Как острое повреждение почек влияет на клетки легких?
Mar 11, 2022
Для получения дополнительной информации:ali.ma@wecistanche.com
Часть Ⅱ: Окислительный стресс после острого повреждения почек вызывает разрушение ресничек клеток легких и их высвобождение в жидкость бронхоальвеолярного лаважа, а также повреждение легких, которое усугубляется делецией Idh2.
Ён Квон Хана, Джи Су Ким, Гван Бом Лиа, Джэ Ханг Лим, Квон Му Пак
Острое повреждение почек(ОПП) вызывает отдаленное поражение органов, что вызывает серьезную озабоченность у пациентов с ОПП.Острое повреждение почек). Недавние исследования показали, что отдаленное повреждение органов связано сокислительный стрессорганов и повреждение реснички, клеточной органеллы на основе аксонемы. Однако рольокислительный стресси повреждение ресничек при ОПП (Острое повреждение почек)-индуцированное повреждение легких еще предстоит определить. Здесь мы исследовали, является ли ОПП (Острое повреждение почек)-индуцированное повреждение легких связано с митохондриальнойокислительный стресси разрушение ресничек в клетках легких. АКИ (Острое повреждение почек) был индуцирован у изоцитратдегидрогеназы 2 (Idh2, митохондриальный антиоксидантный фермент) с делецией (Idh 2-/) и у мышей дикого типа (Idh2 плюс 7) с помощьюпочкаишемия-реперфузия (ИР). Группе мышей вводили Mito-TEMPO, специфический для митохондрий антиоксидант.ПочкаИР вызывала повреждения легких, включая утолщение альвеолярных перегородок, повреждение альвеол и накопление нейтрофилов в легких, а также повышение концентрации белка и общего числа клеток в жидкости бронхоальвеолярного лаважа (БАЛ). Кроме того,почкаИР вызывает фрагментацию ресничек эпителиальных клеток легких и высвобождение фрагментов в ЖБАЛ, ИР почек также увеличивает выработку супероксида, перекисное окисление липидов и окисление митохондриальной и ядерной ДНК в легких и снижает экспрессию IDH2. Легкоеокислительный стресси травмы зависели от степенипочкарана, делеция Idh2 усугубляла повреждения легких, вызванные ИР почек. Лечение с помощью Mito-TEMPO ослабляло повреждения легких, вызванные ИК, с более выраженным ослаблением у мышей Idh2-7-, чем у мышей Idh2 plus/plus. Наши данные показывают, что ОПП (Острое повреждение почек)вызывает разрушение ресничек и повреждение клеток черезокислительныйстрессв эпителиальных клетках легких, что приводит к выходу фрагментов разрушенных ресничек в БАЛ.
заболевание почек: ОПП (острая почечная недостаточность)
Делеция Idh2 усугубляет индуцированное ИР почек повреждение легких.
Наконец, мы исследовали роль IDH2 в поражении легких, вызванном ИР почек. Определить роль IDH2 в легких.окислительный стресси повреждение легких в условиях отсутствия или минимальных различий повреждения почек, мы индуцировали 35-минутную ишемию почки с последующей 4-часовой реперфузией у самок мышей Idh2-/- и Idh2 plus/ по двум точкам; 1) самки мышей менее восприимчивы к ИР-повреждению почек, и 4-часовая реперфузия вызывает менее тяжелое повреждение почек, чем 24-часовая реперфузия [3,39,40]. Как и ожидалось. 35-минутная ишемия и 4-часовая реперфузия увеличивали концентрацию мочевины как у мышей Idh2~/, так и у мышей Idh2 plus/ без существенной разницы в уровне мочевины между мышами Idh2-/ и Idh2/plus (рис. 7А). Однако повреждение легких, включая повышенную нейтрофильную инфильтрацию и утолщение альвеолярных перегородок, было больше у мышей Idh2-7-, чем у мышей Idh2 плюс 7 плюс (рис. 7B). В соответствии с гистологическим повреждением примерно 58,5% концентрации белка и 37,8% общего числа клеток в ЖБАЛ мышей Idh2-/- были выше, чем в ЖБАЛ мышей Idh2 plus/plus (рис. 7C и D). Никаких существенных различий в BUN и повреждении легких между мышами Idh2-/ и мышами Idh2 plus/plus не наблюдалось после имитации операции (фиг. 7A-D). Эти результаты показывают, что дефицит гена IDH2, митохондриального антиоксидантного фермента, усугубляет индуцированное ИР почек повреждение легких.
Для дальнейшего подтверждения роли IDH2 и митохондриальногоокислительный стресснапочкаИндуцированное ИК повреждение легких, мы оценили, ингибирует ли Mito-TEMPO увеличение концентрации белка и количества клеток в ЖБАЛ после ИР почек. Лечение Mito-TEMPO предотвращало увеличение концентрации белка и общего числа клеток после ИР почек как у мышей Idh2-/, так и у мышей Idh2 plus/plus. Это предотвращение было выше у мышей Idh2-/-, чем у мышей Idh2 plus/ (приблизительно 32,2% у Idh2 plus/ и 38,6% у Idh2-/- по концентрации белка в ЖБАЛ и 8,4% у Idh2). плюс / плюс и 35,4 процента Idh2-7- от общего числа клеток в ЖБАЛ) (рис. 7C и D). Mito-TEMPO немного снижал уровни мочевины у обеих мышей, но это не было статистически значимым (рис. 7A). . Эти результаты показывают, что IDH2 играет важную роль в поражении легких, вызванном ИР почек.
Рис. 7. Большее повреждение легких после ИР почек у мышей Idh2-/-, чем у мышей Idh2 plus/plus, и большее предотвращение индуцированного ИР почек повреждения легких с помощью Mito-TEMPO у Idh2-/- мышей, чем у Idh2 plus/мыши.Однопометные самки Idh{{0}}с делецией (dh2-7) и дикого типа (Idh2 плюс /) подвергались 35-минутной двусторонней ишемии почек. Некоторым мышам дважды вводили Мито-ТЕМПО (Мито-Т, 0,7 мг/кг МТ, внутрибрюшинно)17 и за 1 ч до ишемии. Легкие, БАЛ и кровь собирали через 4 часа после ишемии. (A) BUIN в плазме измеряли, как описано в материалах и методах (n =4). (B) Ткани легкого с фиксированной перфузией разрезали на срезы толщиной 3- мкм, которые затем подвергали окрашиванию H&E (n= 3). (C. D) Концентрацию белка и общее количество клеток в ЖБАЛ измеряли, как описано в материалах и методах (n =4). Результаты выражены как среднее ± SEM (n =3-4).
ИР почек значительно повышала экспрессию 4-HNE в легких как у мышей Idh2-/-, так и у мышей Idh2 plus / через 4 ч после ишемии почки, и это увеличение было больше у мышей Idh2-/, чем у мышей Idh2-/. Мыши Idh2 plus/plus (p<0.001)(fig.8a and="" b).="" mito-tempo="" prevented="" the="" increase="" in="" 4-hne="" expression="" in="" both="" mice(37.5="" %="" in="" idh2+/and="" 28.4="" %="" in="" idh2-/)(fig.8c="" and="" d).="" there="" were="" no="" significant="" differences="" in="" 4-hne="" expression="" between="" sham-operated="" idh2+/+="" and="" idh2-/mice="" (fig.="" 8a="" and="" b).="" superoxide="" levels="" in="" the="" lungs="" were="" greater="" in="" idh2-/="" mice="" than="" in="" idh2+/="" mice=""><0.001)(fig.8e).mito-temporeduced superoxide="" levels="" in="" both="" mice(p="0.052" in="" idh2+/+="" and="" p="0.001" in="" idh2-/-).this="" reduction="" was="" greater="" in="" idh2-/-mice="" than="" in="" idh2+/+="" mice="" (approximately="" 11.6="" %="" in="" idh2+/+and="" 27.2="" %in="" idh2-7-)(fig.8e).the="" levels="" of="" 4-hne="" in="" balf="" increased="" in="" both="" idh2-/-mice="" and="" idh2+/+="" mice,="" with="" a="" greater="" increase="" in="" idh2-/mice="" than="" inidh2+/+=""><0.001)(fig.8f and="" g).="" mito-tempo="" prevented="" the="" increase="" in="" 4-hne="" expression="" in="" both="" mice="" (14.9="" %="" in="" idh2+/+and="" 45.6="" %="" in="" idh2-/)(fig.8f="" and="" g).="" next,="" we="" determined="" the="" levels="" of="" arl13b,="" ac-α-tubulin,="" and="" α-tubulin="" in="" balf.="" kidney="" ir="" induced="" increases="" in="" arl13b,="" ac-α-tubulin,="" and="" α-tubulin="" expression="" in="" balf;="" these="" increases="" were="" also="" greater="" in="" idh2-7mice="" than="" in="" idh2+/+="" mice(fig.="" 8h-k).="" mito-tempo="" inhibited="" kidney="" ir-induced="" increases="" in="" the="" expression="" of="" arll3b,="" ac-α-tubulin,="" and="" α-tubulin="" in="" the="" balf,="" and="" these="" inhibitions="" were="" also="" greater="" in="" the="" idh2-/-mice="" than="" in="" the="" idh2+/t="" mice="" (approximately="" 16.7%="" in="" idh2+/+="" and70.4%inidh2-/in="" arll3b;33.5%in="" idh2+/+="" and="" 51.7="" %inidh2-/-in="" ac-α-tubulin;="" 39.9="" %="" in="" idh2+/+="" and="" 52.5="" %="" in="" idh2~/-in="" α-tubulin)(fig.8h-k).="" these="" results="" indicate="" that="" the="" deletion="" of="" idh2="" augmented="" kidney="" ir-induced="" lung="" injury="" by="" increasing="" mitochondrial="">окислительный стресс.
Рис.8. Большое легкоеокислительный стресси повреждение ресничек после ИР почек у мышей Idh2-/-, чем у мышей Idh2 plus/plus, и большее предотвращение стресса и повреждений с помощью Mito-TEMPO у мышей Idh2-7, чем у мышей Idh27.Однопометные самки Idh{{0}}с делецией (Idh2-7-) и дикого типа (Idh2 плюс 7 плюс) подвергались либо 35-минутной двусторонней ишемии почек (isch), либо ложной операции. Некоторым мышам вводили либо Mito-TEMPO (Mito-T, 0,7 мг/кг массы тела, внутрибрюшинно), либо носитель дважды за 17 и 1 час до ишемии. Легкие и ЖБАЛ собирали через 4 ч после ишемии. (AD,F,G)4-Экспрессию HNE в тканях легких и ЖБАЛ оценивали с помощью вестерн-блоттинга (n =3-4). В качестве нагрузки использовали GAPDH. контроль. Плотность полос измеряли с помощью программного обеспечения ImageJ. (E) Измерен уровень супероксида в легочной ткани (n=4). Экспрессия (FK)4-HNE, Arl13B, ac- -тубулина (ac- -tub) и -тубулина ( -tub) в ЖБАЛ была проанализирована с помощью вестерн-блоттинга (n =4 ). Плотность полос измеряли с помощью программного обеспечения ImageJ. Результаты выражены как среднее значение ± SEM (n=4).
4. Дискуссия
В настоящем исследовании мы сообщаем, что повреждение легких, вызванное ИР почек, усугубляется делецией Idh2, и что лечение митохондриальными антиоксидантами ослабляет повреждение легких, вызванное ИР почек. Кроме того, ИР почек вызывает разрушение ресничек в клетках легких посредствомокислительный стресс, и полученные в результате разрушенные фрагменты ресничек и белки высвобождаются в ЖБАЛ. Важно отметить, что это разрушение ресничек предотвращается специфическим для митохондрий антиоксидантным лечением. Напротив, делеция Idh2- усугубляет индуцированное ИР почек разрушение ресничек клеток легкого. Эти данные указывают на то, что ИР почек нарушает окислительно-восстановительный баланс в клетках легких зависимым от времени ишемии образом, что приводит кокислительный стрессразрушение легочной ткани и ресничек. Более того, разрушение ресничек, по крайней мере частично, связано с ОПП. (Острое повреждение почек)-индуцированное поражение легких. Насколько нам известно, это первый отчет, демонстрирующий, что ОПП (Острое повреждение почек)вызывает разрушение ресничек в клетках легкихокислительный стресс, и полученные в результате разрушенные фрагменты ресничек и белки высвобождаются в ЖБАЛ. Эти результаты показывают, что предотвращение разрушения ресничек может быть новой стратегией лечения ОПП. (Острое повреждение почек)связанный с АЛИ. Кроме того, эти данные указывают на то, что цилиарные белки и фрагменты в ЖБАЛ могут быть использованы в качестве индикаторов повреждения легких.
Дистанционное поражение органов, вызванное ИР почек, представляет собой сложный процесс, в который вовлечено множество факторов [4,8,41,42]. Несколько исследований показали, что АФК иокислительный стрессспособствуют отдаленному повреждению органов после повреждения почек [4,8,41]. Было высказано предположение, что при поражении легких после ИР почек нейтрофилы, которые проникают в легкие, функционируют как основные клетки, продуцирующие АФК, в легких после стимуляции цитокинов, продуцируемых в поврежденной почке. Это производство АФК впоследствии вызывает дополнительное увеличение АФК в легких за счет активации системы, продуцирующей АФК, и ингибирования системы удаления АФК, или того и другого [5,43]. Недавно Hepokoski, M. et al. сообщили, что внеклеточное накопление митохондриальных DAMP в почках вызвано ОПП. (Острое повреждение почек), влияет на метаболические пути легких и вызывает митохондриальную дисфункцию [42]. В настоящем исследовании мы обнаружили повышенную инфильтрацию нейтрофилов в легкие после ИР почек, в зависимости от времени ишемии почки, т. е. тяжести повреждения ИР почек. Мы также обнаружили, что ИР почек увеличивает образование супероксида, перекисное окисление липидов и окисление ДНК в широком диапазоне тканей легких, включая интерстициальные альвеолярные перегородки, альвеолярный эпителий и эпителий дыхательных путей. Кроме того, мы обнаружили снижение экспрессии IDH2 в легочной ткани после ИР почек. Эти данные указывают на то, что клетки легких подвергаютсяокислительный стрессследующийпочкаIR и что это увеличилоокислительный стресс, в том числе митохондриями клеток легких, может вызывать повреждение и дисфункцию клеток и тканей. Кроме того, специфическая для митохондрий антиоксидантная обработка снижает индуцированное ИР почек повреждение легких и ингибирует образование супероксида и окисление липидов и ДНК в легких.
заболевание почек: окислительный стресс в почках
IDH2 катализирует окислительное декарбоксилирование изоцитрата до -кетоглутарата в митохондриях, сопровождающееся восстановлением НАДФ до НАДФН [31,32,35,44]. НАДФН является источником восстановительных эквивалентов как для тиоредоксина, так и для глутатионовой системы детоксикации перекисей [31,32,35,44,45]. Недавно Парк и др. сообщили, что дефицит Idh2 повышает восприимчивость к индуцированной акролеином легочной токсичности в клетках карциномы легкого Льюиса и у мышей за счет нарушения митохондриального окислительно-восстановительного баланса, что приводит к митохондриальнойокислительныйстресси апоптоз [31]. В этом исследовании мы обнаружили, что ИР почек снижает экспрессию IDH2 в легких и что делеция Idh2 у мышей усугубляет индуцированное ИР почек повреждение легких иокислительный стресс. Кроме того, поступление митохондриальных антиоксидантов снижает повреждение легких иокислительный стрессс более выраженным снижением у мышей с2-удалением Idh, чем у однопометников дикого типа. Эти данные указывают на то, что повреждение легких, вызванное ИР почек, связано со снижением функции IDH2 и последующим увеличением активности митохондрий.окислительный стресс. Кроме того, могут быть половые различия в повреждении легких и поражении легких.окислительный стресс(см. рис. 1 и 7). Однако, хотя мы обнаружили большее повреждение легких иокислительный стресси более выраженный защитный эффект Mito-TEMPO у самок мышей с 2-дефицитом Idh, чем у самок мышей дикого типа, при сходных постпочечных уровнях BUN (в свою очередь, при аналогичной степени повреждения почек). тяжесть повреждения почек не может быть полностью проигнорирована из-за зависимости повреждения легких от повреждения почек. На этот вопрос можно ответить с помощью систем доставки антиоксидантов, специфичных для легких, или животных с условной нокаутом, специфичных для клеток легких.
Длина ресничек в клетках динамически изменяется как в физиологических, так и в патофизиологических условиях. Недавние исследования показали, что аномальное изменение длины ресничек связано с развитием и прогрессированием различных заболеваний, а сами реснички связаны с функцией митохондрий [17-20,43,46,47]. В физиологических условиях изменение длины ресничек происходит либо за счет реабсорбции, либо за счет удлинения во время нормального клеточного цикла [48-51]. Резорбция представляет собой нормальный процесс, при котором клетки втягивают реснички внутрь клетки во время перехода от фазы GO/G1 к фазам S-G2 клеточного цикла, и полная реабсорбция ресничек происходит перед митозом [48-51]. Недавние исследования показали, что укорочение длины ресничек вызывается повреждением клеток [17-20,46,52]. В предыдущих исследованиях мы обнаружили, что ОПП (Острое повреждение почек)индуцирует разрушение ресничек в эпителиальных клетках почечных канальцев в результатеокислительный стресс[18-20]. Кроме того, мы обнаружили, что повреждение печени ИР вызывает децилирование первичных ресничек тубулярных клеток отдаленных почек вследствиеокислительный стрессвпочкаканальцевых клеток, и что это разрушение предотвращается антиоксидантной обработкой [20]. Более того, дефицит первичных ресничек активирует переход от эпителия к мезенхиме, что имеет решающее значение для прогрессирования фиброза [53], что указывает на то, что реснички связаны с прогрессированием посттравматических реакций. В настоящем исследовании мы обнаружили, что ИР почек вызывает разрушение ресничек клеток легких, и эти разрушенные фрагменты ресничек высвобождаются в ЖБАЛ. Кроме того, удаление Idh2 усилило ОПП. (Острое повреждение почек)-индуцированное разрушение ресничек, тогда как обработка Mito-TEMPO предотвращала индуцированное IR повреждение ресничек легких с более выраженным профилактическим эффектом у мышей Idh2-/, чем у мышей Idh2 plus/plus. Кроме того, мы обнаружили, что молекулы, содержащие БАЛ, сильно окислены, а инъекция Mito-TEMPO снижает окисление содержимого БАЛ. Поэтому мы предполагаем, что ROS иокислительный стрессвызывают разрушение ресничек. Подтверждая это, в предыдущих исследованиях мы обнаружили, что высокие концентрации перекиси водорода разрушают реснички в клетках почечных канальцев [18].
Легкие обычно представляют собой подвижную ткань, богатую ресничками, а дисфункция дыхательных ресничек связана с нарушением мукоцилиарного клиренса, инфекциями грудной клетки и прогрессирующим разрушением легочной архитектуры [54]. В апикальной области бронхиол реснитчатые клетки имеют обильные митохондрии для производства АТФ для движения ресничек [13]. Исследования показали, что повреждение митохондрий в реснитчатых клетках вызывает дисфункцию как ресничек, так и клеток легких, что может привести к избытку АФК [55,56]. В нескольких исследованиях сообщалось, что нарушение митохондриальной динамики и митохондриальное повреждение связаны с заболеваниями легких [56,57]. В настоящем исследовании мы также обнаружили, что ИР почек вызывает аномальное увеличение образования супероксида и деления митохондрий в легких. Кроме того, мы обнаружили увеличение фрагментов ресничек и белков в ЖБАЛ мышей с IR почек. Поэтому мы предположили, что дециляция связана, по крайней мере частично, с ОПП. (Острое повреждение почек)-индуцированный АЛИ. Однако мы не смогли различить, какие типы ресничек разрушены и какие клетки являются основными клетками, высвобождающими фрагменты ресничек, среди клеток легких из-за отсутствия специфических маркеров первичных и подвижных ресничек и ограничений гистологического исследования. Это ограничение может быть преодолено в дополнительных экспериментах с использованием специфичных для легких систем доставки лекарств или нацеливания генов, связанных с генезом ресничек, специфичных для легких. Однако наши данные ясно демонстрируют, что ОПП (Острое повреждение почек)-родственный ALI связан с разрушением ресничек иокислительный стрессклеток легких.
лечение острой почечной недостаточности и улучшение функции почек: цистанхе
Благодарности
Это исследование было поддержано грантом Национального исследовательского фонда Кореи (NRF) (NRF-202OR1A2C2006903, MIST), финансируемым Министерством науки и ИКТ (MIST), и грантом Корейского проекта исследований и разработок в области технологий здравоохранения ( HI15C0001) через Корейский институт развития индустрии здравоохранения (KHIDD, финансируемый Министерством здравоохранения и социального обеспечения правительства Кореи.
использованная литература
[1] F.Fani, et al., Последние достижения в изучении патогенетических механизмов сепсис-ассоциированногоострая почечная недостаточность, J. Nephrol.31 (2018)351-359.
[2] HSJang, et al., Активация ERK ускоряет восстановление эпителиальных клеток почечных канальцев, в то время как она ингибирует прогрессирование фиброза после ишемии/реперфузионного повреждения, Biochim. Биофиз. Закон 1832 (2013 г.)1998-2008.
[3] KMPark, A. Chen, JVBonventre, Предотвращениепочкафункциональное повреждение, вызванное ишемией/реперфузией, и JNK,p38 и MAPKкиназаактивация дистанционной ишемической предварительной обработкой, J. Biol. Chem.276(2001)11870-11876.
[4] С. Фобель, К.Л. Эдельштейн, Механизмы и медиаторы повреждения легких послеострая почечная недостаточность, нац. Преподобный Нефрол. 12 (2016)48-60.
[5] С.А. Ли.М. Коцци. ЭЛ.Буш. H, Рабб. Дисфункция отдаленных органов вострая почечная недостаточность: обзор, Am. J. Kidney Dis.72 (2018)846-856.
[6] LE White, HT.Hassoun, Воспалительные механизмы перекрестных помех органов во время ишемическойострая почечная недостаточность, Интернет Дж.Нефрол. 2012 (2012), 505197.
Примечание:приведенное выше не является полным справочным списком