Nikotin forverrer takrolimus-indusert nyreskade ved programmert celledød
Mar 23, 2022
Ta kontakt med:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791
Yu Ji Jiang, Sheng Cui, Kang Luo, Jun Ding
INTRODUKSJON
Til tross for oppdagelsen av nye immundempende midler, er takrolimus (TAC) fortsatt hjørnesteinen i immunsuppressive regimer ved solid organtransplantasjon. Langtidsbruk av TAC øker imidlertid risikoen for uønskede effekter (f.eks. nefrotoksisitet, nevrotoksisitet, infeksjoner, maligniteter, diabetes og gastrointestinale plager) [1]. Blant disse, akuttnyreskadeeller kronisk TAC nefrotoksisitet er rapportert hos 46 prosent av lungetransplanterte [2] og 22,4 prosent av nyretransplanterte [3]. Mens akuttnyreskadeanses reversibel etter TAC-dosereduksjon eller fullstendig seponering, er kronisk nefrotoksisitet, som fører til tap av allograft, irreversibel. Kronisk TAC nefrotoksisitet er preget av glomerulopati, hyalinose av afferente arterioler og stripet tubulointerstitiell fibrose (TIF) [4]. Selv om den eksakte mekanismen for dette kliniske dilemmaet forblir ukjent, har vi nylig demonstrert at betennelse som oppstår ved oksidativt stress, transformerende vekstfaktor 1 (TGF- 1) og programmert celledød kan være viktige aktører [5]. Sigarettrøyking er en kritisk folkehelseutfordring og samfunnsøkonomisk belastning som reduserer livskvaliteten. Epidemiologiske rapporter viser at det for tiden er mer enn én milliard sigarettrøykere over hele verden og seks millioner dødsfall årlig på grunn av tobakksbruk. Disse ratene øker begge, spesielt i utviklingsland eller uutviklede land [6]. Det er velkjent at sigarettrøyking er en risikofaktor for ulike krefttyper, kardiovaskulære hendelser (hjerteinfarkt og hjerneslag) og obstruktive lungesykdommer. I nyrene øker røyking alvorlighetsgraden av nedsatt nyrefunksjon hos pasienter med diabetes, hypertensjon, polycystisknyresykdom, og post-nyretransplantasjon [7]. Dessuten kan røyking også forårsake de novo nyreskade selv i en frisk befolkning uten forhåndseksisterende kronisk nyresykdom (CKD) [8]. Denne studien forsøkte å evaluere: (1) omnikotin(NIC), en primær giftig komponent ved sigarettrøyking, forverrer TAC-indusert nyreskade; og i så fall (2) hvilken mekanisme står for NIC(nikotin)-akselerert nefrotoksisitet.
cistanches herba kan lindre nyrefunksjonen
RESULTATER
Effekt av NIC(nikotin)på grunnleggende parametere
Tabell 1 skisserer effektene av NIC(nikotin)på grunnleggende parametere i forsøksgruppene. Begge NIC(nikotin)og TACøke UV(polyuri), som ble ytterligere økt av NIC(nikotin)og TAC-behandling. Verken NIC(nikotin)heller ikke TAC forhindret BW-tap. Urinproteinutskillelse, Scr, BUN og Cys-C var markant høyere i begge NIC(nikotin)og TAC-grupper sammenlignet med VH-gruppen; disse nivåene økte ytterligere med kombinasjonen av de to legemidlene, noe som antyder at NIC(nikotin)akselererer TAC-indusert nyredysfunksjon. Det var ingen signifikante SBP-forskjeller mellom gruppene. Fire ukers TAC-behandling økte blod-TAC-konsentrasjonen til 11.0±og ng/mL, mens NIC(nikotin) did not influence blood TAC concentration(12.8±15 ng/mL,p>o.o5 vs. TAC).I tillegg behandler normale rotter med NIC(nikotin)resulterte i økte kotininkonsentrasjoner i serum og urin med henholdsvis 56,5±17 ng/ml og 8;6±192,6 ug/dag. Disse serum- og urin-kotininkonsentrasjonene etterligner de som er observert hos mennesker som er aktive røykere [13].
Tabell 1. Effekt av NIC(nikotin)på funksjonelle parametere
Effekt av NIC(nikotin)om histopatologi ved kronisk TAC nefrotoksisitet
Kronisk TAC nefrotoksisitet er preget av unike histologiske egenskaper inkludert stripet TIF og glomerulopati. Ved histologisk farging og elektronmikroskopi fant vi at TAC-forårsaket glomerulær skade manifesteres av glomerulær kjellerfortykning og utsletting av podocyttfotprosesser (Fig. IA, IC og D), dette kan knyttes til økende urinproteinutskillelse. På kvantitative analyser, både NIC(nikotin)og TAC økte det fraksjonerte mesangiale området, med en ytterligere økning observert i NIC(nikotin)og TAC-gruppen. De største endringene i kronisk TAC nefrotoksisitet var begrenset til tubulointerstitielle områder, som avgrenset av tubulointerstitiell fibrøs avsetning, tubulær atrofi og stripet fibrose (fig. 1B, 1E og F). Tall viser tydelig at TIF-score i NIC(nikotin)pluss TAC-gruppen var høyere enn i begge NIC(nikotin)gruppen eller TAC-gruppen.
Figur 1. Representative mikrofotografier av periodic acid-Schiff(PAS)(A), Masson trikrom (B), transmisjonselektronmikroskopi (CF) og kvantitativ analyse av glomerulær skade og tubulointerstitiell fibrose (TIF); (C) glomerulær basalmembranfortykkelse (piler); (D) utsletting av podocyttfot prosesser (piler);(E)hevelse av tubulointerstitium og omfattende kollagenavsetning (scatters);(F) atrofierte tubuli (piler).VH, vehikel; NIC(nikotin), nikotin; TAC, takrolimus. s
Effekt av NIC(nikotin)på profibrotisk cytokinekspresjon ved kronisk TAC nefrotoksisitet
Den nåværende studien forsøkte å sammenligne uttrykket av det profibrotiske cytokinet TGF- 1 og CTGF, og den ekstracellulære matrisen (ECM)-komponenten til ig-h; mellom forsøksgruppene. I samsvar med TIF-funnene, NIC(nikotin)forsterket TAC-indusert overekspresjon av pro-fibrotisk TGF- 1og CTGF og ECM ig-h3(fig.2)
Figur 2. Representative mikrofotografier av immunoblotting-analysefor(A)transformering av vekstfaktor 1 (TGF-B1),(B TGF- -indusert gen-h(ig-h3), og (C) bindevevsvekstfaktor(CTGF). Verdier for proteinekspresjon er representert ved å bruke kjøretøyet (VH)-gruppen som 100 prosent referanse og normalisert til -aktin(nikotin), nikotin;TAC,takrolimus. 3 s
Effekt av NIC(nikotin)om betennelse ved kronisk TAC nefrotoksisitet
For å definere effekten av NIC på betennelse i TAC-indusert nyreskade, studerte vi uttrykket av proinflammatoriske mediatorer og pyroptose-relaterte gener ved immunblotting og immunhistokjemi. Fig. 3 viste at TAC-behandling oppregulerte uttrykket av pyroptose-relaterte cytokiner (ⅡL-1, IL-18 og NLRP3) og MCP-1, noe som resulterte i ED-1-positive celleinfiltrasjon, og ytterligere økninger ble funnet ved en kombinert behandling av NIC(nikotin)og TAC.
Figur 3. Representative mikrofotografier av immunhistokjemi for ektodermal dysplasi-1 (ED-1)(A) og immunblotting-analyse for proinflammatoriske cytokiner (B). VH, kjøretøy; NIC(nikotin), nikotin; TAC, takrolimus; MCP-1, monocyttkjemotaktisk protein-1;IL, interleukin; NLRP3, NOD-lignende reseptor pyrindomene-holdig protein3. s
Effekt av NIC(nikotin)på oksidativt stress ved kronisk TAC nefrotoksisitet
Som vist i Fig.4, kronisk(nikotin)TAC-behandling er nært forbundet med en ubalanse mellom oksidant- og antioksidantenzymer [12,14. Immunoblotting-analyse viste at NIC oppregulerte TAC-indusert NOX-2- og NOX-4-uttrykk, men undertrykte SOD1- og SOD2-uttrykk. I tillegg var serum- og urinnivåer av 8-OHdG, en oksidativ stressmarkør, høyere i NIC- og TAC-gruppene sammenlignet med VH-gruppen og høyest i NIC pluss TAC-gruppen. Disse funnene antyder en synergistisk effekt av NIC og TAC på oksidativt stress i denne modellen.
Figur 4. Representative mikrofotografier av immunoblotting-analyse av en serie oksidativt stressrelaterte proteiner (A) og serum (B) og urin (C)8-hydroksy-2'-deoksyguanosin (8-OHdG) konsentrasjoner. VH, kjøretøy; NIC(nikotin), nikotin; TAC, takroli-us; SOD, superoksiddismutase; NOX,NADPH oksidase.Bp
Effekt av NIC(nikotin)på programmert celledød ved kronisk TAC nefrotoksisitet
Enten type I (apoptose) eller type II (autofagi) programmert celledød er involvert i patogenesen av kronisk TAC-indusert nyreskade [1s]. Ved å bruke TUNEL-analysen observerte vi at de fleste TUNEL-positive celler eller apoptotiske legemer var lokalisert til tubulære epitelceller og interstitielle vaskulære endotelceller, hvor tubulær atrofi og typisk TIF progredierte (fig.5A). Kvantitativ analyse viste at både NIC(nikotin) og TAC økte TUNEL-positive celler betydelig sammenlignet med VH-gruppene; dette var mer uttalt i NIC pluss TAC-gruppen. På et molekylært nivå, tillegg av NIC(nikotin)til TAC-behandlede rotter resulterte i en betydelig dysregulering av Bcl-2/Bax og spaltet caspase-3-ekspresjon mot celledød (fig. 5B). I tillegg viste elektronmikroskopi at TAC-behandling induserte en rikelig dannelse av autofagiske rom, slik som initiale autofagiske vakuoler (AVi), nedbrytende autofagiske vakuoler (Avd) og mitofagi (en form for selektiv autofagi) i NIC, TAC og NIC pluss TAC-grupper (fig. 6). Kvantitativ immunblotting avslørte at overekspresjon av p62-, LC3B-, PINK1- og Parkin-proteiner sett i TAC-behandlede rottenyrer ble ytterligere økt med NIC (fig. 6G og 6H).
Figur 5. Representative mikrofotografier av TdT-mediert dUTP-biotin nick end labeling (TUNEL) assay(A) og immunblottinganalyse for apoptosekontrollerende gener (B).Nikotinbehandling øker TUNEL-positive celler (piler) i de tacro-limus-behandlede rottenyrene.VH, vehikel; NIC(nikotin),nikotin; TAC, takrolimus; Bcl, B-cellymfom; Bax, Bcl2-tilknyttet X. p
Effekt av NIC(nikotin)om mitokondriell dysfunksjon ved kronisk TAC nefrotoksisitet
Ved transmisjonselektronmikroskopi observerte vi tydelig at både NIC(nikotin)og TAC ødela mitokondrielle arkitekturer, som illustrert ved redusert mitokondriell størrelse og antall, uorganiserte cristae, vakuolisering, fusjon, mitofagidannelse og mitokondrier delt inn i to eller tre datterorganellfisjon)(fig.6). Kvantitative analyseresultater viste at NIC(nikotin) behandling reduserte antallet og størrelsen på mitokondrier ytterligere sammenlignet med NIC- eller TAC-behandling alene. Immunoblotting-analyse viste at dysregulering av mitokondrie-relaterte proteiner (OPA1 og Drpi) indusert av enten Nicor TAC ble forverret ved samtidig administrering av NIC og TAC (fig. 6).
Figur 6. Representative transmisjonselektronmikrofotografier av autofagi og mitokondriell morfologi(AF), immunblotting-analyse (G, H), og kvantifisering av mitokondrienummer og størrelse i hver behandlingsgruppe. (A) Autofagidannelse i nyrene til takrolimus (TAC) og/ellernikotin(NIC) behandlede rotter (pil); (B) et autofagisk rom som inneholder mitokondrier nyrene til 'TAC og/eller NIC(nikotin)behandlede rotter (mitofagi, pil); (C) normale mitokondrier; (D) redusert mitokondrienummer i nyrene til TAC og/eller NIC(nikotin)behandlede rotter;(E) mitokondriell fusjon sett i nyrene til TAC- og/eller NIC-behandlede rotter (sirkel);(F) mitokondrier delt inn i to eller flere datterorganeller i nyrene til TAC- og/eller NIC-behandlede rotter (fisjon, sirkel) . VH, vehikel;LC3B, lett kjede 3B;PINK1, fosfat- og spenningshomolog slettet på kromosom ti-indusert kinase 1;OPA, optisk atrofiprotein; Drp, dynaminrelatert protein.p
fisetinOmnyre
Effekt av NIC(nikotin)om endoplasmatisk retikulumstress ved kronisk TAC nefrotoksisitet
Som vist i Fig. 7 induserte Nicor TAC degranulering av ribosomer, frakoblede og utvidede cisternae og peroksisomvakuolisering i det grove endoplasmatiske retikulum (ER), mens glatt ER-struktur forble nesten normal (Fig. 7B). Immunoblotting-analyse viste at enten NIC(nikotin)eller TAC økte ekspresjonen av ER stressrelaterte gener inkludert CHOP, Bip, IRE-1 og ATF-6, men deres uttrykk ble ytterligere økt ved kombinasjonen av de to (fig.7C).
Figur 7. Representative mikrofotografier av transmisjonselektronmikroskopi (A, B) og immunoblotting-analyse av endoplasmatisk retikulum (ER) stressrelaterte gener (C).(A) Normal grov ER (piler); (B) degranulering av ribosomer, frakoblede og utvidede cisternae, og vesikkelutvidelse av grov ER inikotin(NIC) og/eller takrolimus(TAC)-behandlet rottenyre. VH, vehikel;CHOP, C/EBP homologt protein;Bip, bindende immunglobulinprotein; IRE-1c,inositolkrevende protein-1c; ATF, aktiverende transkripsjonsfaktor. s< o.01="" vs.vh,="">
DISKUSJON
Sigarettrøyking er en viktig modifiserbar risikofaktor for progresjon av CKD i både friske populasjoner og pasienter med underliggende sykdommer (f.eks. diabetes, hypertensjon). Kliniske studier viser at sigarettrøyking øker utskillelsen av albumin i urinen og påvirker nyrefunksjonen negativt [16]; i tillegg kan røykeslutt forbedre proteinuri hos pasienter med CKD og type 2 diabetes og bremse utviklingen til nyresykdom i sluttstadiet[1-,18]. Dessuten bidrar enten mottaker- eller donorrøyking til avstøtningsepisoder og kronisk allograftnefropati, noe som fører til allografttap ved nyretransplantasjon [19,2o]. Disse skadelige effektene av røyking (NIC(nikotin)) er speilet av studier i gnagermodeller av s/6 nefrektomi[2al og diabetisk nefropati [o]. I denne studien fant vi at NIC(nikotin)forverret TAC-indusert fraksjonert mesangialt område og TIF. Disse patologiske endringene førte til mer uttalt nedsatt nyrefunksjon og økt proteinutskillelse i urinen. Basert på disse resultatene og andre rapporter foreslår vi at sigarettrøyking kan akselerere tap av nyre allograft hos transplanterte som får TAC-baserte immunsuppressiva.
Betennelse spiller en sentral rolle i utviklingen av kronisk TAC-nefrotoksisitet, fordi den går foran pågående nyrearrdannelse. Økte proinflammatoriske mediatorer som respons på skadelige stimuli kan rekruttere inflammatoriske celler, som igjen overuttrykker pro-inflammatoriske og profibrotiske cytokiner som kjemoattraktanter, adhesjonsmolekyler og TGF- 1. Vi har nylig demonstrert at NLRP3-avhengig og uavhengig inflammasom er involvert i patogenesen av kronisk TAC nefrotoksisitet [s]. Våre resultater viser at administrering av NIC(nikotin)til TAC-behandlede rotter forsterker uttrykket av pyroptose-relaterte gener (NLRP3, IL-1 og I-18), proinflammatoriske mediatorer MCP-1 og profibrotiske cytokiner TGF- og CTGF, noe som fører til til overdreven ED-1-positiv celletilstrømning og ig-h oppregulering; disse responsene gjenspeiler alvorlighetsgraden av glomerulære og tubulære skader. Funnene våre stemmer overens med funnene til Arany et al.[22] og Agarwal et al.[23], som viste effekten av NIC på nyrebetennelse og fibrose.
Selv om NIC(nikotin)-basert forverring av kronisk TAC nefrotoksisitet i denne modellen kan være multifaktoriell, det er sannsynligvis relatert til virkningen av oksidativt stress. Det er velkjent at kronisk TAC-behandling er nært assosiert med afferent arteriolopati-relatert hypoksi, som senere kobles til oksidativt stress, som igjen aktiverer profibrotisk TGF- 1-overuttrykk, noe som fører til fibrose. Denne konstruksjonen støttes av observasjonen at antioksidantterapier (f.eks. koenzym Q10) svekker TGF- 1-ekspresjon og TIF via bevaring av mitokondriell integritet i kronisk TAC nefrotoksisitet 24]. Nylig har overveldende bevis fra in vitro-studier vist en sammenheng mellom kronisk NIC-eksponering og oksidativt stress ved en rekke nyreskader [o,25,26. Her fant vi at NIC øker serum- og urin-8-OHdG-nivåer og økt oksidantproteinekspresjon, mens det undertrykker antioksidantproteinekspresjon, og dermed øker TAC-indusert oksidativt stress så vel som fibrose. Faktisk kan NIC-forverring av TAC-behandlede nyrer i denne studien tilskrives oksidativt stress.
cistanche erektil dysfunksjon
Det er også mulig at både apoptose (type I programmert celledød) og autofagi (type II programmert celledød) er involvert i NIC(nikotin)-akselerert kronisk TAC nefrotoksisitet. Som tidligere illustrert, induserer NIC direkte podocytt- og nyreproksimal tubuluscelleapoptose [27,28]; det induserer også indirekte apoptotisk celledød via oksidativt stress[2g] eller aktivering av TGF- 1[22].NIC(nikotin)kan også indusere autofagi i pankreas stellate celler Bo], neonatale muse hjertemyocytter 31], og vaskulære glatte muskelceller 32]. Dermed henger oksidativt stress og programmert celledød sammen. Ved å bruke TUNEL-analyse og elektronmikroskopi, observerte vi tydelig at NIC betydelig økte antallet TUNEL-positive celler i tubulære epitelceller, interstitielle vaskulære endotelceller og autofagiske rom i TAC-behandlede rottenyrer. Disse morfologiske endringene ble ledsaget av dysregulering av apoptose- eller autofagi-relaterte gener i rottenyrer, noe som førte til celledød. Dette kumulative beviset tyder på at NIC(nikotin)i seg selv induserer ikke bare oksidativt stress og programmert celledød, men fremmer også den negative effekten av TAC på nyrene, noe som resulterer i nyredysfunksjon og arkitektonisk skade, som tidligere rapportert i modeller av streptozotocin (STZ)-indusert diabetisk nefropati [o] og CKD ( s/6 nefrektomi) B3].
I tillegg spiller oksidativt stress-opprinnelige intracellulære organeller som mitokondriell dysfunksjon og ER-stress en kritisk rolle i kronisk TAC nefrotoksisitetsintegritet, utløser ER-stress og dysregulerer mitokondrielle og ER-stresskontrollerende gener, og effektene forverres ved kombinert behandling med de to . Dermed kan forverring av mitokondriell kondisjon og ER-stress forklare effekten av NIC(nikotin) på TAC-indusert nyreskade
Vår studie avslørte at NIC(nikotin)ved en dose på 15 mg/kg forverrer TAC-indusert nyreskade gjennom oksidativt stress, betennelse og programmert celledød, i samsvar med tidligere studier [27,37,38]. Andre har imidlertid observert motsatte funn. Sadis et al.Bg] viste at NICat en dose på o.s mg/kg beskytter nyrene mot iskemi/reperfusjonsskade gjennom den kolinerge antiinflammatoriske veien. En annen studie av Agarwal et al. [23] rapporterte at langvarig oral behandling med NIC(nikotin)(28 uker) gir renobeskyttende effekter i en rottemodell av spontan proteinuri (München-Wistar-Frömter-rotter). Årsakene til denne uoverensstemmelsen i rollen til NIC på nyrene er ukjent, men kan avhenge av NIC-dose, medikamentbehandlingsvarighet eller gnagermodell. Ytterligere studier er nødvendig for å løse disse problemene. Denne studien viser tydelig at NIC forverrer TAC-indusert nyreskade i en rottemodell med kronisk TAC nefrotoksisitet. Forverring av oksidativt stress og programmert celledød kan være en mekanisme som ligger til grunn for de skadelige effektene av NIC. Våre funn gir større innsikt i virkningene av røyking blant transplanterte mottakere.
cistamche i funksjonen av nyre
REFERANSER
1. Bentata Y. Tacrolimus: 20 års bruk ved nyretransplantasjon hos voksne: hva vi bør vite om dens nefrotoksisitet. Artif-organer 202044140-152.
2. Sikma MA, Hunault CC, van de Graaf EA, et al. Høye takrolimus-blodkonsentrasjoner tidlig etter lungetransplantasjon og risiko for nyreskade. Eur J Clin Pharmacol 201773:573-58o.
3. Yagisawa T, Omoto K, Shimizu T, Ishida H, Tanabe K. Arteriosklerose i nulltidsbiopsi er en risikofaktor for takrolimus-indusert kronisk nefrotoksisitet. Nephrology (Carlton)201s;2o Suppl2:s1-57.
4. Nankvell BJ, P'Ng CH, O'Connell PJ, Chapman JR. Calcineurin-hemmer nefrotoksisitet gjennom linsen av langsgående histologi: sammenligning av cyklosporin- og takrolimus-epoker. Transplantation 2016;1oo:1723-171.
5. Lim SW, Shin Y, Luo K, et al. Effekt av Klotho på autophagy clearance ved takrolimus-indusert nyreskade. FASEB J 2o193:2694-2706.
6. Lim SS, Vos T, Flaxman AD, et al. En sammenlignende risikovurdering av sykdomsbyrden og skader som kan tilskrives 67 risikofaktorer og risikofaktorklynger i 21 regioner,199o-201o:en systematisk analyse for Global Burden of Dis-ease Study 201o.Lancet 2o12;38o:2224-226o.
7. Formanek P, Salisbury-Afshar E, Afshar M. Hjelpe pasienter med ESRD og tidligere stadier av CKD med å slutte å røyke. Am J Kidney Dis 2018;72:255-266.
8. Jain G, Jaimes EA.Nikotinsignalering og progresjon av kronisk nyresykdom hos røykere. Biochem Pharmacol 2013;861215-1223.
9. Zhang LY, Jin J, Luo K, et al. Shen-Kang beskytter mot takrolimus-indusert nyreskade. Koreansk JIntern Med 2019341078-1090.
10. Ibrahim ZS, Alkafafy ME, Ahmed MM, Soliman MM. Renobeskyttende effekt av curcumin mot det kombinerte oksidative stresset ved diabetes ognikotinhos rotter. Mol Med Rep 2016;13:3O17-3026.