PGC-1 zavira vnetje NLRP3 z ohranjanjem viabilnosti mitohondrijev za zaščito fibroze ledvic Ⅱ

DISKUSIJA

Ta študija je pokazala, da je PGC-1 ublažil poškodbe mitohondrijev in ravni oksidativnega stresa, obnovil celovitost mitohondrijev in TNFAIP3 ter oslabil aktivacijo vnetne poti NLRP3 v RTEC-jih, zdravljenih s TGF- -, in živalskih modelihpoškodba ledvic. Te izboljšave so hkrati povzročilezmanjšana poškodba celic in fibroza. Shematska slika, ki prikazuje potencialni mehanizem regulacije vnetja NLRP3 s PGC-1, je predstavljena na dodatni sliki 11. Ugotovitve te študije razkrivajo vlogo PGC-1 pri regulaciji vnetja NLRP3 signaliziranje prek moduliranja viabilnosti in dinamike mitohondrijev ter nakazujejo tudi možnoterapevtski potencial PGC-1 za poškodbo ledvic.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

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

Inflammasom NLRP3 je bil vpleten vpatogeneza celične poškodbe, vnetje, in fibrozo vrazlične poškodbe ledvicmodeli [15–19, 27–29]. V skladu s prejšnjimi študijami smo pokazali, da so se stopnje izražanja vnetnih poti NLRP3, vključno z NLRP3, ASC, IL-1 in IL-18, povečale skupaj s povišanimi stopnjami izražanja markerjev celične poškodbe v TGF{{ 8}}zdravljeni RTEC in živalski modeli z adeninsko dieto in UUO. Predlaga se, da več molekularnih vzorcev, povezanih s poškodbami (DAMP), sproščenih med poškodbo ledvičnih tubularnih celic, aktivira vnetje NLRP3 [27, 30–37]. Zlasti intrinzične celice ledvic izražajo komponente vnetne poti NLRP3 [38] in aktivacija tega signaliziranja lahko prispeva k poškodbi ledvic [15, 29]. Vendar pa ni gotovo, kako se NLRP3 aktivira v teh celicah. V tej študiji smo se še posebej osredotočili na regulatorje mitohondrijske biogeneze, ker lahko neregulirani mitohondriji sprožijo aktivacijo vnetne poti NLRP3 [39, 40].

Glede na obilno mitohondrijsko vsebino v ledvicah je bila vse večja pozornost namenjena PGC-1 na področju raziskav bolezni ledvic. V ledvicah je izražanje PGC-1 lokalizirano na skorjo in zunanjo medulo, kar ustreza regijam z visoko aktivnostjo mitohondrijev [41]. Ker so poškodovane mitohondrije očitno opazili pri različnih oblikah poškodb ledvic, je več študij pokazalo ključno zaščitno vlogo PGC-1 proti modelom bolezni ledvic [41–43]. Poleg tega se kopičijo dokazi, da izguba PGC-1 prispeva k razvoju ledvične fibroze in posledične kronične ledvične bolezni [9, 44, 45]. V modelu poškodbe ledvic, ki jo povzroča Notch, je PGC-1 zaščitil tudi poškodbo tubulov in izboljšal fibrozo [9]. Tukaj smo prikazali vlogo PGC-1 pri preprečevanju poškodbe ledvic v luči regulacije vnetne poti NLRP3. Prekomerna ekspresija PGC-1 s plazmidom in metforminom je oslabila TGF- 1-inducirano celično poškodbo kot tudi aktivacijo inflamasoma NLRP3. Ti rezultati so bili skladni z modeli miši, hranjenih z adeninom in UUO. Nasprotno pa je znižana regulacija PGC-1 povečala aktivacijo inflamasoma NLRP3 in celično poškodbo.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

Do danes je malo raziskav preučevalo razmerje med PGC-1 in NLRP3. V študiji Diao et al. [46] je stres endoplazmatskega retikuluma, povzročen s hudo opeklino, v hepatocitih aktiviral inflamasom NLRP3. Zanimivo je, da je bila aktivacija jetrnega inflamasoma NLRP3 vzporedna z inhibicijo PGC-1. Nadalje so preučili zgornje regulatorje PGC-1, kot so katalizator protein kinaze A, AMPK in sirtuin-1, ki so se vsi znatno zmanjšali po opeklinski poškodbi. Predlagali so, da ima lahko pomanjkanje PGC-1 pomembno vlogo pri presnovni motnji in prispeva k aktivaciji vnetne poti NLRP3. Vendar ta študija ni pojasnila, kako je PGC-1 vključen v pot NLRP3.

V tej študiji smo prikazali več mehanizmov, ki jih PGC-1 uravnavaNLRP3 vnetna potv ledvicah. Glede na to, da ima PGC-1 ključno vlogo pri uravnavanju mitohondrijske biogeneze in mitohondrijske dinamike ter da neregulirani mitohondriji sprožijo pot NLRP3, se lahko domneva, da bi lahko PGC-1 uravnaval vnetno pot NLRP3 z modulacijo viabilnosti mitohondrijev. Kot je prikazano v naših poskusih, so bile ravni ekspresije genov, povezanih z mitohondrijsko dinamiko, neregulirane v RTEC, zdravljenih s TGF- 1-. Te spremembe so bile obnovljene s prekomerno ekspresijo PGC-1 in metformina, medtem ko je znižana regulacija PGC-1 poslabšala to disregulacijo. Strukturno izboljšanje TGF- 1-inducirane poškodbe mitohondrijev s PGC-1 so opazili tudi z barvanjem MitoTracker in elektronsko mikroskopijo. Funkcionalni test mitohondrijev je pokazal, da je obnova PGC-1 znatno izboljšala zmanjšan potencial mitohondrijske membrane in zmanjšano stopnjo porabe kisika v RTEC, zdravljenih s TGF- 1-. Končno smo pokazali sproščanje mtDNA v citosol iz mitohondrijske frakcije v RTEC, obdelanih s TGF- 1-. To sproščanje mtDNA je preprečila prekomerna ekspresija Ppargc1a.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

Opozoriti je treba, da je znano, da mtDNA, ki jo poganja mitohondriji, aktivira inflammasom NLRP3 [39, 47]. Te ugotovitve skupaj kažejo, da neregulirana mitohondrijska dinamika prispeva k aktivaciji inflammasoma NLRP3 in posledičnemu ledvičnemu tubulointersticijskemu vnetju in fibrozi. Vendar pa lahko pride do vzajemne interakcije med mitohondrijsko poškodbo in inflamasomom NLRP3. Prejšnja študija Yu et al. dokazali, da je aktivacija inflamasoma NLRP3 povzročila mitohondrijsko poškodbo po več poteh [39]. Podobno smo tudi pokazali, da je utišanje NLRP3 oslabilo aktivacijo signalne poti NLRP3 in privedlo do izboljšav v mitohondrijski dinamiki. Te ugotovitve kažejo na možnost dvosmerne interakcije med NLRP3 in mitohondriji.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

Slika 8 PGC-1 uravnava sproščanje mtDNA, oksidativni stres in TNFAIP3 za uravnavanje inflamasoma NLRP3. Število kopij mtDNA se je zmanjšalo v mitohondrijski frakciji, medtem ko se je povečalo v citosolni frakciji v RTEC-jih, obdelanih s TGF- 1-, kar je bilo obrnjeno s prekomerno ekspresijo Ppargc1a. B Konfokalna mikroskopska analiza z obarvanjem z MitoSOX je pokazala povečano proizvodnjo ROS, ki nastanejo v mitohondrijih, v RTEC, obdelanih s TGF- 1-, ki se je zmanjšala s prekomerno ekspresijo Ppargc1a in metformina. Nasprotno pa je siPGC-1 poslabšal mitohondrijsko proizvodnjo ROS. C Odkrivanje ROS, ki nastanejo v mitohondrijih, v RTEC, obdelanih s TGF- 1-, z analizo FACS. D Merjenje ravni oksidativnega stresa z MDA je pokazalo zmanjšanje ravni oksidativnega stresa v RTEC, zdravljenih s TGF- 1-, s prekomerno ekspresijo Ppargc1a in metformina, ki jih je povečal siPGC-1. E Ravni oksidativnega stresa, izmerjene z MDA, so se zmanjšale pri miših, hranjenih z adeninom, z metforminom. F, G mRNA in ravni ekspresije proteina TNFAIP3 v RTEC, zdravljenih s TGF- 1-, so bile povečane s prekomerno ekspresijo Ppargc1a in metformina, ki ju je zmanjšal siPGC-1. Raven ekspresije H mRNA in proteina TNFAIP3 pri miših, hranjenih z adeninom, se je povečala z metforminom. Opomba: *P < 0.05 proti kontroli; **P < 0,05 v primerjavi z RTEC, zdravljenimi s TGF- -, ali mišmi, hranjenimi z adeninom. PGC-1 peroksisomski proliferator-koaktivator- 1 ; mtDNA mitohondrijska DNA; NLRP3 NOD-podobna družina receptorjev, 3, ki vsebuje domeno pirina; RTEC; epitelna celica ledvičnih tubulov; ROS reaktivne kisikove vrste; MDA malondialdehid; TNFAIP3 faktor tumorske nekroze induciran protein 3; FACS Razvrščanje celic, aktivirano s fluorescenco; Ade adenin; Metformin.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

PGC-1 ima tudi ključno vlogo pri bistvenih presnovnih procesih, kot so oksidacija maščobnih kislin, oksidativna fosforilacija in razstrupljanje ROS [48–50]. Poleg tega je več dražljajev, ki aktivirajo NLRP3-, povezanih s proizvodnjo ROS [32]. Tako lahko uravnavanje ravni oksidativnega stresa s PGC-1 vpliva na NLRP3vnetna aktivacija. Pred kratkim mitohondrijskoproizvodnja ROSopisano je, da sproži aktivacijo inflamasoma NLRP3 med ledvično tubulointersticijsko fibrozo. Zhuang et al. [22] so poročali, da mitohondrijsko disfunkcijo in posledično poškodbo ledvičnih tubulov povzroča oksidativni stres, ki ga povzroča albumin. Poleg tega se je vnetje NLRP3 aktiviralo v ledvicah s preobremenitvijo z albuminom, ki ga je MnTBAP, mitohondrijski čistilec ROS, v celoti odpravil. V skladu s temi ugotovitvami smo pokazali, da je povečan oksidativni stres povezan z aktivacijo vnetne poti NLRP3 med poškodbo ledvic. Ta povečana raven oksidativnega stresa je bila oslabljena s prekomerno ekspresijo Ppargc1a in metformina, medtem ko se je povečala po znižani regulaciji Ppargc1a. Zmanjšanje ravni oksidativnega stresa z metforminom je bilo potrjeno tudi na dveh različnih živalskih modelih. Skupaj lahko povečane ravni oksidativnega stresa, vključno s proizvodnjo mitohondrijskih ROS zaradi pomanjkanja PGC-1, povzročijo aktivacijo vnetja NLRP3 in posledično ledvično tubulointersticijsko vnetje in fibrozo.

Znano je, da TNFAIP3 neposredno regulira PGC-1 in ima vlogo pri inaktivaciji vnetne poti NLRP3 v vnetnih celicah, kot so makrofagi. Kang et al. [51] je pokazalo, da disfunkcionalne telomere povzročajo mitohondrijsko stisko makrofagov, presnovno neravnovesje in hiperaktivacijo inflamasoma NLRP3. Identificirali so os PGC-1 /TNFAIP3 kot mehanizem, ki je odgovoren za homeostatsko vlogo telomera, in motnje v tej osi so privedle do vnetnih Terc−/− makrofagov in hude bakterijske pljučnice pri Terc−/− miših. V tej študiji je TGF- 1 zmanjšal raven transkripta Tnfaip3 v RTEC. PGC-1 je obnovil te spremembe, medtem ko je knock-down Ppargc1a dodatno znižal raven Tnfaip3. Zanimivo je, da smo ugotovili, da oba znižanja Ppargc1a in Drp1 v RTEC, zdravljenih s TGF- 1-, nista zmanjšala aktivnosti vnetja NLRP3, medtem ko so RTEC s prekomerno ekspresijo Ppargc1a in znižanjem Drp1 pokazali manjšo aktivacijo vnetja NLRP3. Te ugotovitve kažejo, da lahko PGC-1 modulira signalizacijo NLRP3 prek drugih poti, kot je TNFAIP3, ki presega mitohondrijsko dinamiko.

Uporabili smo metformin kot posredni aktivator za PGC-1. Farmakološki odmerek metformina lahko aktivira AMPK in poveča sintezo ATP v različnih celicah, vključno z intrinzičnimi celicami ledvic [52–55]. V tej študiji smo uporabili 1 mM metformina na podlagi prejšnjih študij, ki so pokazale, da je ta odmerek metformina zmanjšal fibrozo ledvic, ER stres in aktiviral aktivnost AMPK. V ledvicah miši, hranjenih z adeninom, in RTEC, zdravljenih s TGF- 1, je bila ekspresija p-AMPK zmanjšana. Nasprotno pa je zdravljenje z metforminom obrnilo zmanjšano izražanje p-AMPK. Te spremembe so bile skladne s PGC-1. Z dokazi, da metformin aktivira os AMPK–PGC-1, se pojavljajo klinične študije o koristnih učinkih metformina pri poškodbah ledvic. V posthoc analizi preskušanja za zmanjšanje srčno-žilnih dogodkov s terapijo Aranesp (TREAT) je bila uporaba metformina neodvisno povezana s 23 % manjšim tveganjem za sestavljeni izid bolezni ledvic [56]. Poleg tega je nedavna opazovalna študija Kwona et al. je pokazalo, da je uporaba metformina povezana z bistveno manjšim tveganjem za končno odpoved ledvic pri 10.426 bolnikih s sladkorno boleznijo tipa 2 [57]. Sposobnost metformina, da aktivira AMPK, je pred kratkim pritegnila pozornost pri policistični bolezni ledvic, ker je to delovanje metformina zmanjšalo celično proliferacijo z inhibicijo sesalske tarče poti rapamicina in ravni cikličnega AMP v predkliničnih študijah [58, 59]. Kljub temu uporaba metformina pri napredovali kronični ledvični bolezni prinaša tveganje za laktacidozo [60]. Zato bi morala prihodnja preskušanja pretehtati koristne učinke metformina proti laktacidozi.

Na koncu smo pokazali vlogo PGC-1 pri uravnavanju aktivacije inflamasoma NLRP3 z moduliranjem mitohondrijske dinamike in sposobnosti preživetja ter TNFAIP3 med poškodbo ledvic. Ti rezultati kažejo, da je lahko zaviranje inflamasoma NLRP3 s PGC-1 prihodnji terapevtski cilj proti kronični ledvični bolezni.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

REFERENCE

1. Saran R, Robinson B, Abbott KC, Agodoa LYC, Bragg-Gresham J, Balkrishnan R,et al. Letno poročilo o podatkih ameriškega ledvičnega sistema za leto 2018: epidemiologija ledvične bolezniv Združenih državah. Am J Kidney Dis. 2019;73:A7–a8. 2. Coresh J, Selvin E, Stevens LA, Manzi J, Kusek JW, Eggers P, et al. Razširjenostkronična ledvična bolezen v Združenih državah. JAMA. 2007;298:2038–47.

3. Levey AS, Atkins R, Coresh J, Cohen EP, Collins AJ, Eckardt KU, et al. kroničnoledvična bolezen kot globalni javnozdravstveni problem: pristopi in pobude - aizjava o stališču organizacije Kidney Disease Improving Global Outcomes. Kidney Int.2007;72:247–59.

4. Tonelli M, Wiebe N, Culleton B, House A, Rabbat C, Fok M, et al. Kronična ledvicatveganje za bolezen in smrtnost: sistematični pregled. J Am Soc Nephrol.2006;17:2034–47.

5. Park S, Lee S, Jo HA, Han K, Kim Y, An JN, et al. Epidemiologija kontinuirane ledvične bolezninadomestno zdravljenje v Koreji: rezultati Nacionalne službe za zdravstveno zavarovanjebaza zahtevkov od 2005 do 2016. Kidney Res Clin Pract. 2018;37:119–29.

6. Boor P, Ostendorf T, Floege J. RenalFibrosis: nov vpogled v mehanizme interapevtske tarče. Nat Rev Nephrol. 2010; 6: 643–56.

7. Liu BC, Tang TT, Lv LL, Lan HY. Poškodba ledvičnih tubulov: gonilna sila proti kroničnibolezni ledvic. Kidney Int. 2018;93:568–79.

8. Ghayur A, Margetts PJ. Transformacijski rastni faktor-beta in glomerularna filtracijapregrada. Kidney Res Clin Pract. 2013;32:3–10.

9. Han SH, Wu MY, Nam BY, Park JT, Yoo TH, Kang SW, et al. PGC-1alpha ščitizaradi z zarezo povzročene ledviceFirazvoj broze. J Am Soc Nephrol.2017;28:3312–22.

10. Galvan DL, Green NH, Danesh FR. Značilnosti mitohondrijske disfunkcije prikronična ledvična bolezen. Kidney Int. 2017;92:1051–7.

11. Bhatia D, Capili A, Choi ME. Mitohondrijska disfunkcija pri poškodbi ledvic, vnetju, in bolezen: možni terapevtski pristopi. Kidney Res Clin Pract.2020;39:244–58.