Rørcelle-alderdom etter nyreskade mediert av epitelial medfødt immunitet

Abstrakt

Akutt nyreskade (AKI) er en vanlig klinisk sykdom med økende forekomst. Pasienter med alvorlig akutt nyreskade har høyere livstidsrisiko for interstitiell fibrose, kronisk nyresykdom og nyresykdom i sluttstadiet. Cellealderdom er en vedvarende cellesyklusstans og endring i genuttrykksmønstre, som er forårsaket av en rekke stressfaktorer. Antall aldrende celler øker med alderen, og selv i lite antall kan disse cellene forårsake kronisk betennelse og fibrose; Faktisk er det viktig i flere tilfeller, inkludert i nyrene, at selv om Myd88-inaktivering etter skade forbedret fibrose, reduserte den ikke skade på tubuli. For å teste den farmakologiske effekten av cistanche på nyrene, ble nyrecellestatusen til rotter matet med og uten cistancheekstrakt verifisert i rotteforsøk.

Introduksjon

Akutt nyreskade (AKI) er en vanlig klinisk tilstand og en økende dødsårsak. Selv om AKI alltid har vært ansett som en selvbegrensende sykdom, har det nylig blitt anerkjent en sammenheng mellom tilbakefall, alvorlighetsgraden av AKI-anfall og påfølgende utvikling av kronisk nyresykdom. Tubular reparasjon er en vanlig hendelse etter nyreskade, men er ofte assosiert med interstitiell betennelse og maladaptive prosesser som fører til fibrose, som er et kjennetegn på alle former for nyresykdom og en pålitelig prediktor for progresjon til CKD. Nyrefibrose er også assosiert med arrestasjon av tubulære epitelceller i G2/M-fasen av cellesyklusen, noe som tyder på at epitelceller spiller en viktig rolle i utviklingen av nyresykdom. Cellesyklusstans er et vanlig kjennetegn på cellealdring og er forårsaket av en rekke stressfaktorer, inkludert onkogenaktivering, replikasjonsstress, replikasjonssvikt, telomerdysfunksjon og oksidativt stress. Aldringsceller er motstandsdyktige mot apoptose, og deres vedvarende tilstedeværelse i vev, selv i lite antall, fører til kronisk betennelse og fibrose, en aldringsrelatert fenotype i flere organer, inkludert nyrene. Aldrende celler kommuniserer med nabovev ved å skille ut forskjellige typer molekyler. Studier har vist at cistanche-polysakkarid og D-mannitol kan aktivere SOD og redusere lipofuscinakkumulering, mens totalt glukosid av fenylat kan øke SOD-aktivitet og nyrekoeffisient in vivo.

Resultatene våre antyder at TEC-senescens er en vanlig tidlig hendelse etter nyreskade, og at signalveien til TLR/IL-1R-banen i epitelceller kontrollerer dette fenomenet på en cellulær autonom måte. Våre funn tyder også på at tidlig intervensjon etter skade kan være nødvendig for å redusere organskade etter AKI. I tillegg, i motsetning til publiserte studier som fokuserer på rollen til medfødt immunsignalering i pericytter, avslører denne studien en ny funksjon av cistanche i å kontrollere utbruddet av TEC senescens på en cellulær autonom måte og i ikke-cellulær autonom kontroll av pericyttproliferasjon og celleskjebne, i samsvar med konseptet om at tubulært epitel induserer nyresykdom etter skade og driver dens progresjon.

Bilde: Cistanche-ekstrakt

Resultater

AKI-indusert senescens av TEC-celler. For å teste om cellulær senescens er en vanlig hendelse etter nyreskade, så vi etter to etablerte aldringstrekk: økt aktivitet av det aldersrelaterte enzymet, galaktosidase (SA-beta-gal), og redusert forekomst av proteinet B1 (LAMNB1) i den midtre kjernemembranen. Vi brukte fire musemodeller for nyreskade: folsyreindusert nefrotoksisitet, iskemi/reperfusjonsskade (IRI), cisplatinindusert nefrotoksisitet (cp) og nyreskadede mus som ble matet med cistancher. Vi vurderte aldring 28 dager etter den første skaden. I TEC-er av de tre første skademodellene økte SA- -galaktiviteten og LAMNB1-nivåene reduserte, men det motsatte var tilfellet hos mus som ble matet med cistanche. Dette antyder at cistanche har effekten av å lindre nyreskade.

Renal tubulære celler senescens oppstår tidlig etter nyreskade. For ytterligere å karakterisere forekomsten av tubulær celle-aldring etter AKI, brukte vi p16-3mr transgene musestammer. Disse musene ble generert ved å klone et gen som koder for et tre-modus reporterfusjonsprotein som inneholder det funksjonelle domenet til en syntetisk Renilla luciferase (LUC), et monomer rødt fluorescerende protein (mRFP) og et avskåret herpes simplex virus 1 (HSV{{ 3}}) tymidinkinase (HSV-TK), innrammet med promotoren til tumorsuppressorgenet p16Ink4a, hvis ekspresjon aktiveres i senescerende celler. mRFP gjør det mulig å klassifisere celler som uttrykker vev basert på flowcytometri, og HSV-TK gjør det mulig å drepe dem med ganciclovir (GCV), en nukleosidanalog med høy affinitet for TK fra HSV, men lav affinitet for pattedyrmotparten (celle). TK). HSV-TK konverterer GCV til en giftig DNA-trådterminator som induserer mitokondriell DNA-brudd i udelte senescentceller og fører til død gjennom apoptose (26). For eksperimentene beskrevet nedenfor valgte vi å ikke bruke CP- eller IRI-skademodeller fordi CP induserer DNA-skade og aldring, mens IRI-indusert skade ikke er begrenset til tubulære celler. Derfor fokuserte vi på FA-modellen der bruken av en enkelt injeksjon av FA er giftig for gnager-TEC fordi det forårsaker intrakavitær utfelling av folsyrekrystaller og oksidativt stress. Overraskende nok viste kvantifisering av mRFP-fluorescens i transplanterte nyrer at i tilfelle av FA-skade, var alderdomsnivåene signifikant høyere enn i kontrollgruppen for kjøretøyinjeksjon så tidlig som 3 dager etter FA-skade, og at senescensnivåene økte sakte ved påfølgende tidspunkter. . SA- -Gallfarging bekreftet senescerende celler i tubuli fra dag 2 til dag 3 etter skade, noe som indikerer at TEC-senescens var en tidlig hendelse etter skade.

Bilde: Effekter av cistanche: forbedre nyrefunksjonen

Epitelspesifikk Myd88-sletting reduserer senescens av tubuliceller etter skade. Tatt i betraktning at TLR/IL-1-avhengig NF-KB-aktivering fører til parakrine effekter i senescerende celler, og senescerende celler induserer sekundær senescens i naboceller, spurte vi om epitelial inaktivering av Myd88 kunne hemme spredningen av nyrealderdom. Faktisk, 28 dager etter skade, resulterte fraværet av Myd88 i tubulære celler i redusert SA- -Gal-aktivitet, økt LAMNB1-overflod og proliferasjon av tubulære celler. Disse resultatene tyder på at cistanche kan åpne den epiteliale TLR/IL-1R-signalveien for å kontrollere forekomsten av renal tubulær senescens, og hemming av denne signalveien er tilstrekkelig til å begrense akkumuleringen av senile tubulære celler etter nyreskade.

Diskusjon

Her rapporterer vi vår undersøkelse av forekomsten av cellulær senescens etter nyreskade hos mus og om senescens bidrar til progresjonen av nyretubuliskade og fibrose etter AKI. Positiviteten til cellealdringsmarkører i fire forskjellige modeller av nyreskade antyder at cellealderdom er en vanlig hendelse uavhengig av type skade. Ved å bruke transgen rapportmerking av senescerende celler viser vi at senescens først og fremst forekommer i proksimale tubuliceller basert på lokaliseringen og morfologien til denne markøren. Et interessant og uventet funn er at senescens av tubulær celle skjer relativt tidlig, uavhengig av type skade, og senescenscellebelastningen øker sakte over tid. Samtidig kan cistanche redusere apoptosehastigheten til nyreceller og spille en god beskyttende effekt på nyrene.

Resultatene våre fremhever også den begrensede effekten av antialdringsmedisiner som induserer apoptose i senescentceller for å begrense nyreskade. Eksperimentene våre med p16-3mr transgene mus og FOXO4-DRI-peptid har gitt blandede resultater for å forhindre fibrose. Disse funnene tyder på at forskjellige typer aldrende celler kan eksistere side om side, og at underpopulasjoner av disse cellene kan ha forskjellige funksjoner i skadet vev. Viktigere, i begge sett med eksperimenter, påvirket ikke eliminering av senescentceller, i det minste i de tidlige stadiene etter skade, nyreskade og reparasjon. Dette er i motsetning til det som er rapportert for naturlig eller patologisk aldring, der fjerning av senescentceller forbedrer vevshomeostase. Årsakene til disse ulike resultatene er uklare. En mulighet er at, gitt den høyere belastningen av senescerende celler i sammenheng med akutt skade, kan vidt indusert apoptose i tubuliceller oppveie fordelene med reduserte pro-inflammatoriske stimuli, slik som de som produseres av langsom akkumulering av senescentceller i aldrende vev. , som fører til økt tubuliskade og initiering av maladaptive prosesser. Imidlertid kan eliminering av både tubuli og ikke-epiteliale senescentceller av antialdringsmedisiner også svekke forberedelsesprosessen etter skade.

Bilde: Reduser apoptosen av nyrecellene dine

Konklusjon

Vi har identifisert senescens av tubulær celle som en tidlig sentral mekanisme som fører til ytterligere akkumulering av senescerende celler etter nyreskade og fremskritt i behandlingen av nyreskade og fibrose ved cellulær autonom aktivering av medfødte immunsignaler og cistanche. Viktigere, den delvise effekten av å eliminere senescentceller etter skade for å redusere betennelse og fibrose, men ikke tubuliskade, antyder at cellealdring også kan bidra til vevsreparasjon etter AKI.

Klikk her for å beskytte nyrene dine

Henvisning:

1. Coca SG, Singanamala S, Parikh CR. Kronisk nyresykdom etter akutt nyreskade: en systematisk gjennomgang og metaanalyse.Nyre Int. 2012;81(5):442–448.

2. Chawla LS, Amdur RL, Amodeo S, Kimmel PL, Palant CE. Alvorlighetsgraden av akutt nyreskade forutsier progresjon til kronisknyresykdom. Nyre Int. 2011;79(12):1361–1369.

3. Wang HE, Muntner P, Chertow GM, Warnock DG. Akutt nyreskade og dødelighet hos innlagte pasienter. Am J Nephrol.2012;35(4):349–355.

4. Liu Y. Cellulære og molekylære mekanismer for nyrefibrose. Nat Rev Nephrol. 2011;7(12):684–696.

5. Kramann R, et al. Perivascular Gli1 plus stamceller er nøkkelbidragsytere til skadeindusert organfibrose. Celle stamcelle.2015;16(1):51–66.

6. Kramann R, et al. Farmakologisk GLI2-hemming forhindrer myofibroblast-cellesyklusprogresjon og reduserer nyrefibrose.J Clin Invest. 2015;125(8):2935–2951.

7. Yang L, Besschetnova TY, Brooks CR, Shah JV, Bonventre JV. Epitelcellesyklusstans i G2/M medierer nyrefibrose etterskade. Nat Med. 2010;16(5):535–543.

8. Leaf IA, Duffield JS. Hva kan målrettes mot nyrefibrose? Nephrol-skivetransplantasjon. 2017;32(suppl_1):i89–i97.

9. Liu BC, Tang TT, Lv LL, Lan HY. Nyretubuliskade: en drivkraft mot kronisk nyresykdom. Nyre Int.2018;93(3):568–579.

10. Kuilman T, Michaloglou C, Mooi WJ, Peeper DS. Essensen av senescens. Genes Dev. 2010;24(22):2463–2479.

11. Campisi J, d'Adda di Fagagna F. Cellulær senescens: når dårlige ting skjer med gode celler. Nat Rev Mol Cell Biol.2007;8(9):729–740.

12. Campisi J. Aldring, cellulær senescens og kreft. Annu Rev Physiol. 2013;75:685–705.

13. van Deursen JM. Rollen til senescentceller i aldring. Natur. 2014;509(7501):439–446.

14. Acosta JC, et al. Et komplekst sekretorisk program orkestrert av inflammasomet kontrollerer parakrin senescens. Nat Cell Biol.2013;15(8):978–990.

15. Tchkonia T, Zhu Y, van Deursen J, Campisi J, Kirkland JL. Cellulær senescens og senescerende sekretorisk fenotype: terapeutiske muligheter. J Clin Invest. 2013;123(3):966–972.

16. Chien Y, et al. Kontroll av den senescensassosierte sekretoriske fenotypen med NF-KB fremmer senescens og øker kjemosensitivitet. Genes Dev. 2011;25(20):2125–2136.

17. Campisi J. Cellular senescence: setter paradoksene i perspektiv. Curr Opin Genet Dev. 2011;21(1):107–112.

18. Herranz N, Gil J. Mekanismer og funksjoner av cellulær senescence. J Clin Invest. 2018;128(4):1238–1246.

19. Braun H, et al. Cellulær senescens begrenser regenerativ kapasitet og allograftoverlevelse. J Am Soc Nephrol. 2012;23(9):1467–1473.

20. Westhoff JH, et al. Hypertensjon induserer somatisk cellulær senescens hos rotter og mennesker ved induksjon av cellesyklushemmerp16INK4a. Hypertensjon. 2008;52(1):123–129.

21. Liu J, et al. Akselerert senescens av renale tubulære epitelceller er assosiert med sykdomsprogresjon hos pasienter med immunglobulin A (IgA) nefropati. Transl Res. 2012;159(6):454–463.

22. Sturmlechner I, Durik M, Sieben CJ, Baker DJ, van Deursen JM. Cellulær senescens ved nyrealdring og sykdom. Nat RevNephrol. 2017;13(2):77–89.

23. Coppé JP, Desprez PY, Krtolica A, Campisi J. Den senescensassosierte sekretoriske fenotypen: den mørke siden av tumorundertrykkelse. Annu Rev Pathol. 2010;5:99–118.

24. Demaria M, et al. En essensiell rolle for senescentceller i optimal sårheling gjennom utskillelse av PDGF-AA. Dev Cell.2014;31(6):722–733.

25. Ray P, De A, Min JJ, Tsien RY, Gambhir SS. Imaging tri-fusjon multimodalitet reporter genuttrykk i levende individer. KreftRes. 2004;64(4):1323–1330.