Koagulering, proteasaktiverade receptorer och diabetisk njursjukdom: lärdomar från möss med ENOS-brist

Endotel kväveoxidsyntas(eNOS) dysfunktion är känd för att förvärra utvecklingen och prognosen fördiabetisk njursjukdom(DKD). En av mekanismerna genom vilka detta uppnås är att låga eNOS-nivåer är förknippade med hyperkoagulerbarhet, vilket främjar njurskada. I den yttre koagulationskaskaden förvärrar vävnadsfaktorn (faktor III) och nedströms koagulationsfaktorer, såsom aktiv faktor X (FXa), inflammation genom aktivering av de proteasaktiverade receptorerna (PAR). Nyligen har det visat sig att avsaknaden av eller minskat eNOS-uttryck hos diabetiska möss, som en modell för avancerad DKD, ökar njurvävnadsfaktornivåerna och PAR1- och 2-uttryck i deras njurar. Dessutom farmaceutisk hämning eller genetisk deletion av koagulationsfaktorer eller PARförbättrad inflammationi DKD hos möss som saknar eNOS. I denna recension sammanfattar vi förhållandet mellan eNOS, koagulation och PAR och föreslår ett nytt terapeutiskt alternativ för hantering av patienter med DKD.

Nyckelord:diabetisk glomeruloskleros; faktor Xa;inflammation; vävnadsfaktor

KLICKA HÄR FÖR ATT FÅ NATURLIGT EKOLOGISKT CISTANCHEEXTRAKT MED 25% ECHINACOSID OCH 9% ACTEOSIDE FÖR NJURFUNKTION

Introduktion

Antalet patienter meddiabetisk njursjukdom(DKD) ökar världen över (de Boer et al. 2011; Kainz et al. 2015; Ogurtsova et al. 2017). DKD är en av de främsta orsakerna till dödlighet hos patienter med diabeteskomplikationer (Afkarian et al. 2013). Vidare är DKD progressiv och är den främsta orsaken till njursjukdom i slutstadiet som kräver njurersättningsterapi (Gregg et al. 2014; Liyanage et al. 2015). I Japan står diabetisk nefropati för mer än 39 % av nya dialyspatienter (Nitta et al. 2020). Därför utvecklingen avny terapeutiskalternativ krävs för att hantera patienter med DKD.

system i DKD-patogenes. Hyperkoagulabilitet är förknippat med DKD (Goldberg 2009; Domingueti et al. 2016). En förhöjd fibrinogennivå i blod visades vara associerad med låg uppskattad glomerulär filtrationshastighet, hög proteinuri och allvarlig histologisk skada, och det var en prediktor för utvecklingen till njursjukdom i slutstadiet (Dalla Vestra et al. 2005; Pan et al. al. 2018; Zhang et al. 2018). Vissa studier har visat en korrelation mellan nivån av D-dimer, en fibrinnedbrytningsprodukt, och njurfunktion vid DKD (Domingueti et al. 2018; Pan et al. 2018). Hyperkoagulabilitet vid DKD bestäms sannolikt av flera faktorer. Till exempel aktiverar renin-angiotensin-aldosteronsystemet vävnadsfaktor (TF, faktor III) och ökar trombotiska händelser (Dielis et al. 2005). Annars är hyperglykemi, dyslipidemi, inflammation eller endoteldysfunktion involverade i det protrombotiska tillståndet under DKD-patogenes (Goldberg 2009).

Endoteldysfunktion är närvarande vid DKD som utvecklas till mikrovaskulära komplikationer (Goldberg 2009; Nakagawa et al. 2011). Nedsatt endotelial kväveoxidsyntas (eNOS)-produktion eller minskad eNOS-aktivitet (t.ex. nedsatt eNOS-fosforylering) är ett kännetecken för endotelial dysfunktion vid DKD (Nakagawa et al. 2011; Cheng et al. 2012). Vi har visat att en förlust av eNOS-uttryck var kopplad till höjningen av TF-nivån och aktiviteten i det yttre koagulationssystemet (Li et al. 2010; Wang et al. 2011a), vilket är nära förknippat med trombotiska händelser hos patienter med kronisk njure sjukdomar (Kolachalama et al. 2018).

Förutom den förhöjda risken för trombotiska händelser, medierar koagulationsproteaser, såsom aktiv faktor FVII (FVIIa), aktiv faktor (FXa) och trombin, som finns i den yttre koagulationskaskaden, vävnadsskada genom en proteasaktiverad receptor ( PAR)-beroende mekanism (Madhusudhan et al. 2016; Posma et al. 2019). I denna recension sammanfattar vi resultaten från diabetiska möss som saknar eNOS och diskuterar sambandet mellan koagulations-PAR-vägen, eNOS-nivåer ochDKD patogenes.

Vävnadsfaktor/proteasaktiverade receptorer

Vävnadsfaktor (TF), känd som faktor III, är ett 47 kDa transmembranprotein som interagerar med faktor VII (FVII) (Grover och Mackman 2018). TF/FVIIa-komplexet är en aktivator av den yttre koagulationskaskaden och katalyserar aktiveringen av FX och FIX. FXa och aktiverad kofaktor V (FVa) bildar ett protrombotiskt komplex som genererar trombin. Slutligen omvandlar trombin fibrinogen till fibrin, vilket resulterar i bildandet av tromber (Grover och Mackman 2018). TF uttrycks i både vaskulära glatta muskelceller och adventitiella fibroblaster. Under inflammatoriska tillstånd induceras dess uttryck i endotelceller eller cirkulerande celler såsom monocyter (Østerud och Bjørklid 2006).

Proteasaktiverade receptorer (PAR) är medlemmar av den G-proteinkopplade receptorsuperfamiljen, som omfattar fyra PAR-proteiner (PAR1-4). PAR genomgår klyvning av proteaser vid den N-terminala änden och aktiveras vid bindning till en ny N-terminal innehållande en bunden ligand. De fyra medlemmarna av PAR (PAR1-4) aktiveras av specifika koagulationsproteaser: TF- och FVIIa-komplexet aktiverar PAR2, faktor Xa aktiverar både PAR1 och PAR2, och trombin aktiverar PAR1, PAR3 och PAR4 (Camerer et al. 2000; Coughlin 2005; Rothmeier och Ruf 2012; Zhao et al. 2014). Förhållandet mellan TF, koagulationsproteaser och PAR visas i fig. 1.

PAR är kända för att uttryckas brett i njurceller och är involverade i patofysiologin för njurskada. Både PAR1 och PAR2 uttrycks i glomerulära endotelceller, mesangiala celler och tubulära njurceller härledda från människa eller mus; PAR2, PAR3 och PAR4 uttrycks i humana podocyter; PAR1, PAR3 och PAR4 uttrycks i murina podocyter (Tanaka et al. 2005; Vesey et al. 2005; Madhusudhan et al. 2012; Dong et al. 2015; Madhusudhan et al. 2016).

Även om de skadliga eller skyddande effekterna av PAR injurskadahar visats, tyder ackumulerande data på att PAR förvärrar inflammation genom att stimulera produktionen av cytokiner och kemokiner (Rothmeier och Ruf 2012; Isermann 2017; Posma et al. 2019). I enlighet med detta fynd främjar PAR1- och PAR2-agonister uttrycket av inflammatoriska mediatorer, såsom monocyt kemotaktisk protein 1 (MCP1) och plasminogenaktivatorhämmare -1 (PAI-1), och pro-fibrotiska molekyler i endotelceller , mesangiala och tubulära njurceller (Vesey et al. 2005; Vesey et al. 2013; Ellinghaus et al. 2016; Waasdorp et al. 2016; Oe et al. 2019). I in vivo-studier minskade bristen på PAR1 eller närvaron av PAR1-hämmare inflammation i modeller av halvmåneskära glomerulonefrit eller obstruktiv njurskada (Cunningham et al. 2000; Waasdorp et al. 2019; Lok et al. 2020). På liknande sätt åtföljdes de terapeutiska effekterna av PAR2-hämning vid njurskador avminskad inflammationi njurarna (Hayashi et al. 2016; Du et al. 2017; Han et al. 2019; Watanabe et al. 2019).

Endotelial kväveoxidsyntaspolymorfismer i DKD

Endotel kväveoxidsyntas(eNOS) är en av de tre NOS-isoformerna, och den bidrar till produktionen av NO i det vaskulära endotelet (Walford och Loscalzo 2003). NO som produceras av eNOS i det vaskulära endotelet spelar en avgörande roll för att reglera vaskulär avslappning, antiinflammation och förhindrande av trombbildning (Walford och Loscalzo 2003). Nedsatt eNOS-uttryck är associerat med utvecklingen av DKD. Nyligen utförda metaanalyser på människor har visat att G894T (rs1799983), C-786T (rs2070744) och intron 4b/4a ​​(rs869109213) i eNOS (NOS3) gener är nära associerade med utveckling av DKD (Dellamea et al. 2014; Zhang et al. 2015; Dong et al. 2018). Av dessa varianter har rollen för G894T (Glu298Asp) polymorfism i eNOS-funktionen karaktäriserats väl. Den minskade produktionen av NO eller nitritackumulering indikerades i transfekterade CHO-celler med 298Asp jämfört med de med 298Glu (Noiri et al. 2002). Sammantaget indikerar dessa resultat att den minskade produktionen av NO genom eNOS-dysfunktion är viktig för utvecklingen av DKD hos människor.

Diabetiska möss som saknar eNOS som en modell för mänsklig diabetisk nefropati

Etableringen av tillförlitliga prekliniska modeller som liknar human DKD är avgörande för studiet av nya terapeutiska alternativ. Baserat på bevis som visar ett samband mellan eNOS-polymorfism och DKD, har ett antal studier visat att eNOS knock-out-modeller av typ I och typ II DM är några av de framgångsrika modellerna som efterliknar mänsklig DKD (Brosius et al. 2009; Azushima et al. al. 2018). Det visades att streptozotocin-inducerade diabetiska möss som saknar eNOS utvecklar svår albuminuri, mesangial expansion, förtjockning av det glomerulära basalmembranet och arteriolär hyalinos, som liknar mänsklig DKD (Nakagawa et al. 2007). På liknande sätt visade typ II-diabetesmöss (db/db) som saknade eNOS allvarlig glomeruloskleros och albuminuri (Zhao et al. 2006).

Förhöjd TF i diabetiska möss som saknar eNOS

NO hämmar trombbildning och trombocytaggregation (Walford och Loscalzo 2003). Eftersom glomerulär trombbildning observerades hos diabetiska möss som saknade eNOS (Nakagawa et al. 2007), är försämrat eNOS-uttryck sannolikt associerat med ökningen av TF-beroende koagulation. Sambandet mellan eNOS och TF i DKD har behandlats i våra tidigare rapporter (Li et al. 2010; Wang et al. 2011a; Oe et al. 2016) (Fig. 2).

Minskad eller brist på eNOS-uttryck ökar njur-TF-aktivitet hos diabetiska Akita-möss. Vi karakteriserade TF-uttryck hos diabetiska Akita (Ins2Akita/+) möss, en modell av typ I DM, med olika uttrycksnivåer av eNOS (eNOS+/+, eNOS+/- , och eNOS-/-) (Wang et al. 2011a). Vi fann att svårighetsgraden av DKD var associerad med minskat eNOS-uttryck. Urinalbuminutsöndring, glomeruloskleros och minskning av glomerulär filtrationshastighet förvärrades i följande ordning: eNOS+/+; Ins2Akita/+ < eNOS+/-; Ins2Akita/+ < eNOS-/-; Ins2Akita/+. Intressant nog ökade njur-TF-uttryck och aktivitet i eNOS+/-; Ins2Akita/+ och eNOS-/-; Ins2Akita/+ möss jämfört med de i eNOS+/+; Ins2Akita/+ möss. Glomerulär fibrinavsättning var också anmärkningsvärd i eNOS+/-; Ins2 Akita/+ och eNOS-/-; Ins2 Akita/+ möss. Dessutom korrelerades njur-Tf-mRNA-uttryck med sjukdomens svårighetsgrad, utsöndring av albumin i urin ochnjurinflammatoriskcytokinuttryck.

Fettrik kost och brist på eNOS ökar synergistiskt TF hos diabetiska möss

Många studier har visat på ett samband mellan fetma och trombos (Samad och Ruf 2013). Till exempel ökar uppreglering av TLR4-NF-kB-vägen under metabola sjukdomstillstånd TF-nivåer (Lv et al. 2009; Owens et al. 2012; Rogero och Calder 2018). Dessutom inducerar mättad fettsyrapalmitat frisättning av histon H3 via ROS- och JNK-vägberoende mekanismer och extracellulära histoner, vilket ökar TF-uttrycket i monocyter (Shrestha et al. 2013). Med fokus på sambandet mellan koagulation, eNOS och dyslipidemi, har vår tidigare studie visat de kombinerade effekterna av eNOS-brist och en fettrik kost på TF-uttryck (Li et al. 2010). I studien behandlades eNOS-nullmöss med lågdos STZ för att utveckla DM och fick en diet med hög fetthalt. Bristen på eNOS-uttryck ökade utsöndringen av albumin i urin och histologiska skador, som förvärrades ytterligare av en diet med hög fetthalt. Uttrycket och aktiviteten av TF ökade i musnjurar på grund av brist på eNOS-uttryck och en fettrik kost på ett synergistiskt sätt. Intressant nog visades en ökning av nivån av immunreaktivt TF genom kolokaliseringsexperiment med en glomerulär monocyt/makrofagmarkör.

Neutraliserande antikroppar mot TF förbättrar inflammation i diabetesnjurar i eNOS-Knockout-möss

En ökning av TF-beroende koagulation är associerad med ökad inflammation (Witkowski et al. 2016). Hämningen av det TF-beroende koagulationssystemet förbättradesinflammatoriska sjukdomar, såsom LPS-inducerad sepsis (Pawlinski et al. 2010). För att belysa orsakssambandet mellan inflammation och TF vid DKD undersökte vi den kortsiktiga effekten av neutraliserande antikroppar mot TF på inflammation av diabetiska njurar hos möss med eNOS-brist (Li et al. 2010). Resultaten visade att administrering av anti-TF-antikroppar markant minskade de renala expressionsnivåerna av inflammations- och fibrosrelaterade gener såsom Tnfa, Ccl2, Tgfb och Col4 mRNA i musnjurar fyra dagar efter TF-neutralisering.

Koagulations-FXa-hämmare förbättrar njurskador hos diabetiska möss som saknar eNOS

Koagulation FXa, belägen nedströms om TF/VIIa, bidrar också till inflammation genom den PAR-beroende vägen. Dess roll i DKD har visats i flera djurmodeller. Sumi et al. (2011) visade att fondaparinux, en FXa-hämmare, minskade proteinnivåer i urinen, glomerulär hypertrofi och fibrinavlagring i db/db-möss. Den terapeutiska effekten av FXa-hämning i DKD-möss som saknar eNOS demonstrerades av vår grupp (Oe et al. 2016). Edoxaban (50 mg/kg/dag), en oral FXa-hämmare, administrerades till eNOS-/-; Ins2Akita/+ möss i tre månader, och resultaten visade förbättring av histologiska skador, såsom mesangial matrisproliferation. Expressionsnivåerna av inflammatoriska gener i njurarna reducerades av edoxaban (tabell 1). FXa aktiverar både PAR1 och PAR2. För att klargöra mekanismen för FXa-medierad njurskada, visade vi att de antiinflammatoriska effekterna av FXa-hämmare liknar de som finns hos PAR2-/- möss och PAR2-/- möss med FXa-hämmare . Dessa fynd tydde på att FXa sannolikt orsakade inflammation genom en PAR2-beroende mekanism i DKD. Däremot förbättrade edoxaban inte glomerulär skada i eNOS+/+; Ins2Akita/+ möss, vilket tyder på att den terapeutiska effekten av FXa-hämning var associerad med eNOS-beroende hyperkoagulerbarhet hos typ I-diabetesmöss.

Andra koagulationsfaktorer i DKD

Eftersom trombin är inriktat på PAR1, som fortskrider vaskulär inflammation (Chen och Dorling 2009), förvärrar trombin sannolikt DKD. Trombins skyddande eller skadliga roll i DKD-patogenes har emellertid visats; lågdos trombin (50 pM) förhindrades, medan högdos trombin (20 nM) förvärrade, glukosinducerad apoptos i podocyter (Wang et al. 2011b). Effekterna av trombinhämmare som dabigatran på diabetiska möss som saknar eNOS bör belysas i framtiden.

Fibrinogen är involverat i olika inflammatoriska tillstånd. Intressant nog var partiell minskning eller frånvaro av fibrinogen fördelaktigt för njurischemi-reperfusionsmodeller eller obstruktiv njurfibros (Sörensen et al. 2011; Craciun et al. 2014). Eftersom glomerulär fibrindeposition ökar hos diabetiska möss som saknar eNOS (Nakagawa et al. 2007; Li et al. 2010; Wang et al. 2011a), förtjänar att belysa dess roll i DKD-patogenes ytterligare forskning.

Uttryck av PAR1 och PAR2 i diabetiska möss som saknar eNOS

Ökat uttryck av PAR är associerat med njurskada. Vi och andra har visat att uttrycksnivåerna av Par1 och/eller Par2 mRNA ökade i djurmodeller med diabetisk nefropati, ade nio-inducerad njurskada, obstruktiv njurfibros och cisplatin-inducerad njurskada (Chung et al. 2013; Hayashi et al. 2016; Oe et al. 2016; Watanabe et al. 2019). Vidare ökade glomerulära PAR2-proteinnivåer i db/db-möss, en modell av typ II DM (Sumi et al. 2011). Vi visade sambandet mellan PAR-uttryck och eNOS-brist hos diabetiska möss (Oe et al. 2016). Expressionsnivån av Par1 mRNA var signifikant högre i eNOS−/−; Ins2Akita/+ möss än i eNOS−/−; Ins2Akita/+ och icke-DM möss. På liknande sätt var uttrycket av Par2 signifikant högre i eNOS−/−; Ins2Akita/+ möss än i icke-DM möss. Däremot skilde sig Par4-mRNA-nivåerna inte mellan genotyperna. Brist på eNOS förvärrar inflammation vid DKD (Wang et al. 2011a). Eftersom pro-inflammatoriska cytokiner rapporteras öka PARs (Nystedt et al. 1996), inducerar sannolikt förhöjd inflammation orsakad av brist på eNOS renalt Pars-uttryck i DKD. Sammantaget antydde resultaten av våra studier att uttrycksnivåerna av PAR1 och PAR2, liknande fallet med TF, ökade i diabetiska njurar när eNOS saknades (Fig. 2).

PAR2-deletion Förbättrad diabetisk njurskada hos möss med reducerad eNOS

Vi och andra har tagit upp rollen av PAR2 i DKD i tidigare studier. Par2-deletion påverkade inte glomerulär skada hos diabetiska Akita-möss av vildtyp (Ins2Akita/+) med eNOS (Oe et al. 2016). Vidare visade STZ-inducerade diabetiska möss som saknade PAR2 minskad albuminuri jämfört med diabetiska vildtypsmöss, men ökad mesangial expansion (Waasdorp et al. 2017). Sammantaget visar dessa resultat att det inte finns några eller milda terapeutiska effekter av PAR2-hämning på njurskada i de tidiga och milda modellerna av DKD. Däremot har vi visat effekterna av PAR2-brist på DKD hos diabetiska Akita-möss med minskat uttryck av eNOS (eNOS+/-; Ins2Akita/+) (Oe et al. 2016). Bristen på PAR2 minskade signifikant nivåerna av urinalbuminutsöndring, mesangial expansion och tjockleken av GBM. Expressionsnivåerna av pro-inflammatoriska och fibrosrelaterade gener, inklusive Tnfa, Tgfb och Col4, reducerades också i musnjurar. Dessa fynd tyder på att PAR2 är patogen inte i början, utan i den relativt avancerade diabetiska glomerulära skadan orsakad av eNOS-brist (tabell 1).

Supportive Service Of Wecistanche - Den största cistanche-exportören i Kina:

E-post:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel:+86 15292862950

Handla för fler specifikationer:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop