Kapitel 2: Inflammasomernas roll vid glomerulonefrit

För mer information. Kontakttina.xiang@wecistanche.com

7. Inflammasom involvering i autoimmuna njursjukdomar

En sammanfattning av de viktigaste publikationerna relaterade tillinflammasomundersökningar av glomerulonefrit visas i tabell 1.

LDG, granulocyter med låg densitet; NET, neutrofiler extracellulära fällor; dsDNA, antidubbelsträngat DNA; SLE, systemisk lupus erythematosus; LN, lupus nefrit; NFkB, nukleär faktor kappa B; TNF-c, tumörnekrosfaktor; siRNA, litet interfererande RNA; INF, interferon; HMGB1, högmobilitet grupp box 1 protein; LPS, Lipopolysackarid; ATP, adenosintrifosfat; CASP1, caspase-1; ANCA, anti-neutrofil cytoplasmatisk autoantikropp; NE, neutrofil elastas; PR3, proteinas 3; MPO, myeloperoxidas; NCGN, nekrotiserande halvmåneglomerulonefrit; Phox, NADPH-oxidas; PR3, proteinas 3; IgAN, IgA nefropati; mRNA, budbärar-RNA; shRNA, kort hårnåls-RNA; Il-1ra, interleukin-1-receptorantagonist; anti-GBM, anti-glomerulärt basalmembran; PMN, polymorfonukleär; ICAM-1, intercellulär adhesionsmolekyl-1; IL-1RI, IL1 typ 1-receptor.

Klicka här för att lära känna cistanche var man kan köpa

7.1. Lupus nefrit

SLE är en kronisk sjukdom som ofta drabbarnjure. Lupus nefrit (LN) är den vanligastenjursjukdom, som involverar cirka 50 procent av patienterna med SLE. Dettaautoimmun sjukdomdrabbar främst kvinnor i reproduktiv ålder. Hos män kan sjukdomen vara mer aggressiv. Patienter har vanligtvis LN i tidig ålder, och det uppträder vanligtvis i de inledande stadierna av sjukdomen. Patienter med denna njurfunktionsnedsättning har en ökad dödlighet. Totalt går 10-30 procent av patienterna med LN till njursvikt som kräver njurersättningsterapi.

Oregelbundenheter i medfödd och adaptiv immunitet bidrar till patogenesen av SLE. LN uppstår när transkriptionen av gener associerade med neutrofiler ökar. Ökningen av IFN föregår aktiveringen av neutrofiler. Ökningen av IFN orsakar differentieringen av B-celler till plasmablaster och producerarinflammationav specifika vävnader genom neutrofiler och aktiva myeloidceller. När dessa neutrofiler dör uppstår extracellulära neutrofilfällor (NET). NET är meshing-kromatinfibrer kombinerade med granuler som härrör från antimikrobiella peptider och enzymer som spelar en viktig försvarsroll [74]. Dessa maskor hjälper till att upprätthålla antigenspecifik autoantikroppsproduktion.

Bildandet av immunkomplex som deponeras i glomerulus härrör från produktionen av antikroppar mot nukleära och cellulära antigener. Immunkomplex kan aktivera komplement och orsaka njurskador, särskilt genom den alternativa vägen. Plasma interstitialceller genererade av B- och T-celler aggregerar i njurtubulointerstitium och genererar också produktion av autoantikroppar [73].

En ökning av inflammasomens komponenter observerades i biopsier av patienter med LN som PICARD(ASC), kaspas-1 och IL-18, vilket indikerar deras bidrag till sjukdomen 75]. Dessutom korrelerar den ökade transkriptionen av IL-18 i de tubulointerstitiala och glomerulära avdelningarna med svårighetsgraden av LN och uppkomsten av proteinuri.

7.1.1. In vitro-modell

Aktiveringen av inflammasomen i celler med medfödd immunitet kan utlösa eller förstärka ett autoimmunt svar. Efter exponering för en inflammatorisk stimulans som LPS ökar isolerade färska monocyter aktiveringen av inflammasomen som kännetecknas av ökningen av kaspas-1, IL-1 och IL-18. En kaspas-1-hämmare som läggs till in vitro-kulturer minskar IL-18-produktionen.

Som tidigare nämnts bidrar NETosis-mekanismen till neutrofilers död hos SLE-patienter. Bevis från grupper av forskare tyder på att SLE-patienter kännetecknas av en obalans mellan utveckling och eliminering av NET, vilket ger vävnadsskador. Specifikt tillåter lågdensitet proinflammatoriska granulocyter som förekommer i blodomloppet hos SLE-patienter en mycket större kapacitet att producera NET[79].

Kahlenbertg och hennes medarbetare [80] visade först att NET delvis är aktivatorer av inflammasomen genom att externisera LL-37. NET externiserar olika antimikrobiella peptider. Specifikt är cathelicidin LL-37 en peptid som syntetiseras av bland annat neutrofiler, monocyter och makrofager, med aktivitet mot flera patogener. LL-37-externisering i NET har identifierats i neutrofiler från SLE-patienter [79]. I denna studie [80] renade och isolerade författarna mänskliga och murina makrofager. Resultaten visade att LL-37 aktiverade NLRP3-inflammasomen i makrofager och att SLE-patienter var mer benägna att aktivera inflammasomen som svar på LL-37 och NET jämfört med makrofager från kontrollpatienter. Denna stimulering vidmakthåller ökningen av IL-1 och IL-18, vilket i sin tur kommer att främja NETos vilket resulterar i sjukdomsutbrott eller organskador, främst njurar, hud och hjärna. Dessutom antydde deras data att NLRP3-inflammasomen krävs för kaspas-1-aktivering av LL-37.

7.1.2.Djurmodell

Det är anmärkningsvärt att nämna att NLRP3 i olika murina studier har associerats med LN. Kahlenberg et al. [81], studerade rollen av kaspas-1 i induktionen av murin lupus. Musmodeller av vildtyp exponerades för pristan-utvecklade lupus-relaterade autoantikroppar och aktivt svar på INF typ I. Efter pristanexponering hade kaspas-1 -/- möss inte ökade nivåer av IL-1 eller IL -18, vilket tyder på att kaspas-1 spelade en roll i transkriptionen av dessa cytokiner. Dessutom visade caspase-1-/-möss mindre utveckling av autoantikroppar och immunkomplex relaterade till glomerulonefrit, i kontrast till vildtypsmöss. P2X7, en extracellulär ATP-styrd jonkanalreceptor, har också visat sig spela en roll i NLRP3-aktivering och LN-utveckling. Användningen av en selektiv P2X7-antagonist i lysande blå Gin MLR/Ipr-möss producerade en nedreglering av NLRP3/ASC/Caspase-1-komplexet och därför en suppression av IL-. Detta minskade LN svårighetsgrad, proteinuri och blod urea kvävenivåer i möss. På samma sätt minskar P2X7/NLRP3-hämning Th17:Treg-förhållandet, vilket minskar anti-dubbelsträngade DNA-antikroppar (anti-dsDNA). NZM2328 möss som injicerades intravenöst med adenovirus-uttryckande interferon-c-partiklar bekräftade dessa resultat [82]. Ökat uttryck av P2X7 har också observerats i njurvävnaden hos patienter med SLE [83]. En neutraliserande monokelantikropp mot box 1-protein med hög rörlighet, ett nukleärt ubiquitinprotein som binder till DNA, har också visat sig minska IL-, IL-6, IL-17 och IL{{42} } nivåer och caspase-l i njurar från BXSB möss. Dessutom försvagade denna modell även proteinuri, glomerulonefrit, njurimmunkomplexavlagringar och cirkulerande anti-dsDNA.

En annan inflammatorisk väg som påverkar LN är NF-kB. NF-KB är en transkriptionsfaktor som deltar i medfödd och adaptiv immunitet [85]. I humanstudier har en korrelation beskrivits mellan aktiveringen av NF-kB och den histologiska och njurfunktionsnedsättningen [86]. Zhao et al. [87] studerade om hämningen av båda vägarna minskade LN-progression hos lupus-benägna MRL/LPR-möss. Detta intresse utlöstes av den njurpatofysiologiska roll som NF-kB spelar. Hämning av NF-kB och NLRP3 av Bay11-7082 förhindrade deras bildning respektive aktivering, vilket resulterade i en förbättring av etablerad njurskada i LN. Dessutom minskade Bayl{11}} avlagringar av njurimmunkomplex och anti-dsDNA-nivåer i serum.

AIM2 har också varit inblandad i patogenesen av SLE. Emellertid har dess hämning visat sig vara tvåkantig i förhållande till patofysiologin för LN. Zhang och medarbetare analyserade sambandet mellan svårighetsgraden av LN och AIM2 hos SLE-patienter och lupusmöss. AIM2-uttryck var förhöjt i PBMC från SLE-patienter. Dessutom korrelerade AIM2 med makrofagaktivering och förstärktes i makrofager inducerade av lymfocythärledd apoptotisk DNA. Hämningen av AIM2 av siRNA minskade infiltrationen av makrofager i njurvävnad och gav en förbättring av nefrit [88] Men andra forskare fann att hämningen av AIM2 genererade mottaglighet för att utveckla SLE. p202 reglerar AIM2 negativt i vissa musstammar, vilket ökar INF och predisposition för SLE.

7.1.3. Människomodell

Inflammasomens roll i autoimmuna sjukdomar har beskrivits brett. Studier med olika SNP relaterade till inflammasom hos patienter med SLE har rapporterats i litteraturen. Pontillo et al.[90] analyserade 14 SNP i 7 inflammasomgener, såsom NLRP1, NLRP3, NLRC4, AIM2, CARD8, CASP1 och IL1B. Studien visade för första gången ett samband mellan SNP och SLE i en befolkning från södra Brasilien. NLRP1 rs2670660 SNP, särskilt i kombination med NLRP1-varianten rs12150220, ger en ökad risk för SLE och utveckla nefrit, artrit och hudutslag. Andra SNP: er som också beskrivs i autoimmuna sjukdomar, såsom celiaki [91] och diabetes [21], var inte associerade med SLE-sjukdom i deras befolkning [90]. De fann inte heller något samband med SLE med avseende på AIM2 eller IL1B polymorfismer [90]. Dessutom har resultat från da Cruz et al. fann en funktionsvinst i varianten NLRP3 rs10754558 hos patienter med LN.

7.2.ANCA Glomerulonefrit

ANCA associerad med vaskulit (AAV) är en livshotande autoimmun sjukdom som kännetecknas av antikroppsmedierad glomerulonefrit och nekrotiserande vaskulit. AAV påverkar små och medelstora kärl, särskilt organ som njure och lunga. Pauci-immun och nekrotiserande glomerulonefrit är ofta associerade hos patienter med vaskulit som är vanligare hos män över 50 år. ANCA-vaskulit är vanligtvis associerat med ANCA-myeloperoxidas (MPO), ANCA-proteinas 3(PR3) eller ANCA-negativ serotyppositivitet. Denna patologi klassificeras i olika kliniska varianter såsom mikroskopisk polyangit, granulomatosis med polyangiit (Wegener) och eosinofil granulomatosis med polyangiit (Churg-Strauss), eller vaskulit begränsad till njurvävnad [93]. Både medfödd och adaptiv immunitet deltar i utvecklingen av AAV, även om de exakta mekanismerna återstår att belysa.

Neutrofiler spelar en grundläggande roll i patogenesen av AAV som orsakar vävnadsskada efter degranulering inducerad av ANCA-antikroppar. Förutom antikroppar är T-celler också involverade i sjukdomspatogenes. Neutrofiler utsöndrar cytokiner som rekryterar fler neutrofiler och andra inflammatoriska celler. Infiltration av T-celler är också en del av granulomen. Fördelarna med anti-T-cellsterapier visar involveringen av denna cell i AAV. Th1- och Th17-fenotyperna är involverade i den akuta fasen. En ökning av C5a och därför ett deltagande av den alternativa komplementvägen har rapporterats.

7.2.1. In vitro-modell

Inflammasomkomponenter såsom cytokiner är viktiga mediatorer i AAV. Både Il-1 och Il-18 har relaterats till patogenesen av AAV, därför förväntas implikationen av inflammasomen i inflammationskaskaden av denna sjukdom.

l-18 spelar en roll i neutrofil kemoattraktion oberoende av TNFa-priming [95], i motsats till vad som rapporterades i andra studier. Hewins et al. indikerade att ANCA-inducerad superoxidproduktion inte minskade i närvaro av en anti-TNF-antikropp. Detta skulle förklara ihållande vävnadsskada i närvaro av anti-TNF-behandling. Dessutom visade Hewins och kollegor på njurarnas Il-18 uttryck hos patienter med ANCA-vaskulit.

7.2.2.Djurmodell

Flera studier fastställer ANCA nekrotiserande halvmåne GN (NCGN) i djurmodeller [97]. Dipeptidylpeptidas (DPPI) är ett cysteinproteas som ansvarar för att aktivera neutrofila serinproteaser (NPS) såsom katepsin G(CG), neutrofilelastas (NE) och PR3. Dessa enzymer, ansvariga för att modulera inflammation, har varit relaterade till patofysiologin för ANCA-vaskulit. I en anti-MPO-antikroppsinducerad experimentell modell av NCGN, visades en skyddande roll för DPPI vid njursjukdom med en lokal minskning av inflammatoriska cytokiner, särskilt IL-1 [98]. Faktum är att höjden och bearbetningen av Il-1 av PR3 och NE har kopplats samman [99]. Gruppen av Scheiber et al.[98] visade att aktiv PR3 eller aktiv PR3/NE orsakar en ökning av cytokiner och anti-MPO-antikroppar, vilket genererar NCGN. De producerade NE-/PR3-möss som var skyddade från NCGN. Detta visade NSP:s roll i ANCA-nefropati. Dessutom märkte de att behandling med anakinra, en IL-1-receptorantagonist, nedreglerar den inflammatoriska kaskaden och skyddar mot NCGN.

En annan annan väg som inducerar Il-1-produktion och orsakar NCGN är relaterad till fagocyt NADPH-oxidas (Phox). Phox är en hemproteinheterodimer från pg91phox och p22phox som är ansvariga för att generera ROS-producerande vävnadsskada [100]. Vissa studier förklarar dock att ROS också är involverad i nedbrytningen av inflammation [101]. En annan studie från den tyska gruppen av Schreiber et al. [100] upptäckte Phoxins roll för att begränsa inflammasomen genom att nedreglera dess komponenter som kaspas-1 och därmed IL-1. Dessa författare skapade en antikroppsmedierad anti-MPO-modell. Transplanterade möss med gp91phox-deficient eller p47phox-deficient benmärg visade större histologisk involvering med mer inflammation och nekros, jämfört med möss med vildtypsbenmärg. Dessutom genererade de också pg91phox/caspase-1-bristiga benmärgstransplanterade möss. I detta fall förbättrade möss med dubbel brist NCGN jämfört med möss med endast pg91phox-brist. Dessa resultat antar att Phox begränsar aktiviteten av kaspas-1 och därför inflammasomens roll.

7.2.3. Människomodell

Förhöjda serumnivåer av kaskaden av inflammasomkomponenterna har också hittats hos patienter med ANCA-vaskulit. IL-18-nivåer har setts hos patienter med ANCA-vaskulit oavsett MPO- eller PR3-värden. Det har varit allmänt accepterat att njurskador måste vara associerade med glomerulära skador, men det finns fallrapporter om patienter med ANCA-vaskulit med endast interstitiell skada [103,104]. Tashiro et al. visade ingen korrelation mellan glomerulär skada och interstitiell skada i biopsier från patienter med ANCA-vaskulit. De såg korrelationen mellan IL-1-nivåer och svårighetsgraden av tubulointerstitiell skada. Dessutom visade infiltrerande makrofager positiv färgning för NLRP3 vid tubulointerstitium utan att detektera denna positivitet i glomerulus. Tvärtom, Hewins et al. [95] som hittade uppreglerad IL-18 i njurbiopsier, rapporterade att positivitet i glomerulus har hittats i podocyter medan IL-18-positiv i tubulointerstitium har observerats i infiltrerande makrofager, myofibroblaster och tubulärt epitel. celler.

Aktiveringen av NOD-liknande receptorer hos patienter med det aktiva stadiet av ANCA-vaskulit är från Wang et al. [106]. De genomsnittliga optiska tätheterna för NOD2, NLRP3 och NLRC5, både i glomerulus och i tubulointerstitium, var signifikant högre hos patienter med ANCA-vaskulit än hos friska kontroller, hos patienter med minimal förändringssjukdom och hos patienter med typ IV LN. NLR uttrycktes huvudsakligen i podocyter och i infiltrerande monocyter och makrofager men uttrycktes knappast i glomeruli, resultat liknande de av Tashiro et al. Uttrycket av NOD2 och NLRC5 korrelerade med klinisk patologisk inblandning, medan NLRP3 inte gjorde det [106]. Till skillnad från dessa forskare korrelerade Tashiro och kollegor NLRP3 med svårighetsgraden av njurskador.

7.3.IgA nefropati

IgA nefropati (IgAN) är den främsta orsaken till njursvikt på grund av glomerulonefrit i världen. Komponenter av medfödd immunitet är också involverade i denna nefropati. Avsättningen av IgA-aggregat eller IgA-immunkomplex och efterföljande aktivering av T-celler som orsakar inflammation anses vara den främsta orsaken till sjukdomen. LgA-underklassen som deponeras i glomerulus är IgA1, som spelar en central roll i sjukdomens patofysiologi. Mesangial cellproliferation är det typiska histologiska fyndet av IgAN. Mesangiala celler genomgår proliferation under verkan av IL-1, bland andra cytokiner. Bidraget från cytokiner involverade i inflammasomkaskaden antyder en roll för denna inflammatoriska komponent i IgAN.

Den alternativa komplementvägen och lektinvägarna är också involverade i utvecklingen av sjukdomen eftersom C3, C4, C4d, properdin, C5b-C9 och mannosbindande lektin vanligtvis detekteras i njurbiopsi.

7.3.1.Djurmodell

Forskare har visat IL-1-uttryck i njurvävnad påverkad av IgAN [110,111]. Chen et al., med användning av en djurmodell av IgAN med ddY-möss, fann minskad mesangial proliferation hos möss behandlade med IL-1-receptorantagonist (IL-1ra). Dessa resultat tyder på att IL-1 är inskrivet i IgAN-utveckling, vilket visar på en potentiell roll för inflammasomkaskaden i IgAN.

7.3.2. Människo-/in vitro-modell

Rollen för NLRP3 i lgAN återstår att upptäcka. Det kanadensiska laget av Chun et al. var den första att utvärdera in vivo och in vitro uttrycket av NLRP3 i njurarna hos patienter med IgAN och sjukdomens progression. De fann att NLRP3 uttrycktes huvudsakligen i tubuli utan färgning i den normala glomerulus. Hos patienter med IgAN upptäcktes emellertid NLRP3-uttryck i glomerulus, även om det var mer ökat i tubuli. Både i humana njurbiopsier och i humana celler med låg passage, etablerade de en minskning av NLRP3 under tubulär skada. På samma sätt bekräftade immunfärgningsresultaten och NLRP3-mRNA-uttrycket närvaron av NLRP3 och dess efterföljande förlust efter njurskada. Dessa upptäckter tyder på att NLRP3 kan vara en biomarkör för tubulär integritet. Dessutom spelar NLRP3 sin roll i de tidiga stadierna av njursjukdom som är inblandad i kronisk njursjukdom. Men på grund av studiebegränsningar kunde forskarna inte rapportera om inflammasomens funktionella roll.

Andra forskare kunde skymta rollen av NLRP3 i patofysiologin av lgAN.IgA-immunkomplex framkallade aktiveringen av NLRP3-inflammasomen i makrofager. Detta i sin tur stimulerade produktionen av ROS av mitokondrierna. De utförde en musmodell med IgAN knockout för NLRP3. Genereringen av IgA-immunkomplex hämmades av knockoutmöss. En återhämtning av njurfunktionen beskrevs i NLRP3 knockout och i njurinriktad leverans av shRNA av NLRP3. Slutligen klargör forskarna att de inte kan utesluta rollen av andra inflammasomer i lgAN och att användningen av shNLRP3 kan vara en behandling för att förbättra eller förebygga sjukdomen.

7.4. Anti-glomerulär basalmembran glomerulonefrit

Anti-glomerulärt basalmembran (anti-GBM) är en sällsynt autoimmun sjukdom som påverkar de små kärlen i njurarna och lungorna. Patienter utvecklar antikroppar mot den icke-kollagenösa domänen i kedjan 3 av typ IV kollagen som finns i basalmembranet i dessa organ[115]. Även om humoral immunitet spelar en central roll, har deltagande av cellulär immunitet också rapporterats. Sålunda har underklasserna lgG1 och IgG3 varit tydligt relaterade till sjukdomens svårighetsgrad. Avsättningen av antikroppar i njurkärlen kan orsaka inflammation genom att komplement och Fc-receptorn aktiveras. Å andra sidan har ökningen av CD4 plus T-celler korrelerats med sjukdomens svårighetsgrad. Perifer CD4 plus framsteg i närvaro av c3 (IV) NC1. Dessutom har CD4 plus i djurmodeller visat sig vara en utlösande faktor för utvecklingen av anti-GBM antikroppar.

Djurmodell

De viktigaste cytokinerna som härrör från inflammasomkaskaden, IL-1 och IL-18, har visat sig ha en patofysiologisk roll hos patienter med anti-GBM-sjukdom. I en musmodell av anti-GBM, Il-1 -/- och IL1 typ 1-receptor(IL-1R)-/-möss, rollen av IL-1 isoformer, IL{{ 12}} och IL-1, i anti-GMB GN studerades. IL-1ß-möss visade mindre utveckling av halvmåneformationer och rekrytering av makrofager och T-celler, medan IL-1R1 -/-möss verkade ha en roll i immunsvaret eftersom de hade färre antikroppar i serum. Dessutom har andra djurmodeller visat den proinflammatoriska rollen av IL-18 vid njurinflammation.

Glomerulär infiltration av makrofager är förmodligen en av de viktigaste källorna till IL-1-cytokinproduktion. Flera studier har analyserat denna cytokins kemoattraherande roll och har implementerat behandling med antagonister IL-1ra i en råttmodell med anti-GBM. Både gruppen av Lan et al. och Tang et al. visade att genom att använda IL-1ra fanns en minskning av infiltrationen av glomerulära makrofager och en förbättring av proteinuri. Lan et al. avslöjade också ett avbrott i njurfunktionen försämrad och förhindrade histologisk progression såsom bildning av glomerulära halvmånar. Tang et al. erhöll ett minskat uttryck av ICAM-1 efter behandling med IL-1ra, vilket också var associerat med en minskning av infiltrationen av polymorfonukleära (PMN) celler och monocyter.

Men efter fynden som hittats av Timosjenko et al. [117] om bidraget av IL-1 vid nefrit vid anti-GBM drog andra författare slutsatsen, med hjälp av en murin modell, att endast dendritiska celler som huvudsakligen finns i tubulointerstitium uttrycker pro-IL-1 och därför de aktiverar NLRP3 och caspas-1 som utsöndrar mogen IL-1. De visade att inflammasomaxeln inte bidrar till glomerulär inflammation eftersom glomerulära celler inte kunde producera IL-1 under steril inflammation.

8. Slutkommentarer

Såsom utförligt detaljerat har många studier visat inflammasomens roll vid glomerulonefrit. Det behövs dock ytterligare insikter i den patofysiologiska mekanismforskningen fokuserar på inflammasom- och autoimmuna sjukdomar.

Å andra sidan uppmuntrar inflammasomens deltagande i immunitet behovet av nya terapeutiska vapen som syftar till dess modulering. Nyligen har antagonister av IL-1ra redan godkänts för att behandla icke-njursjukdomar som reumatoid artrit, CAPS, familjär medelhavsfeber och Stills en sjukdom. Dessutom, för närvarande, finns det utveckling för behandling av autoimmuna sjukdomar hos patienter som inte svarar eller över tid är refraktära mot behandling med TNF-antagonister och/eller T-cellssamstimuleringsantagonister med en IL-18-antagonist. Med tanke på att IL-1-blockaden eller IL-18-antagonisten har varit framgångsrik i icke-mänskliga modeller av njursjukdomar som modulerar inflammasomaktivering. Kanske är vi redo att introducera dessa mål på de nefrologiska klinikerna. Emellertid kan blockaden av ett enstaka cytokin inte vara tillräckligt för att nedreglera aktiveringen av inflammasomen, då kan polyterapi övervägas. Såvitt vi vet, medan det finns utvecklade kliniska prövningar om autoimmuna och inflammatoriska sjukdomar, finns det inga pågående kliniska prövningar som involverar glomerulonefrit och inflammasomer. Därför kan ytterligare ansträngningar i utforskningen av hur behandlingar påverkar aktiviteten av inflammasomaxeln vara en lovande terapi.