Oksidativni stres in ishemija/reperfuzijska poškodba pri presaditvi ledvice: poudarek na feroptozi, mitofagiji in novih antioksidantih

Povzetek:Čeprav je prišlo do tehničnega in farmakološkega napredka vzdravilo za presaditev ledvic, se lahko pojavijo pri nekaterih bolnikihakutni zapleti po presaditvi. Med mehanizmi, ki sodelujejo pri teh stanjih,ishemija/reperfuzija (I/R)poškodbaima lahko primarno patofiziološko vlogo, saj je eden glavnih vzrokov za zapoznelo delovanje presadka (DGF), počasno okrevanje delovanja ledvic s potrebo po dializi (običajno v prvem tednu po presaditvi). DGF ima pomemben družbeni in ekonomski vpliv, saj je povezan s podaljšano hospitalizacijo in razvojem hudih zapletov (vključno z akutno zavrnitvijo). Med poškodbo I/R ima oksidativni stres pomembno vlogo pri aktiviranju več poti, vključno zferoptoza, celično smrt zaradi železa, za katero je značilno kopičenje železa in čezmerna peroksidacija lipidov, in mitofagija, selektivna razgradnja poškodovanih mitohondrijev z avtofagijo. Ferroptoza lahko prispeva k poškodbi ledvic, medtem ko ima lahko mitofagija zaščitno vlogo z zmanjšanjem sproščanja reaktivnih kisikovih vrst iz disfunkcionalnih mitohondrijev. Globoko razumevanje obeh poti lahko ponudi možnost prepoznavanja novih zgodnjih diagnostičnih neinvazivnih biomarkerjev DGF in uvedbo novih klinično uporabnih farmakoloških strategij. V tem pregledu povzemamo vse relevantno znanje na tem področju in razpravljamo o trenutnih antioksidativnih farmakoloških strategijah, ki bi lahko v prihodnosti predstavljale potencialno zdravljenje poškodb I/R.

Ključne besede: ishemija/reperfuzijska poškodba;oksidativni stres; feroptoza;mitofagija;presaditev ledvice

KLIKNITE TUKAJ ZA DOBITEV ZELIŠČNE CISTANCHE ZA LEVGICE

1. Uvod

Presaditev ledvicepredstavlja stroškovno najučinkovitejši način nadomestnega ledvičnega zdravljenja za bolnike z ireverzibilno kronično odpovedjo ledvic (končna ledvična odpoved, 5. stopnja kronične ledvične bolezni) [1]. Kljub nenehnemu tehničnemu in farmacevtskemu napredku v transplantacijski medicini pa se pri nekaterih bolnikih pojavijo zgodnji akutni zapleti po presaditvi in ​​se ledvična funkcija počasi okreva s potrebo po dializi (običajno v prvem tednu po presaditvi). To klinično stanje, in sicer zapoznela funkcija presadka (DGF), ima pomemben socialni in ekonomski vpliv, saj je povezano s podaljšano hospitalizacijo [2], polifarmakološkimi pristopi (zlasti ob prisotnosti sočasne akutne zavrnitve alogenskega presadka) [3] in krajše preživetje presadka [4]

Tveganje za DGF je večje v določenem organuprogrami presaditev z uporabo ledvicod darovalcev brez srčnega utripa, starejših, multimorbidnih (npr. sladkorna bolezen, hipertenzija), prejemnikov s predhodno odpovedjo alogenskega presadka in/ali vseh preobčutljivih ter organov, poškodovanih zaradi akutne poškodbe ledvic in podaljšanega časa hladne ishemije [5,6]

Zlasti med ishemijo lahko znatno zmanjšanje oskrbe s kisikom in posledično celično preklop iz aerobnega v anaerobni metabolizem zmanjša stopnjo proizvodnje ATP [7] in povzroči kopičenje laktata (kar vodi do acidoze). Posledično lahko Na+/K+ ATPaze, Na+/H+ in Ca2+-ATPazne črpalke postanejo disfunkcionalne, natrij, vodik in kalcij pa se kopičijo v citoplazmi s posledično hiperosmolalnostjo, povečanim transportom vode skozi celične membrane in celično otekanje [8].

Med reperfuzijo lahko pride do hitrega povečanja kisika in normalizacije pHpovečati citosolni kalcijkoncentracija, ki aktivira cisteinske proteaze (npr. kalpaine, kaspaze) in sproži apoptotično pot. Poleg tega preobremenitev s kalcijem spodbuja odpiranje prehodnih por mitohondrijske prepustnosti (mPTP), ki omogočajo sproščanje snovi, kot so citokrom C, sukcinat in mitohondrijska DNK, ki lahko povzročijo celično smrt prek apoptoze in nekroze ter delujejo kot molekularni vzorci, povezani z nevarnostjo/poškodbo. (DAMP), ki spodbuja aktivacijo tako prirojene kot adaptivne imunosti [9–11]. Poleg tega lahko ti mehanizmi povzročijo progresivno intersticijsko fibrozo [12–14].

Poleg tega lahko prekomerno proizvodnjo reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS) po ishemiji/reperfuziji (I/R) povzroči deregulacija številnih encimov, ki lahko zmanjšajo molekularni kisik, ki tvori superoksid in/ali vodikov peroksid, kot sta NADPH oksidaza, sintaza dušikovega oksida (NOS). ), mitohondrijsko transportno verigo elektronov in ksantin oksidoreduktazo (XOR).

XOR je kompleksen molibdoflavoencim, ki nadzoruje stopnjo omejevanja hitrosti purinskega katabolizma in obstaja v dveh medsebojno konvertibilnih oblikah, ksantin dehidrogenazi (XDH) in ksantin oksidazi (XO). XDH prednostno uporablja NAD+ kot akceptor elektronov, medtem ko XO uporablja O2 kot terminalni akceptor elektronov, s čimer kaže sposobnost generiranja ROS [15]. Ta encim pretvori hipoksantin v superoksid (O2-) in vodikov peroksid (H2O2), ki tvorita ksantin, ki imata pomembno vlogo pri posredovanju pridobivanja in/ali aktiviranja levkocitov, ki orkestrirajo poškodbo tkiva [16].

Poleg tega so NADPH oksidaze, multimerni kompleksi, ki ustvarjajo superoksid ali H2O2, sestavljeni iz sedmih družinskih članov (NOX1–5, DUOX1–2) [17], vpleteni v proizvodnjo ROS po I/R. Encimi NOX uporabljajo kisik kot končne akceptorje elektronov preko skupin NADPH, FAD in hema. Encimi DUOX pretežno proizvajajo vodikov peroksid skupaj z NOX-4, medtem ko preostali izoencimi NOX večinoma proizvajajo superoksid. NOX so konstitutivno neaktivni in zahtevajo celično stimulacijo, da se prenesejo na membrano in ustvarijo ROS [16]. V I/R se lahko ta encimski kompleks aktivira z več kemičnimi mediatorji, ki jih proizvajajo in sproščajo celice, kot so faktor zaviranja hipoksije -1 (HIF-1 ) [18], fosfolipaza A2 [19], arahidonska kislina [20], sistem komplementa [21], citokini, kot sta TNF- in IL-1 iz makrofagov in mastocitov [22].

Drug vir ROS je nevezani NOS, ki proizvaja dušikov oksid (NO) s pretvorbo L-arginina v L-citrulin z uporabo NADPH kot redukcijskega substrata in tetrahidrobiopterina (BH4) kot redoks občutljivega kofaktorja. Ta encim se lahko v hipoksičnih pogojih zaradi zmanjšane koncentracije BH4 pretvori v encim, ki ustvarja O2-, kar poveča oksidativno škodo [23].

Poleg tega mitohondriji, organeli, ki ustvarjajo večino kemične energije, potrebne za napajanje celice, prispevajo k proizvodnji ROS z enovalentno redukcijo O2 predvsem z uhajanjem elektronov pri kompleksu I in -ketoglutarat dehidrogenaze [24].

Med ishemijo sprememba mitohondrijske strukture, visoko razmerje NADH/NAD+ in kopičenje presnovka sukcinata cikla citronske kisline poslabšajo ta proces [25, 26].

Oksidativni stres ima torej ključno vlogo pri poškodbah organov po I/R z aktiviranjem feroptoze, celične smrti, ki jo poganja železo, za katero so značilni kopičenje železa, čezmerna ROS in produkti peroksidacije lipidov ter mitofagija, selektivno razgradnjo poškodovanih mitohondrijev z avtofagijo

2. Ferroptoza: Vloga pri I/R poškodbi ledvičnega alotransplantata

Ferroptoza je oblika regulirane celične smrti, ki jo poganjajo kopičenje železa, peroksidacija lipidov in poznejša ruptura plazemske membrane [27]. Zanj so značilni predvsem: jedro brez kondenzacije kromatina, mitohondriji z zmanjšanim volumnom in kristami, znatno povečanje celic in ruptura plazemske membrane [28,29].

V okviru ledvičnega I/R lahko kopičenje železa prek Fentonove reakcije povzroči veliko količino ROS (tudi povečano zaradi sočasne mitohondrijske disfunkcije in aktivnosti družine NOX), ki lahko močno poveča znotrajcelični oksidativni stres in peroksidacijo lipidov. (slika 1)

Slika 1. Shematski prikaz mehanizmov feroptoze in mitofagije pri poškodbi ledvične ishemije/reperfuzije (I/R). Med I/R več poti prispeva k feroptozi: (i) čezmerna proizvodnja ROS z NADPH oksidazo (NOX), sintazo dušikovega oksida (NOS), ksantin oksidoreduktazo (XOR) in mitohondriji spodbuja peroksidacijo lipidov in raztrganje plazemske membrane; (ii) zmanjšanje vsebnosti glutationa (GSH) zavira aktivnost glutation peroksidaze 4 (GPX4) in njeno zaščitno delovanje proti peroksidaciji membranskih lipidov; (iii) I/R lahko posredno inducira feritinofagijo, ki povzroči razgradnjo znotrajceličnega feritina in povečanje znotrajceličnega labilnega bazena železa. Mitofagija se v I/R aktivira prek mehanizmov, odvisnih od ubikvitina in neodvisnih od ubikvitina, in zdi se, da ima zaščitno vlogo pri poškodbi I/R z zmanjšanjem sproščanja reaktivnih kisikovih vrst iz disfunkcionalnih mitohondrijev. V fizioloških pogojih se PINK1 uvozi v mitohondrije, kjer ga razcepi intramembranska serinska proteaza presenilin-podobna romboidu (PARL) in na koncu razgradi. Ko so mitohondriji poškodovani in izgubijo svoj membranski potencial, se PINK1 kopiči na zunanji mitohondrijski membrani (MOM) in rekrutira Parkin. Parkin ubikvitinira več mitohondrijskih substratov, kot sta napetostno odvisni anionsko selektivni kanalski protein (VDAC) in dinaminu -1-podoben protein (DRP1). Ti vseprisotni proteini lahko rekrutirajo mitofagne receptorje (kot je optineurin, p62), ki povezujejo mitohondrije z avtofagosomi prek interakcije z LC3. To povzroči avtofagično zajetje organele, potrebno za njeno razgradnjo. Mehanizem, neodvisen od ubikvitina, uravnavajo receptorji za mitofagijo, ki se lokalizirajo na MOM, kot je BCL2 interakcijski protein 3 (BNIP3), BNIP3-podoben (BNIP3L/NIX) in domena FUN14, ki vsebuje 1 (FUNDC1). Ti proteini povezujejo mitohondrije z avtofagosomi z neposredno interakcijo z LC3.

Dve poti lahko sprožita feroptozo: zunanja in intrinzična pot [27]. Zunanja pot se sproži z inhibicijo cistin/glutamatnega izmenjevalca membrane, namreč sistema XC, ki posreduje vstop cistina v celice, ki se uporablja za sintezo glutationa (GSH) [30], kofaktorja, ki ga uporablja glutation peroksidazo 4 (GPX4) za odstranjevanje lipidnih peroksidov v celičnih membranah. Zato inhibicija sistema XC posredno zmanjša aktivnost GPX4 s posledičnim kopičenjem smrtonosnih lipidnih peroksidov in indukcijo feroptoze. Več učinkovin, kot so elastin, sulfasalazin in sorafenib, lahko z blokiranjem sistema XC s tem mehanizmom izzovejo feroptozo.

Intrinzično pot v glavnem inducirajo zdravila ali zaviralci majhnih molekul, kot so RSL3, ML162, ML210, FIN56 in FINO2, ki lahko neposredno ali posredno zavirajo aktivnost GPX4 [31]. Poleg tega lahko molekule, ki uravnavajo privzem, shranjevanje in uporabo železa (kot so feritin, transferin in laktotransferin), vplivajo na feroptozo s povečanjem ravni labilnega železa (vir prostega železa, ki je bil relativno dostopen za Fentonovo reakcijo) v celici [32]. ]. Transferin in laktotransferin sta proteina, odgovorna za transport železa, ki z vezavo na svoje receptorje posredujeta uvoz Fe v citoplazmo. Feritin je znotrajcelični protein za shranjevanje železa, ki ga lahko lizosomi razgradijo v procesu, imenovanem feritinofagija, in poveča ravni prostega železa ter tako spodbuja feroptozo [33] (slika 1).

Nasprotno pa encimski in neencimski sistemi (CoQ10, vitamin E, ferostatini in liproksstatini) skupaj s sistemi za popravilo membran preprečujejo peroksidacijo lipidov in ščitijo celice pred feroptozo [34–37].

Nedavne študije so poročale, da je feroptoza lahko vključena v patofiziološko pot, povezano z I/R poškodbo [29,38].

Su et al. [39] je dokazal, da pannexin 1, membranski kanal, ki sodeluje pri uravnavanju sproščanja ATP kot molekula DAMP, ki je sposobna aktivirati signalizacijo apoptoze ali avtofagije v oksidativnih pogojih [40,41], lahko aktivira feroptozo v mišjem modelu ledvične poškodbe I/R [39]. 39]. Izločitev gena panx1 pri miših, ki so bile podvržene I/R, je povezana z nižjim povečanjem serumskega kreatinina in zmanjšano smrtjo tubularnih celic skupaj z zmanjšano peroksidacijo lipidov v primerjavi z mišmi divjega tipa. Zdi se, da ta zaščitni učinek posredujeta inaktivacija poti MAPK/ERK in povečana regulacija antioksidativnega gena heme oksigenaze-1 (HO-1).

Zaščitni učinki proti feroptozi se lahko izvajajo tudi z aktivnostjo pospeševalca regeneracije jeter (ALR), encima sulfhidril oksidaze, ki je lokaliziran v intermembranskem prostoru mitohondrijev. Ta encim sodeluje v "disulfidnem relejnem sistemu", ki posreduje pri uvozu beljakovin v medmembranski prostor [42] in ima anti-apoptotične in antioksidativne lastnosti. Ekspresija ALR se je znatno povečala pri ishemičnih podganah in dajanju rekombinantne humane ALR s povečanjem proliferacije ledvičnih tubularnih celic in oslabitvijo apoptoze tubularnih celic, kar je učinkovito zmanjšalo tubulno poškodbo in izboljšalo okvaro ledvične funkcije [43,44].

Zaščitno vlogo ALR pri feroptozi lahko posreduje tudi zmanjšanje ravni ROS prek njegove interakcije s sistemom GSH-GPX4 [45] in s spodbujanjem očistka poškodovanih mitohondrijev (mehanizem, imenovan mitofagija) [46].

Zato lahko aktivacija ALR predstavlja možno prihodnjo preventivno terapevtsko strategijo za I/R-inducirano poškodbo alografta.

3. Mitofagija: še en igralec pri I/R poškodbi ledvičnega alotransplantata

Poškodovani ali disfunkcionalni mitohondriji škodijo celici s proizvodnjo velike količine ROS in sproščanjem proapoptotičnih faktorjev. Zato je pravočasna odstranitev teh organelov ključnega pomena za celično homeostazo in sposobnost preživetja [47].

Mitofagija je mehanizem selektivne razgradnje poškodovanih mitohondrijev preko avtofagije [48], ki se izvaja po od ubikvitina odvisni in od ubikvitina neodvisni poti. Prvo uravnava PTEN-inducirana domnevna pot kinaze 1 (PINK1)-Parkin. PINK1 je mitohondrijska serin/treonin kinaza, Parkin pa citosolna ubikvitin E3 ligaza. V fizioloških pogojih se PINK1 uvozi v mitohondrije, kjer ga razcepi intramembranska serinska proteaza presenilin, povezana s romboidom (PARL) in na koncu razgradi [49]. Ko so mitohondriji poškodovani in izgubijo svoj membranski potencial, je uvoz PINK1 oviran, kar povzroči kopičenje te kinaze na mitohondrijski zunanji membrani (MOM). Nato PINK1 rekrutira Parkin in aktivira njegovo aktivnost ligaze [50]. Parkin ubikvitinira več mitohondrijskih substratov, kot je mitofusin 2 (Mfn2), napetostno odvisni anionsko selektivni kanalski protein (VDAC) in dinaminu-1-podoben protein (DRP1). Ti vseprisotni proteini lahko rekrutirajo mitofagne receptorje (kot so optineurin, p62, NBR1), ki povezujejo mitohondrije z avtofagosomi prek interakcije z LC3. To povzroči avtofagično zajetje organele, potrebno za njeno razgradnjo [49, 51].

Mehanizem, neodvisen od ubikvitina, uravnavajo receptorji za mitofagijo, ki se lokalizirajo na MOM, kot je BCL2 interakcijski protein 3 (BNIP3), BNIP3-podoben (BNIP3L/NIX) in domena FUN14, ki vsebuje 1 (FUNDC1) [52,53] . Ti proteini povezujejo mitohondrije z avtofagosomi z neposredno interakcijo z LC3 [54] (slika 1).

Mitofagijo uravnavajo tudi proteini, ki sodelujejo v mehanizmih fuzije in cepitve teh organelov. Posledica fuzije je en sam mitohondrij, ki se oblikuje iz prej neodvisnih struktur [55], kar ustvarja mreže z neprekinjenimi membranami in matričnim lumnom [56]. Cepitev proizvede enega ali več hčerinskih organelov in v primeru zmanjšanega potenciala mitohondrijske membrane te organele loči za izločanje z avtofagijo [56].

Zdi se, da koordinacijo fisije/fuzije in mitofagije posreduje FUNDC1. V fizioloških pogojih ta receptor zasidra z dinaminom povezano optično atrofijo 1 (OPA1) GTPase proti notranji površini MOM. Kot odziv na mitohondrijski stres razstavljanje kompleksa FUNDC1–OPA1 in rekrutiranje Drp1 spodbujata mitohondrijsko fisijo in mitofagijo [57].

Ta kompleksen in fascinanten večfaktorski avtofagični mehanizem lahko igra zaščitno vlogo pri alograftih, ki so podvrženi I/R poškodbi. Pomanjkanje BNIP3 ali Pink1 in/ali Parkina pri podganjih modelih poškodbe I/R ledvic je povzročilo povečanje proizvodnje ROS, apoptozo in tubulointersticijsko vnetje [58–61]. Enaki učinki so bili doseženi z zatiranjem mitofagne kaskade z delovanjem na proteine, ki uravnavajo cepitev (npr. Drp1) ali fuzijo (npr. OPA1) [62,63]. Zaščitne učinke mitofagije na ledvice, ki so bile podvržene poškodbi I/R, so opazili po ishemičnem predkondicioniranju [64], kratkem obdobju nesmrtonosne ishemije-reperfuzije, ki ščiti soliden organ pred kasnejšo podaljšano poškodbo I/R [65]. Povečana regulacija mitofagije preko PINK1-Parkinove poti je izboljšala delovanje mitohondrijev, zmanjšala proizvodnjo ROS in povečala preživetje celic [64]. Vse te ugotovitve kažejo, da bi lahko mitofagija, ki ohranja kakovost mitohondrijev in preživetje tubularnih celic, predstavljala dragocen zaščitni mehanizem pred poškodbami I/R, ki bi jih morali spodbujati s farmakološkimi posegi.

Podporna storitev Wecistanche-največjega izvoznika cistanche na Kitajskem:

E-pošta:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/telefon:+86 15292862950

Trgovina za več podrobnosti o specifikacijah:

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

PRIDOBITE NARAVNI ORGANSKI IZVLEČEK CISTANCHE S 25 % EHINAKOZIDA IN 9 % AKTEOZIDA ZA LEVČICE