanizmus védő szerepet játszhat az I/R sérülésen átesett allograftokban. A BNIP3 vagy Pink1 és/vagy Parkin hiánya a vese I/R sérülésének patkánymodelljében a ROS termelés növekedését, az apoptózist és a tubulointerstitialis gyulladást eredményezte [58–61]. Ugyanezt a hatást érte el a mitofág kaszkád elnyomása a hasadást (pl. Drp1) vagy a fúziót (pl. OPA1) szabályozó fehérjékre hatva [62,63]. A mitofagiának az I/R-sérülésen átesett vesére gyakorolt ​​védőhatásait ischaemiás előkondicionálás [64] után figyelték meg, amely egy rövid, nem halálos ischaemia-reperfúziós időszak, amely megvédi a szilárd szervet a későbbi kiterjedt I/R sérüléstől [65]. A mitofagiának a PINK1-Parkin-útvonalon keresztül történő fokozása javította a mitokondriális működést, minimálisra csökkentette a ROS-termelést és megnövelte a sejtek túlélését [64]. Mindezek az eredmények arra utalnak, hogy a mitokondrium minőségét és a tubuláris sejtek túlélését megőrző mitofágia értékes védőmechanizmust jelenthet az I/R sérülésekkel szemben, amelyet farmakológiai beavatkozásokkal kell előmozdítani.

Wecistanche támogató szolgáltatása – Kína legnagyobb cisztanche exportőre:

E-mail:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel.:+86 15292862950

Vásároljon további specifikációkért:

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

SZEREZZE MEG TERMÉSZETES SZERVES CISTANCHE KIVONATOT 25% ECHINACOSID ÉS 9% AKTEOZID tartalommal a vesére