Cistanche kan beskytte nyreiskemi-reperfusjonsskade

Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-post:audrey.hu@wecistanche.com

Jan H. Lindeman1, Leonie G. Wijermars1, Sarantos Kostidis2, Oleg A. Mayboroda2, Amy C. Harms3, & et al.

Forsinket graftfunksjon ermanifestasjon av iskemi reperfusjonsskadei forbindelse med nyretransplantasjon. Mens hundrevis av inngreplykkes med å redusere iskemi-reperfusjonsskadei eksperimentelle modeller har alle kliniske intervensjoner mislyktes. Denne eksplorative kliniske evalueringen undersøkte mulige metabolske opphav til klinisk iskemi-reperfusjonsskade ved å kombinere data fra 18 pre- og post-reperfusjonsvevsbiopsier med 36 sekvensielle arteriovenøse blodprøver over transplantatet i tre studiegrupper. Disse gruppene inkluderte levende og døde donortransplantater med og uten forsinket graftfunksjon. Gruppetildelingen var basert på kliniske resultater. Magisk vinkel NMR ble brukt til vevsanalyse og massespektrometribaserte plattformer ble brukt til plasmaanalyse. Allenyrervar funksjonelle i ett år. Integrasjon av metabolomiske data identifiserte en diskriminerende profil for å gjenkjenne fremtidig forsinket graftfunksjon. Denne profilen ble karakterisert av post-reperfusjon ATP/GTP-katabolisme (signifikant svekket fosfokreatin-utvinning og betydelig vedvarende (hypo)xantinproduksjon) og betydelig pågående vevsskade. Sviktende høyenergifosfatgjenvinning skjedde til tross for aktivert glykolyse, fettsyreoksidasjon, glutaminolyse og autofagi, og relatert til en defekt på nivået av oksoglutaratdehydrogenasekomplekset i Krebs-syklusen. Klinisk forsinket graftfunksjon på grunn av iskemi-reperfusjonsskade assosiert med en post-reperfusjons metabolsk kollaps. Derfor bør innsatsen for å slukke forsinket graftfunksjon på grunn av iskemi-reperfusjonsskade fokusere på å bevare metabolsk kompetanse, enten ved å bevare integriteten til Krebs-syklusen og/eller ved å rekruttere metabolske bergingsveier. Kidney International (2020) 98, 1476–1488; https://doi.org/10.1016/ j.kint.2020.07.026

SØKEORD: ATP; forsinket graftfunksjon; glykolyse; iskemi reperfusjonsskade; metabolisme; oksidativ fosforylering

cistanche effekter: forhindreiskemi-reperfusjonsskade

iskemi reperfusjonsskade (IRI)er fenomenet økt vevsskade etter reperfusjon av tidligere iskemisk vev.1,2 Det er den viktigste bidragsyteren til organskader etter hjerte- eller hjerneinfarkt3 og graftskade etter organtransplantasjon.4 Selv om utallige intervensjoner slukker IRI i prekliniske modeller, er klinisk suksess fortsatt som skal oppnås.3,4 Det synes altså et translasjonsgap mellom prekliniske modeller og den kliniske konteksten.

Forsinket graftfunksjon (DGF) er manifestasjonen av IRI i innstillingen avnyretransplantasjon.5 DGF er definert som behovet for dialyse i den første uken eller ukene etter transplantasjonen.6 Selv om DGF er ekstremt sjelden i sammenheng med levende donortransplantasjoner, påvirker det opptil 90 prosent av avdøde donortransplantasjoner.6 Forrige arbeid viste en assosiasjon mellom hendelses-DGF og post-reperfusjon normoksisk glykolyse.7 Denne observasjonen antyder at DGF forholder seg til en defekt i transplantatenergihomeostase som et resultat av mitokondriell dysfunksjon i reperfusjonsfasen.7 På dette grunnlaget antok vi at klinisk DGF involverer og kan være drevet av en metabolsk defekt (eller defekter). Målet med denne studien var å utføre en dybdeanalyse av metabolske responser påiskemi-reperfusjonmed og uten IRI (DGF). Denne eksplorative metabolske evalueringen er basert på en integrert, tidsbestemt tilnærming som involverte sekvensiell vurdering av arteriovenøse konsentrasjonsforskjeller (AV) over reperfuserte grafter og parallell profifiling av graft (vev) biopsier. Tre studiegrupper ble inkludert: grafts fra avdøde donorgrafts med og uten senere IRI og levende donorgrafts. Gruppetildeling av avdøde donortransplantater (henholdsvis þDGF og –DGF) ble gjort retrospektivt på grunnlag av deres kliniske utfall. Levende donortransplantater ble inkludert som referanse fordi disse graftene er assosiert med en øyeblikkelig funksjonell gjenoppretting etter reperfusjon. For å dekke de primære aspektene ved metabolsk homeostase, var fokus i denne studien på følgende brutto metabolske klynger: nukleotidtrifosfatmetabolisme, fettsyre (b)-oksidasjon, glykolyse/glutaminolyse, autofagi, Krebs-syklus (defekter) og celleskade. Dataene presenteres deretter.

(Korrespondanse: Jan H. Lindeman, Department of Surgery, Leiden University Medical Center, PO Box 9600, 2300 RC Leiden, Nederland. E-post: Lindeman@lumc.nl Mottatt 20. januar 2020; revidert 8. juni 2020; akseptert 2. juli 2020; publisert på nett 8. august 2020)

cistanche effekter: forhindreiskemi-reperfusjonsskade

RESULTATER

Studieutvalget inkluderte 53 pasienter. Parede vevsbiopsier ble oppnådd fra 18 pasienter, og sekvensiell AV-prøvetaking ble utført hos 36 pasienter. En pasient fikk tatt begge biopsier og tok AV-prøver. Kliniske detaljer for de 3 studiegruppene er vist i tilleggstabell S1A (vevsbiopsier) og S1B (AV-prøvetaking). Alle DGF-tilfeller krevde flere dialyser over et tidsforløp på minst 7 dager, og alle viste tilstrekkelig funksjonell restitusjon. Ingen av de avdøde giverne uten DGF trengte dialyse etter transplantasjon. Ett års graftoverlevelse var 100 prosent.

Vi undersøkte først antatte forskjeller i metabolske signaturer for de 3 donorgruppene (de levende [referanse] donorgraftene, de –DGF avdøde donorgraftene og þDGF [IRI] avdøde donortransplantater) ved å kartlegge plasmametabolomet (AV-forskjeller) for { {1}}minutter etter reperfusjonstidspunkt (figur 1a) ogvevsmetabolom(vevsbiopsier) i 40-minuttene etter reperfusjonstidspunktet (figur 1b). Disse tidspunktene ble valgt for å unngå interferens fra utvasking av metabolitter som akkumulerte under iskemi eller kjølelagring, eller som var bestanddeler av konserveringsvæsken (f.eks. histidinutvasking fra levende donortransplantater; Supplerende figur S1 viser den selektive bruken av H [Histidin] TK-konserveringsvæske i disse graftene).7 Resultater (z-score) for disse tidspunktene er oppsummert i varmekartene i figur 1a (AV-forskjeller) og 1b (vev). Gruppering av dataene ble utført i henhold til de 6 klyngene som dekker alle metabolske data: (i) nukleosidtrifosfatkatabolisme, (ii) b-oksidasjon, (iii) glykolyse/glutaminolyse, (iv) autofagi, (v) Krebs-syklusdefekter, og (vi) celleskade.

Varmekart for AV-forskjellene indikerer parallelle metabolske signaturer for den levende donoren og -DGF-transplantater og en tydelig karakteristisk signatur for þDGF-graftene (Figur 1a). Et lignende, men mindre uttalt, mønster ble observert for vevsmetabolittene (figur 1b). Eksklusiv kartlegging av –DGF- og þDGF-transplantater (uten det levende donortransplantatet) resulterte i lignende konklusjoner (ikke vist), noe som indikerer at inkludering av data fra den levende donoren (referanse) i analysen ikke forstyrret analysens konklusjoner. Samlet gir dataene en brutto metabolsk signatur for renal IRI.

For klarhetens skyld er dataene for de enkelte metabolittene presentert i form av de 6 metabolske klynger. For å unngå interferens fra den første utvaskingen av metabolitter som har akkumulert under kjølelagring i løpet av de første minuttene av reperfusjon, er estimater for netto post-perfusjonsfrigjøring eller -opptak basert på integrering av AV-forskjeller for 10-til {{3 }} minutter etter reperfusjons tidsintervaller (området mellom kurvene).

Den første klyngen av metabolitter ("nukleosidtrifosfatkatabolisme") signaliserer envedvarende post-reperfusjonmetabolsk inkompetanse ("power shutdown") i grafts med senere DGF (þDGF). Denne konklusjonen er basert på svekket post-reperfusjonsgjenvinning av høyenergi-fosfatbuffer-fosfokreatin i þDGF-transplantater (P < 0.001;="" figur="" 2a),="" og="" ved="" vedvarende="" post="" -reperfusjon="" adenosintrifosfat/guanosintrifosfat="" (atp/gtp)="" katabolisme.="" sistnevnte="" gjenspeiles="" i="" den="" fortsatte="" frigjøringen="" (av-forskjeller)="" av="" hypoxanthin="" og="" xanthin="" (figur="" 2b="" og="" c,="" henholdsvis="" p="">< 0,0001="" og="" 0,02),="" de="" terminale="" nedbrytningsproduktene="" av="" atp="" og="" gtp="" fra="" disse="" transplantatene.="" data="" for="" pre-reperfusjonsvevsbiopsiene="" viste="" graderte="" grader="" av="" inosin-="" og="" hypoxanthinakkumulering="" ved="" slutten="" av="" iskemisk="" lagringsperiode,="" med="" det="" laveste="" innholdet="" funnet="" i="" levende="" og="" høyest="" i="" avdøde="" donortransplantater="" (figur="" 2d="" og="" e).="" innhold="" av="" hypoksantin="" og="" inosinvev="" etter="" reperfusjon="" (t="" ¼="" 40="" min)="" var="" likt="" og="" lavt="" i="" alle="" 3="" donorgruppene="" (figur="" 2d="" og="">

Post-reperfusjon ATP-katabolisme i þDGF-transplantater skjedde til tross for en tilsynelatende post-reperfusjonsrestaurering av fettsyre-b-oksidasjon (tilleggsfigur S2), aktivert glykolyse/glutaminolyse (figur 3) og autofagi (figur 4). Alle 3 grafttypene viste jevn restaurering av vevs-b-hydroksybutyratinnhold (tilleggsfigur S2A) og selektiv clearance (opptak) av mellomkjedede fettsyrer (C8–C12) fra sirkulasjonen (tilleggsfigurer S1 og S2B–E), noe som indikerer uniform gjeninnsetting av b-oksidasjon. Vevakkumulering av acetylkarnitin i –DGF og þDGF avdøde donortransplantater (tilleggsfigur S2F), og utvasking (AV-forskjeller) av acetylkarnitin fra þDGF-transplantater (tilleggsfigur S2G, P < 0.03)="" innebærer="" imidlertid="" graderte="" defekter="" i="" avhending="" av="" acetylgrupper="" dannet="">

Cistanche urt

Kartlegging av glykolyse/glutaminolyse-nettverk (Figur 3) viste like vevsglukosenivåer (Figur 4a) og bekreftet vedvarende post-reperfusjon normoksisk glykolyse som et eksklusivt trekk ved þDGF-donortransplantater (dvs. vedvarende laktat- og pyruvatfrigjøring (Figur, )<0.0001 and=""><0.04, respectively)="" and="" release="" of="" the="" transamination="" products="" alanine="" and="" aspartate="" (figure="" 3e="" and="" f,="" p="" <="" 0.02="" and="" <="" 0.0001,="" respectively).="" serine="" (figure="" 4b)="" and="" phosphoserine="" (supplementary="" figure="" 3d)="" released="" from="" þdgf="" grafts="" may="" (partially)="" reflflect="" transamination="" of="" the="" glycolysis="" intermediate="" phosphoglycerate.="" persistent="" post-reperfusion="" glutamate="" release="" (figure="" 3k,="" p="" <="" 0.002),="" selective="" release="" of="" the="" transamination="" products="" alanine="" and="" aspartate="" (figure="" 3e="" and="" f),="" and="" exhaustion="" of="" the="" tissue="" asparagine="" pool="" (figure="" 3j,="" p="" <="" 0.03)="" in="" þdgf="" grafts="" imply="" continued="" post-reperfusion="" glutaminolysis="" (alanine)="" and="" glutamine="" shuttling="" (asparagine="" aspartate)8="" in="" the="" post-reperfusion="" phase="" of="" these="" grafts.="" moreover,="" the="" exclusive="" release="" of="" serine,="" methionine,="" and="" tyrosine="" (figure="" 4a–c,="" all="" ps="" <="" 0.0005),="" along="" with="" disposal="" of="" butyryl="" carnitine="" and="" isovaleryl="" carnitine="" (figure="" 4d="" and="" e,="" p=""><0.006 and=""><0.003, respectively),="" deamination="" products="" of="" the="" branched-chain="" amino="" acids9,10="" from="" þdgf="" grafts,="" but="" not="" from="" the="" other="" graft="" types="" (figure="" 4a–e),="" implies="">etter reperfusjonautofagi i disse graftene.11.

Figur 1|Klyngede varmekart for konsentrasjonsforskjeller i arteriell-venøs metabolitt over donortransplantatet ved 30 minutter og vevsmetabolittinnhold 40 minutter etter reperfusjon. (a) Klynget varmekart for konsentrasjoner av arteriell-venøse metabolitt ved t ¼ 30 minutter etter reperfusjon. Kolonnene representerer de 3 donorgruppene (levende donortransplantater [referansegruppe, n ¼ 10]; avdøde donortransplantater uten senere forsinket graftfunksjon [DGF {–DGF, n ¼ 10}], og avdøde donortransplantater med senere DGF [þDGF, n ¼ 16]). Forbindelser er gruppert i henhold til de 5 metabolske klyngene og, innenfor hver klynge, rangert basert på z-skåren til gruppen av levende givere. Grønt reflekterer nettoopptaket av transplantatet og rødt reflekterer nettofrigjøringen fra transplantatet. (Fortsettelse)

Figur 1 (fortsettelse) (b) Klynget varmekart for vevsmetabolitter identifisert i den HR magiske vinkelen kjernemagnetisk resonansanalyse av graftbiopsier tatt 40 minutter etter reperfusjon. Kolonnene representerer de 3 donorgruppene (levende donorgruppe [referansegruppe, n ¼ 6, avdøde donortransplantater uten senere DGF [–DGF, n ¼ 6], og avdøde donortransplantater med senere DGF [þDGF, n ¼ 6]). Rødt reflekterer et vevsinnhold over og grønt reflekterer et vevsinnhold under det geometriske gjennomsnittet av de 3 gruppene.

Post-reperfusjon av acetylkarnitinakkumulering (vev) i –DGF- og þDGF-transplantater (Figur 2f) og initial (levende donor- og –DGF-transplantater) og fortsatt (þDGF-transplantater) acetylkarnitinfrigjøring (P < 0).{{10="" }}3)="" indikerer="" en="" forbigående="" (–dgf-grafts)="" eller="" vedvarende="" (þdgf-grafts)="" svekket="" acetyl-koenzym="" a-deponering="" etter="" reperfusjon="" (tilleggsfigur="" 2g).="" selv="" om="" denne="" akkumuleringen="" kan="" være="" et="" resultat="" av="" overdreven="" glykolyse="" og="" b-oksidasjon,="" kan="" det="" også="" indikere="" nedsatt="" acetylavhending="" som="" følge="" av="" krebs-syklusdefekter.="" for="" þdgf-transplantater="" støttes="" sistnevnte="" mekanisme="" av="" den="" selektive="" og="" vedvarende="" frigjøringen="" av="" krebs-syklus-mellomproduktet="" a-ketoglutarat="" (figur="" 5c,="" p="">< 0,0005)="" som="" et="" eksklusivt="" trekk="" ved="" disse="" graftene="" og="" av="" en="" svekket="" utvinning="" av="" vevsuksinat="" i="" þdgf-transplantatene="" (figur="">

En siste klynge av diskriminerende metabolitter er relatert til pågående celleskade. Denne klyngen inkludereretter reperfusjonfrigjøring av uracil, en etablert markør for celleskade12,13 (tilleggsfigur S3A, P < 0.0001)="" og="" av="" aminosyrederivater="" som="" assosieres="" med="" hydrolyse="" av="" plasmalogener="" (dvs.="" fosfo-etanolamin,="" etanolamin="" og="" fosfo-serin;="" tilleggsfigur="" s3bd,="" p="">< 0.001;="" tilleggsfigur="" s1).="" selv="" om="" ingen="" av-forskjeller="" var="" til="" stede="" for="" kolin="" i="" þdgf-gruppen="" (p="" ¼="" 0,60),="" er="" denne="" observasjonen="" i="" motsetning="" til="" et="" netto="" kolinopptak="" i="" den="" levende="" donoren="" og="" -dgf-gruppen="" (henholdsvis="" p="">< 0,0001="" og="" 0,02).="" derfor,="" i="" þdgf-transplantater,="" kan="" hydrolyse="" av="" kolinplasmalogener="" maskeres="" av="" kolinopptak.="" en="" slik="" mekanisme="" støttes="" av="" selektiv="" og="" progressiv="" frigjøring="" av="" betain,="" oksidasjonsproduktet="" av="" kolin14="" i="" þdgf-gruppen="" (tilleggsfigurer="" s3g,="" p=""><>

De foregående observasjonene forbinder hendelse IRI med vedvarendeetter reperfusjonATP-katabolisme og pågående celleskade i sammenheng med mitokondriell svikt og aktivering av glykolytiske og lipolytiske veier (Figur 6). Tatt i betraktning den vitale rollen til ATP i cellulær homeostase og overlevelse, ble det begrunnet at rekruttering av hjelpe-ATP-regenerative veier (dvs. uavhengig av mitokondriell respirasjon) ville være fordelaktig. I denne sammenhengen vurderte vi inosin, et nukleosid som kan generere ATP gjennom utradisjonelle veier. Som vist i figur 7, reddet verken forebyggende eller redningsinosinlevering (i konsentrasjoner opp til 10 mMol/l) ATP-utmattelse etter kjemisk indusert metabolsk lammelse.

Figur 3|Post-reperfusjon glykolyse og glutaminolyse. Kurver for de arterielle venøse forskjellene (rød kurve er arteriell, den blå kurven er venøs). Vevsbiopsier (stolpediagram): hvite søyler representerer pre-reperfusjonsbiopsier; Grå søyler representerer post-reperfusjonsbiopsier (t ¼ 40 min etter reperfusjon). *P < 0,05.="" (a)="" glukoseinnhold="" i="" vev.="" (b–i)="" glykolysemellomprodukter:="" laktat,="" pyruvat,="" alanin,="" aspartat="" og="" asparagin.="" (k,l).="" glutaminolyse="" mellomprodukter="" glutamin="" og="" glutamat.="" vevs="" kjernemagnetisk="" resonans="" (nmr;="" n="" ¼="" 6="" per="" gruppe):="" (a)="" vevsglukosegjenvinning="" i="" den="" levende="" donoren.="" (d,="" f,="" h)="" stabilt="" laktat-,="" alanin-="" og="" aspartatvevsinnhold="" gjenspeiler="" utvasking="" av="" disse="" mellomproduktene="">

Figur 3 (fortsettelse) fra nyren. (j) Umålelig vevsasparagin i þ forsinket graftfunksjon (DFG) post-reperfusjonsbiopsier. Arterielle-venøse (AV) konsentrasjonsforskjeller (n ¼ 10, 10 og 16 i henholdsvis levende, –DGF og þDGF-gruppene): (b,c) vedvarende laktat etter reperfusjon (P < 0.0001)="" og="" pyruvat="" (p="">< 0,04)="" frigjøres="" fra="" disse="" graftene.="" (e)="" alanin="" (p="">< 0,02),="" (g)="" asparaginsyre="" (p="">< 0,0001)="" og="" (þk)="" glutamatfrigjøring="" (forsinket="" graftfunksjon="" (dgf-transplantater="" som="" indikerer="" normoksisk="" glykolyse="" i="" p="">< 0,002)="" fra="" þdgf-transplantater="" indikerer="" pågående="" glutaminoksidasjon="" i="" ingen="" signifikante="" av-forskjeller="" ble="" observert="" for="" glutamin="">

cistanche effekter: forhindrenyresykdommer

DISKUSJON

Fra denne studien, utført i sammenheng med klinisk nyretransplantasjon, fremkommer bildet av at IRI (DGF) er en konsekvens av en nesten øyeblikkelig og vedvarende post-reperfusjonssvikt av oksidativ fosforylering og aktivert normoksisk glykolyse som ikke er i stand til å opprettholde energihomeostase. I sin tur blir høyenergifosfatbassenger gradvis oppbrukt, og cellulær integritet kan ikke bevares, noe som resulterer i pågående vevsskade.

Denne kliniske studien er basert på integrering av metabolske data hentet fra vevsbiopsier tatt rett før og 40 minutter etter reperfusjon og fra sekvensiell vurdering av AV-forskjeller over det reperfuserte transplantatet. Disse AV-forskjellene gir ikke bare en indikasjon for tempoet og varigheten av metabolske (mal)tilpasninger, men tillater også retningsgivende trender observert i de sammenkoblede vevsbiopsiene og for vurdering av metabolittclearance av (f.eks. laktat) eller opptak fra (f.eks. medium) -kjedefettsyrer) sirkulasjonen.15,16 Oppløsningen til AV-tilnærmingen er tydelig illustrert av acylkarnitindataene, som ikke bare viser selektivt opptak av mellomkjedede fettsyrer, men også antyder at de umettede C14-karnitinartene tetradecenoyl og tetradekadienylkarnitin oppfører seg på samme måte som fettsyrer med middels kjede (tilleggsdata S1) og er kanskje ikke avhengig av spesifikke fettsyretransportører.17 Faktisk, i prosessen med dataanalyse, ble det observert at eneste avhengighet av vevsbiopsier ville ha skjult de fleste konklusjonene i denne studien fordi flertallet av dannede metabolitter blir effektivt renset ut i sirkulasjonen. Stabile arterielle blodkonsentrasjoner viser at blodhomeostase opprettholdes, og følgelig blir metabolitter som frigjøres eller absorberes effektivt kastet eller etterfylt andre steder.15,16 Observert stabilt vevsinnhold, men klare AV-forskjeller utfordrer validiteten til vevsbaserte metabolomiske evalueringer. Legg merke til at i sammenheng med avdøde donornyrer og tidsrammen for studien, er urinclearance ikke en forstyrrende faktor fordi alle avdøde donortransplantater var anuriske i måleintervallet på 40- minutter.

Kartlegging av dataene identifiserer et metabolsk fotavtrykk som er fullstendig diskriminerende for IRI. Spesifikt er reperfusjonsfasen av grafter med fremtidig DGF jevnt og særpreget preget av alvorlig svekket oksidativ fosforylering (histotoksisk hypoksi)18 og kompenserende normoksisk glykolyse som ikke er i stand til å opprettholde ATP-regenerering. Sistnevnte konklusjon er basert på den ufullstendige utvinningen av høyenergifosfatbufferen fosfokreatin19 og på vedvarende post-reperfusjon ATP/GTP-katabolisme reflektert av fortsatt (hypo)xantinfrigjøring. Faktisk, tilnærming av adenosintap for þDGF-transplantater basert på hypoksantinfrigjøring (AV-forskjeller) i løpet av 30 minutter etter reperfusjon (tilnærming basert på rapporterte post-reperfusjonsstrømningshastigheter, 20 gjennomsnittlignyrevevmasse,21 og nyre-ATP-innhold22) antyder nesten utmattelse av graft-ATP-bassenget 30 minutteretter reperfusjon. Kritisk utmattelse av ATP-bassenget kan resultere i en katabolisk låsing som gjør at cellen ikke reagerer på gjenopprettingen av proton-motivkreftene som driver ATP-generering, noe som gjør at cellen ikke reagerer på redningsstrategier.

ATP-underskuddet etter reperfusjon og histotoksisk hypoksi i þDGF-transplantater kan ligge til grunn for den selektive frigjøringen av aminosyrer assosiert med hydrolyse av fosfolipider (plasmalogener) i þDGF-transplantater. Eksperimentelle studier identifiserte hydrolyse av plasmalogener og fosfolipider som en tidlig karakteristikk av vevshypoksi,23 og hydrolyse av plasmalogener har blitt beskrevet i sammenheng med iskemisk nyreskade.24 Mekanistisk har dette fenomenet vært knyttet til membrantranslokasjon og aktivering av en cytosolisk kalsium- uavhengig fosfolipase A2 som følge av hypoksi-drevet kompleksdannelse mellom fosfolipase og et fosfofruktokinase regulatorisk element.25,26 Reversering av hypoksi eller ATP-behandling dissosierer fosfolipase-fosfofruktokinasekomplekset og opphever fosfolipaseaktivitet. Legg merke til at dynamikken i post-reperfusjonsstopp av (fosfo-) etanolaminfrigjøring fra levende donor- og -DGF-transplantater, så vel som vedvarende frigjøring i þDGF-transplantater, kan gjenspeile forskjellige grader og hastigheter for metabolsk utvinning. Imidlertid, mens tidligere rapporter antyder rollen til en cytosolisk kalsiumuavhengig fosfolipase A2,25,26, antyder observerte AV-forskjeller for betain og (fosfo-)etanolamin en mer omfattende aktivering av fosfolipaser som også involverer type C-fosfolipaser (fosfo-etanolamin) og D-fosfolipaser (etanolamin/kolin). Tilsvarende kan uttømming av vevsasparagin (Figur 4j) og frigjøring av aspartat (Figur 4g) fra þDGF-transplantater gjenspeile svekket asparaginsyntaseaktivitet på grunn av ATP-utarming.

Figur 4|Aktivert post-reperfusjonsautofagi i D-delayed graft function (DGF) grafts. Kurver for de arterielle-venøse forskjellene (rød kurve er arteriell, den blå kurven er venøs). Vevsbiopsier (stolpediagram): hvite søyler representerer pre-reperfusjonsbiopsier; Grå søyler representerer post-reperfusjonsbiopsier (t ¼ 40 min etter reperfusjon). *P < 0,05.="" (a–c)="" frigjøring="" etter="" reperfusjon="" av="" metionin,="" serin="" og="" tyrosin="">

Figur 5|Post-reperfusjon Krebs-syklusdefekt i grafts med fremtidig forsinket graftfunksjon (DGF). Kurver for forskjellene i arteriell-venøs konsentrasjon (AV) (rød kurve er arteriell, blå kurve er venøs). Vevsbiopsier (stolpediagram): hvite søyler representerer pre-reperfusjonsbiopsier; Grå søyler representerer post-reperfusjonsbiopsier (t ¼ 40 min etter reperfusjon). *P < {{10}}.05.="" (a–h)="" av-forskjeller="" for="" krebs-syklus-mellomproduktene="" (n="" ¼="" 10,="" 10="" og="" 16="" i="" henholdsvis="" de="" levende,="" –dgf-="" og="" þdgf-gruppene):="" vedvarende="" frigjøring="" av="" a-ketoglutarat="" (fra="" þdgf-transplantater;="" p="">< 0,001)="" .="" (e,g)="" fraværende="" post-reperfusjonsvevsuksinatgjenvinning="" i="" þdgf-transplantater="" (p=""><>

Post-reperfusjon ATP-katabolisme i þDGF-transplantater skjedde til tross for omfattende aktivering av katabolske veier: glykolyse, b-oksidasjon av mellomkjedede fettsyrer (jevnt aktivert i alle grafttyper), glutaminolyse (også forbigående aktivert ved reperfusjon i levende donor og –DGF-transplantater ), og aktivert autofagi. Faktisk ble post-reperfusjonsfrigjøring av isovaleryl- og butyrylkarnitin, deamineringsprodukter av de forgrenede aminosyrene isoleucin og leucin11 identifisert som diskriminerende biomarkører for fremtidig DGF.

Vedvarende frigjøring av acetylkarnitin og pyruvat fra þDGF-transplantater viser at flusser skapt av de aktiverte katabolske banene overskred den oksidative kapasiteten. Frigjøring av ketoglutarat etter reperfusjon, nettoopptak av forløperens sitrat og isositrat fra sirkulasjonen og sviktende vevsuksinatgjenvinning innebærer at den svekkede oksidative fosforyleringen innebærer en defekt på nivået av oksoglutaratdehydrogenasekomplekset. Spesifikt indikerer ikke det observerte metabolske fotavtrykket og tidsrammen for de metabolske forstyrrelsene en rolle for reversert styring av Krebs-syklusen27,28 i vedvarende metabolsk dysregulering, noe som gir ytterligere bevis på at den observerte mekanismen for IRI hos gnagere28 ikke fullstendig oversettes til mennesket. kontekst.29.

Nedsatt oksoglutarat-dehydrogenaseaktivitet kan være forårsaket av iskemi-relatert skade på komplekset30, men kan også involvere, eller være overdrevet av, nedsattetter reperfusjonNedsatt oksoglutaratdehydrogenaseaktivitet kan være forårsaket av iskemi-relatert skade på komplekset30, men kan også involvere, eller være overdrevet av, svekket post-reperfusjonstilgjengelighet av dets kofaktorer acetyl-koenzym A, FADþ og NADþ. 31 For þDGF-transplantater kan slike mangler oppstå på grunn av utvasking av acetyl-koenzym A etter reperfusjon og en kompromittert cellulær redoksstatus (reduktivt stress med nedsatt NADþ-tilgjengelighet), en forestilling som støttes av det lave laktat-til-pyruvat-forholdet i þDGF-transplantater. 32.

Denne metabolske tilnærmingen tillater ikke evaluering av luftveiskjedeinvolvering. Imidlertid har vi tidligere identifisert iskemi-reperfusjonsrelaterte defekter i både respirasjonskomplekser I og II.7,29 På grunnlag av dataene i denne studien og tidligere mitokondrielt arbeid, dukker det opp et bilde av klinisk renal IRI som en konsekvens av en primær (eller fremkalle) fornærmelse(r) mot mitokondriell Krebs syklus-redoks-skyttel som skjer før eller innen de første minuttene av reperfusjon. Unnlatelse av å gjenopprette ATP-nivåer resulterer i vedvarende og omfattende aktivering av katabolske veier, som opprettholder energikrisen ved gradvis å tømme det cellulære NADþ- og FADþ-bassenget (reduktivt stress).33 I denne spesifikke konteksten med sviktende mitokondriell respirasjon, kan purininosinet være gunstig. . I motsetning til adenosin er 34-inosin stabil i plasma; det har blitt identifisert som en alternativ kilde til ATP i obligatoriske glykolytiske celler (dvs. celler som mangler mitokondrier) som erytrocytter35 og i hypoksiske nyreceller36 og er utmattet etter reperfusjon. Dessverre reddet ikke inosintilskudd cellulær ATP-utarming etter en tvungen metabolsk nedleggelse, noe som ga lite rom for metabolske redningsstrategier rettet mot å slukke IRI, noe som understreker avhengigheten av forebyggende strategier for å begrense IRI.

Tonify nyre cistanche

Det er begrensninger for denne studien. På grunn av et stort antall sammenligninger, er potensialet for signifikante fifunn på grunn av tilfeldige tilfeldigheter i innstillingen av flere sammenligninger høyt. Selv om konklusjonene våre støttes av gode biologiske forhold, kan resultatene bli forvirret av problemer knyttet til flere sammenligninger.

En ytterligere begrensning er at studien er basert på kliniske prøver; som sådan var klemfrysing nødvendig for direkte vurdering av ATP og redoksstatus ikke mulig. Fordi metabolomet som ble observert er klart forskjellig fra det som er rapportert i dyremodeller og det gjenspeiler en systemsvikt, var vi ikke i stand til å utføre mer detaljerte evalueringer i dyremodeller eller ex vivo-systemer som respirometrisystemet. Resultatene i denne studien er fornyre; dermed kan konklusjonene for andre organer være annerledes. Den relativt høye donoralderen i denne studien er en refleksjon av donorpopulasjonen i Nederland. Det er viktig at 10-års transplantasjonsresultater for Nederland er minst like med land med yngre donorer, for eksempel USA.37 Som forventet var flertallet av þDGF-tilfellene DCD-transplantater. Vi la merke til lignendemetabolske profilerfor DBD- og DCD-transplantater; kraften til denne utforskende studien er imidlertid åpenbart for lav til å oppdage subtile forskjeller mellom disse 2 donortypene.

Figur 7|Både forebyggende og redningsinosinbehandling klarer ikke å gjenopprette nivåene av adenosintrifosfat (ATP). PK-1 nyrecellelinjen ble stabilt transfektert med PercevalHR flfluorescerende biosensor av ATP-til-adenosin difosfat (ADP)-forhold.

Kjemisk indusert metabolsk lammelse ble indusert ved å tilsette rotenon/aktinomycin/2-deoksyglukose, og ATP-til-ADP-forholdet (relativ flfluorescens) ble overvåket. Brun, kontroll; svart, metabolsk lammelse kontroll; grønn, forebyggende inosinbehandling (10 mMol/l); rød, inosinredning ved t ¼ 15 minutter etter induksjon av en metabolsk lammelse.

Som konklusjon viser denne studien at klinisk nyre-IRI innledes av en nesten øyeblikkelig metabolsk kollaps og en medfølgende høyenergifosfatkrise. Dette dype og vedvarende metabolske underskuddet og dets umiddelbare natur (og påfølgende minimalt vindu for terapeutisk mulighet) vil forstyrre enhver farmasøytisk intervensjon som er avhengig av tilgjengeligheten av ATP. Dette kan forklare den dårlige oversettbarheten av prekliniske funn til den kliniske settingen.2–4 Det observerte metabolomet til klinisk DGF står i skarp kontrast til rapporterte metabolske responser for rotter, 28 mus, 38 og griser 39,40, som alle indikerer gjenoppretting av oksidativ fosforylering innen minutter med reperfusjon. Dette kan relateres til grunnleggende forskjeller i mitokondriell eller metabolsk fysiologi mellom gnagere og større pattedyr (f.eks. forekommer ikke iskemi-indusert succinatakkumulering i humane donornyrer).29 I denne sammenheng er det viktig å påpeke at alle transplanterte nyrer er eksponert. tiliskemi reperfusjonog at bare en undergruppe av grafts de velops IRI (DGF). Gruppetildeling (þDGF eller –DGF) i denne studien ble utført retrospektivt, og dermed skiller den mellom iskemi-reperfusjon og IRI. Det kan ikke utelukkes at iskemi-reperfusjonen i eksperimentelle modeller 28,38–40 er utilstrekkelig til å utløse IRI.

Til tross for den alvorlige skaden som ble påført, kom alle þDGF-transplantater til slutt, noe som innebærer et bemerkelsesverdig gjenopprettingspotensial forutsatt at brointervensjoner (f.eks. dialyse) er tilgjengelige. Det er verdt å merke seg at selv om lignende metabolomer for DGF i transplantater avledet fra donorer avdøde etter hjernedød eller hjertedød innebærer en enhetlig mekanisme, er det en kontrasterende innvirkning av DGF på langsiktig transplantatoverlevelse for de 2 donortypene.41 Faktisk, selv om DGF klart påvirker overlevelsen av transplantater fra donorer som er døde etter hjernedød, det gjør det ikke i slike transplantater fra hjertedonorer. Denne kontrasten ser ut til å gjenspeile et overlegent utvinningspotensial for transplantater fra hjertedødsgivere.41

METODER

Leiden University Medical Centers medisinske etiske komité godkjente studieprotokollen. Skriftlig informert samtykke ble innhentet fra hver pasient. Denne enkeltsenterstudien inkluderte 53 pasienter som gjennomgikknyretransplantasjon: 37 gjennomgikk prosedyrer for avdøde donortransplantasjoner og 16 en levende donorprosedyre. På grunnlag av klinisk utfall (DGF) ble mottakere av avdøde donortransplantater allokert til en þDGF-gruppe (n ¼ 16) eller –DGF-gruppe (n ¼ 10). DGF ble definert av behovet for dialyse i den første uken etter transplantasjon.6

Studien er basert på en integrasjon av metabolomiske data hentet fra sekvensiell arteriovenøs (AV) blodprøvetaking i løpet av den første halvtimen med reperfusjon, og fra sammenkoblede vevsbiopsier tatt umiddelbart før og 40 minutter etter

reperfusjon.

Sekvensiell AV-blodprøvetaking over transplantatet ble utført hos 36 pasienter (tilleggstabell S1A). Nyreveneblodprøver ble tatt etter 30 s og 3, 5, 10, 20 og 30 minutter og arterielle prøver 0, 10 og 30 minutter etter reperfusjon.42 Paret pre- og post-reperfusjonsnyre biopsier ble tatt rett før og 40 minutter etter reperfusjon fra 6 levende og 12 avdøde donortransplantater (tilleggstabell S1B; 1 pasient fikk både biopsier og AV-prøver).

Målrettede metabolomiske analyser ble utført ved bruk av standard operasjonsprosedyrer ved bruk av etablerte massespektrometri-baserte plattformer eller magisk vinkel kjernemagnetisk resonans (vevsbiopsier).43 Metabolitter dekket av plattformene er oppsummert i tilleggstabell S1.

Potensialet til inosin for å redde det metabolske underskuddet under en metabolsk kollaps ble testet i den proksimale tubuluscellelinjen (LLC PK1) stabilt transfektert med PercevalHR flfluorescerende ATP adenosindifosfatbiosensor.44.

Når det gjelder statistikk, ble varmekart konstruert på grunnlag av z-score for hvermetabolitt. Endringer innen gruppe i vevsmetabolittinnhold ble testet ved Mann-Whitney-testen og forskjeller mellom grupper ved Wilcoxon-testen. AV-forskjeller ble estimert ved å bruke en lineær blandet modell. Korreksjon for multippel testing ble ikke utført fordi alle observasjoner var en del av teoretiske nettverk. Detaljer om pasienter og metoder er gitt i tilleggsmetodene.

cistanche ekstrakt

FORMIDLING

Alle forfattere erklærte ingen konkurrerende interesser.

TAKK

Kjerneanlegget for magnetisk resonans er finansiert av Det medisinske fakultet ved NTNU Trondheim. Denne studien ble delvis finansiert av Dutch Kidney Foundation (Metabolic Salvage Strategies to Improve Transplant Outcome, project17O/11).

TILLEGGSMATERIALE

Tilleggsfil (PDF)

Supplerende pasienter og metoder.

Tabell S1. Pasient- og transplantasjonskarakteristikker ved prosedyrene der parede vevsbiopsier ble samlet inn (A) og hvor AV-prøvetaking ble utført (B).

Tabell S2. Plattformer og deres metabolitter brukes til AV-prøver.

Figur S1. Fulle metabolomiske data.

Figur S2. Gjenoppretting av b-oksidasjon (middelkjedede fettsyrer) etter reperfusjon.

Figur S3. Selektiv og vedvarende utvasking etter reperfusjon av uracil og fosfolipid (plasmalogen)-assosierte aminosyrer fra transplantater med fremtidig DGF.

Datatillegg 1. Rå AV-data for acetylkarnitin, organiske syrer og aminosyreplattformer.

Datatillegg 2. Rå AV-data for purin- og pyrimidinplattformen.

REFERANSER

1. Gutteridge JMC, Halliwell B. Reaktive arter i sykdom: venner eller fiender? I: Halliwell B, Gutteridge JMC, red. Frie radikaler i biologi og medisin. Oxford, Storbritannia: Oxford University Press; 2015:511–638.

2. Davidson SM, Ferdinandy P, Andreou I, et al. Multitarget-strategier for å redusere myokardiskemi/reperfusjonsskade: Ukens JACC-gjennomgangsemne. J Am Coll Cardiol. 2019;73:89–99.

3. Lefer DJ, Bolli R. Utvikling av et NIH-konsortium for preklinisk vurdering av hjertebeskyttende terapier (CAESAR): et paradigmeskifte i studier av begrensning av infarktstørrelse. J Cardiovasc Pharmacol Ther. 2011;16:332–339.

4. Cavaillé-Coll M, Bala S, Velidedeoglu E, et al. Sammendrag av FDA-workshop om iskemi-reperfusjonsskade ved nyretransplantasjon. Am J Transplant. 2013;13:1134–1148.

5. Schröppel B, Legendre C. Forsinket nyretransplantasjonsfunksjon: fra mekanisme til oversettelse. Nyre Int. 2014;86:251–258.

6. Mallon DH, Summers DM, Bradley JA, et al. Definere forsinket graftfunksjon etter nyretransplantasjon: enklest er best. Transplantasjon. 2013;96:885–889.

7. Wijermars LG, Schaapherder AF, de Vries DK, et al. Defekt postreperfusjons metabolsk gjenoppretting er direkte assosiert med forsinket graftfunksjon. Nyre Int. 2016;90:181–191.

8. Zhang J, Fan J, Venneti S, et al. Asparagin spiller en kritisk rolle i å regulere cellulær tilpasning til glutaminmangel. Mol Cell. 2014;56: 205–218.

9. Holecek M. Forholdet mellom glutamin, forgrenede aminosyrer og proteinmetabolisme. Ernæring. 2002;18:130–133.

10. Newgard CB, An J, Bain JR, et al. En forgrenet aminosyrerelatert metabolsk signatur som skiller overvektige og magre mennesker og bidrar til insulinresistens. Cell Metab. 2009;9:311–326.

11. Drake KJ, Sidorov VY, McGuinness OP, et al. Aminosyrer som metabolske substrater under hjerteiskemi. Exp Biol Med (Maywood). 2012;237: 1369–1378.

12. De Jong JW, Huizer T, Janssen M, et al. Høyenergifosfater og deres katabolitter. I: Piper HM, Preusse CJ, red. Iskemi-reperfusjon i hjertekirurgi. Dordrecht, Nederland: Springer; 1993:295–315.

13. van Os S, de Abreu R, Hopman J, et al. Purin- og pyrimidinmetabolisme og elektrokortikal hjerneaktivitet under hypoksemi hos lam på kort sikt. Pediatr Res. 2004;55:1018–1025.

14. Blom HJ, De Vriese AS. Hvorfor øker homocysteinnivået ved nyresvikt? En metabolsk tilnærming. J Lab Clin Med. 2002;139:262–268.

15. Ivanisevic J, Elias D, Deguchi H, et al. Arteriovenøs blodmetabolomikk: en avlesning av intra-vevsmetabostase. Sci Rep. 2015;5:12757.

16. Jang C, Hui S, Zeng X, et al. Metabolittutveksling mellom pattedyrsorganer kvantifisert hos griser. Cell Metab. 2019;30:594–606.

17. Bremer J. Karnitin-metabolisme og funksjoner. Physiol Rev. 1983;63: 1420–1466.

18. Siggaard-Andersen O, Fogh-Andersen N, Gøthgen IH, Larsen VH. Oksygenstatus for arterielt og blandet venøst ​​blod. Crit Care Med. 1995;23:1284-1293.

19. Stoica SC. Høyenergifosfater og det menneskelige donorhjertet. J Hjerte-lungetransplantasjon. 2004;23:S244–S246.

20. Lisik W, Gontarczyk G, Kosieradzki M, et al. Intraoperative blodstrømmålinger i organallografter kan forutsi postoperativ funksjon. Transplantasjon Proc. 2007;39:371–372.

21. Molina DK, DiMaio VJ. Normal organvekt hos menn: del II - hjernen, lungene, leveren, milten og nyrene. Am J Forensic Med Pathol. 2012;33:368–372.

22. Hems DA, Brosnan JT. Effekter av iskemi på innholdet av metabolitter i rottelever og nyre in vivo. Biochem J. 1970;120:105-111.

23. De Medio GE, Goracci G, Horrocks LA, et al. Effekten av forbigående iskemi på fettsyre- og lipidmetabolismen i ørkenrottehjernen. Ital J Biochem. 1980;29:412-432.

24. Rao S, Walters KB, Wilson L, et al. Tidlige lipidforandringer ved akutt nyreskade ved bruk av SWATH lipidomik kombinert med MALDI-vevsavbildning. Am J Physiol Renal Physiol. 2016;310:F1136–F1147.

25. Portilla D, Shah SV, Lehman PA, et al. Rollen til cytosolisk kalsiumuavhengig plasmalogen-selektiv fosfolipase A2 i hypoksisk skade på kaninproksimale tubuli. J Clin Invest. 1994;93:1609-1615.

26. Hazen SL, Wolf MJ, Ford DA, Gross RW. Den raske og reversible assosiasjonen av fosfofruktokinase med myokardmembraner under myokardiskemi. FEBS Lett. 1994;339:213–216.

27. Chinopoulos C. Hvilken vei snur sitronsyresyklusen under hypoksi? Den kritiske rollen til a-ketoglutarat dehydrogenasekompleks. J Neurosci Res. 2013;91:1030–1043.

28. Chouchani ET, Pell VR, Gaude E, et al. Iskemisk akkumulering av succinat kontrollerer reperfusjonsskade gjennom mitokondriell ROS. Natur. 2014;515:431–435.

29. Wijermars LG, Schaapherder AF, Kostidis S, et al. Succinatakkumulering og iskemi-reperfusjonsskade: av mus, men ikke menn, en studie i nyreiskemi-reperfusjon. Am J Transplant. 2016;16:2741–2746.

30. Tretter L, Adam-Vizi V. Alpha-ketoglutarate dehydrogenase: et mål og generator av oksidativt stress. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2005;360: 2335–2345.

31. Heikal AA. Intracellulære koenzymer som naturlige biomarkører for metabolske aktiviteter og mitokondrielle anomalier. Biomark Med. 2010;4:241–263.

32. Sun F, Dai C, Xie J, et al. Biokjemiske problemer i estimeringen av cytosolisk fri NAD/NADH-forhold. PLoS One. 2012;7:e34525.

    ---