Nikotin förvärrar takrolimusinducerad njurskada genom programmerad celldöd
Mar 23, 2022
Kontakt:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791
Yu Ji Jiang, Sheng Cui, Kang Luo, Jun Ding
INFÖRANDET
Trots upptäckten av nya immunsuppressiva medel är takrolimus (TAC) fortfarande hörnstenen i immunsuppressiva regimer vid transplantation av fasta organ. Långvarig användning av TAC ökar dock risken för biverkningar (t.ex. nefrotoxicitet, neurotoxicitet, infektioner, maligniteter, diabetes och gastrointestinala besvär) [1]. Bland dessa, akutnjureSkadaeller kronisk TAC-nefrotoxicitet har rapporterats hos 46 % av mottagarna av lungtransplantation [2] och 22,4 % av njurtransplantationsmottagarna [3]. Medan akutnjureSkadaanses vara reversibel efter TAC-dosreduktion eller ett fullständigt tillbakadragande, kronisk nefrotoxicitet, som leder till allograftförlust, är irreversibel. Kronisk TAC-nefrotoxicitet kännetecknas av glomerulopati, hyalinos av afferenta arterioles och randig tubulointerstitiell fibros (TIF) [4]. Även om den exakta mekanismen för detta kliniska dilemma fortfarande är okänd, visade vi nyligen att oxidativ stress-originerad inflammation, transformerande tillväxtfaktor β1 (TGF-β1) och programmerad celldöd kan vara viktiga aktörer [5]. Cigarettrökning är en kritisk folkhälsoutmaning och samhällets ekonomiska börda som minskar livskvaliteten. Epidemiologiska rapporter visar att det för närvarande finns mer än en miljard cigarettrökare över hela världen och sex miljoner dödsfall årligen på grund av tobaksbruk. Dessa nivåer ökar båda, särskilt i utvecklingsländer eller outvecklade länder [6]. Det är välkänt att cigarettrökning är en riskfaktor för olika cancertyper, kardiovaskulära händelser (hjärtinfarkt och stroke) och obstruktiva lungsjukdomar. I njurarna ökar rökning svårighetsgraden av njurdysfunktion hos patienter med diabetes, högt blodtryck, polycystisknjuresjukdom, och efter njurtransplantation [7]. Dessutom kan rökning också orsaka de novo-njurskador även i en frisk befolkning utan redan existerande kronisk njursjukdom (CKD) [8]. Denna studie syftade till att utvärdera: (1) omnikotin(NIC), en primär giftig komponent i cigarettrökning, förvärrar TAC-inducerad njurskada; och, om så är fallet, (2) vilken mekanism som står för NIC(nikotin)-accelererad nefrotoxicitet.
cistanches herba kan lindra njurfunktionen
RESULTAT
Effekt av NIC(nikotin)om grundläggande parametrar
Tabell 1 beskriver effekterna av nätverkskortet(nikotin)om grundläggande parametrar i försöksgrupperna. Båda nätverkskorten(nikotin)och TACincrease UV (polyuri), som ytterligare ökades med NIC(nikotin)och TAC-behandling. Varken nätverkskort(nikotin)inte heller TAC förhindrade BW-förlust. Urinproteinutsöndring, Scr, BUN och Cys-C var markant högre i både NIC(nikotin)och TAC-grupper jämfört med VH-gruppen; dessa nivåer ökade ytterligare med kombinationen av de två läkemedlen, vilket innebär att NIC(nikotin)accelererar TAC-inducerad njurdysfunktion. Det fanns inga signifikanta SBP-skillnader mellan grupperna. Fyra veckors TAC-behandling ökade TAC-koncentrationen i blodet till 11,0±o.g ng/ml, medan NIC(nikotin)påverkade inte TAC-koncentrationen i blodet (12,8±15 ng/ml,p>o.o5 jämfört med TAC). Dessutom behandlar normala råttor med NIC(nikotin)Resulterande i serum och urin cotinin koncentration ökar med 56,5±17 ng / ml respektive 8;6± 192,6 μg / dag. Dessa serum- och urinkotininkoncentrationer efterliknar de som observerats hos människor som är aktiva rökare [13].
Tabell 1. Effekt av NIC(nikotin)om funktionella parametrar
Effekt av NIC(nikotin)om histopatologi vid kronisk TAC-nefrotoxicitet
Kronisk TAC-nefrotoxicitet kännetecknas av unika histologiska egenskaper inklusive randig TIF och glomerulopati. Genom histologisk färgning och elektronmikroskopi fann vi att TAC-orsakad glomerulär skada manifesteras av glomerulär källarförtjockning och utplåning av podocytfotprocesser (Fig. IA, IC och D), detta kan länka till ökning urinprotein utsöndring. På kvantitativa analyser, både NIC(nikotin)och TAC ökade det fraktionerade mesangiala området, med en ytterligare ökning observerad i nätverkskortet(nikotin)och TAC-gruppen. De stora förändringarna i kronisk TAC-nefrotoxicitet var begränsade till tubulointerstitiella områden, avgränsade av tubulointerstitiell fibrös avsättning, tubulär atrofi och randig fibros (fig.1B,1E och F). Siffror visar tydligt att TIF-poängen i nätverkskortet(nikotin)+TACgroup var högre än i någon av NIC(nikotin)gruppen eller TAC-gruppen.
Figur 1. Representativa fotomikrografer av periodisk syra-Schiff(PAS)(A), Masson trikrom (B), transmissionselektronmikroskopi (C-F) och kvantitativ analys av glomerulär skada och tubulointerstitiell fibros (TIF) ;(C) glomerulär basalmembranförtjockning (pilar) ;(D)effacement av podocytfotprocesser (pilar) ;(E) svullnad av tubulointerstitium och omfattande kollagenavsättning (spridningar) ;(F) atrofierade tubuler (pilar). VH, fordon; NIC(nikotin),nikotin; TAC, takrolimus. p
Effekt av NIC(nikotin)om profibrotiskt cytokinuttryck vid kronisk TAC-nefrotoxicitet
Den föreliggande studien syftade till att jämföra uttrycket av det profibrotiska cytokinet TGF-β1 och CTGF och den extracellulära matriskomponenten (ECM) i βig-h; mellan experimentgrupperna. I överensstämmelse med TIF-resultaten, NIC(nikotin)förstärkt TAC-inducerat överuttryck av profibrotisk TGF-β1och CTGF och ECMβig-h3 (fig.2)
Figur 2. Representativa fotomikrografer för immunoblottinganalysför(A)transformerande tillväxtfaktor β1 (TGF-B1),(B TGF-β-inducerad gen-h(βig-h3) och (C) bindvävstillväxtfaktor(CTGF). Värden för proteinuttryck representeras med hjälp av VH-gruppen (Vehicle) som 1oo% referens och normaliseras till β-aktin. NIC(nikotin),nikotin; TAC,takrolimus. 3p
Effekt av NIC(nikotin)om inflammation vid kronisk TAC-nefrotoxicitet
För att definiera effekten avNIC på inflammation i TAC-inducerad njurskada studerade vi uttrycket av proinflammatoriska mediatorer och pyroptosrelaterade gener genom immunblottning och immunohistokemi. Fig. 3 visade att TAC-behandling uppreglerade uttrycket av pyroptosrelaterade cytokiner (II.L-1, IL-18 och NLRP3) och MCP-1, vilket resulterade i ED-1-positiv cellinfiltration, och ytterligare ökningar hittades genom en kombinerad behandling av NIC(nikotin)och TAC.
Figur 3. Representativa fotomikrografer avimmunhistokemi för ektodermal dysplasi-1 (ED-1)(A) och immunoblot-ting-analys för proinflammatoriska cytokiner (B). VH, fordon; NIC(nikotin),nikotin; TAC, takrolimus; MCP-1, monocytkemotaktiskt protein-1;IL, interleukin; NLRP3, NOD-liknande receptorpyrindomäninnehållande protein3. p
Effekt av NIC(nikotin)om oxidativ stress vid kronisk TAC-nefrotoxicitet
Som visas i fig.4, kronisk(nikotin)TAC-behandling är nära förknippad med en obalans mellan oxidant- och antioxidantenzymer [12,14. Immunoblotting-analys visade att NIC uppreglerade TAC-inducerade NOX-2- och NOX-4-uttryck men undertryckte SOD1- och SOD2-uttryck. Dessutom var serum- och urinnivåerna av8-OHdG, en oxidativ stressmarkör, högre i NIC- och TAC-grupperna jämfört med VH-gruppen och högst i NIC+ TAC-gruppen. Dessa fynd innebär en synergistisk effekt av NIC och TAC på oxidativ stress i denna modell.
Figur 4.Representativa fotomikrografer för immunoblottinganalys av en serie oxidativa stressrelaterade proteiner (A) och serum (B) och urin (C)8-hydroxi-2'-deoxiguanosin (8-OHdG) koncentrationer. VH, fordon; NIC(nikotin),nikotin; TAC, takroli-oss; SOD, superoxiddismutas; NOX,NADPH oxidas. Bp
Effekt av NIC(nikotin)om programmerad celldöd vid kronisk TAC-nefrotoxicitet
Antingen typ I (apoptos) eller typ II (autofagi) programmerad celldöd är involverad i patogenesen av kronisk TAC-inducerad njurskada [1s]. Med hjälp av TUNEL-analys observerade vi att de flesta TUNEL-positiva celler eller apoptotiska kroppar lokaliserades till rörformiga epitelceller och interstitiella vaskulära endotelceller, där tubulär atrofi och typisk TIF utvecklades (fig.5A). Kvantitativ analys visade att både NIC(nikotin)och TAC ökade signifikant TUNEL-positiva celler jämfört med VH-grupperna; detta var mer uttalat i NIC + TAC-gruppen. På molekylär nivå, tillsatsen av NIC(nikotin)till TAC-behandlade råttor resulterade i en signifikant dysregulering av Bcl-2/Bax och klyvt kaspas-3-uttryck mot celldöd (fig. 5B). Dessutom visade elektronmikroskopi att TAC-behandling inducerade en riklig bildning av autofagiska fack, såsom initiala autofagiska vakuoler (AVi), nedbrytande autofagiska vakuoler (Avd) och mitofagi (en form av selektiv autofagi) i grupperna NIC, TAC och NIC + TAC (fig. 6). Kvantitativ immunoblotting visade att överuttrycket av p62-, LC3B-, PINK1- och Parkinproteiner som ses i TAC-behandlade råttnjurar ökade ytterligare med NIC (fig.6G och 6H).
Figur 5. Representativa fotomikrografer av TdT-medierad dUTP-biotin nick end labeling (TUNEL) analys(A) och immunblottningsanalys för apoptoskontrollerande gener (B).Nikotinbehandling ökar TUNEL-positiva celler (pilar) i de takroli-limusbehandlade råttnjurarna. VH, fordon; NIC(nikotin),nikotin; TAC,takrolimus; Bcl, B-celllymfom; Bax, Bcl2-associerad X. p
Effekt av NIC(nikotin)om mitokondriell dysfunktion vid kronisk TAC-nefrotoxicitet
Genom transmissionselektronmikroskopi observerade vi tydligt att båda NIC(nikotin)och TAC förstörde mitokondriella arkitekturer, vilket illustreras av minskad mitokondriell storlek och antal, oorganiserad cristae, vakuolisering, fusion, mitofagbildning och mitokondrier uppdelade i två eller tre dotterorganellklyvning )(Fig.6). Kvantitativa analysresultat visade att NIC(nikotin)Behandlingen minskade ytterligare antalet och storleken på mitokondrier jämfört med enbart NIC- eller TAC-behandling. Immunoblottinganalys visade att dysregulering av mitokondriellt relaterade proteiner (OPA1 och Drpi) inducerade av antingen Nicor TAC förvärrades av samtidig administrering av NICand TAC (fig. 6).
Figur 6. Representativa transmissionselektronmikrografer av autofagi och mitokondriell morfologi(A-F), immunoblot-ting-analys (G, H) och kvantitation av mitokondriellt antal och storlek i varje behandlingsgrupp. (A) Autofagibildning i njurarna av takrolimus (TAC) och/ellernikotinbehandlade råttor (pil);(B) ett autofagiskt fack som innehåller mitokondrier njurarna av TAC och/eller NIC(nikotin)behandlade råttor (mitofagi, pil); C) Normala mitokondrier,(D) minskat mitokondriellt antal i njurarna av TAC och/eller NIC(nikotin)behandlade råttor; (E) mitokondriell fusion som ses i njurarna hos TAC och/eller NIC-behandlade råttor (cirkel);(F) mitokondri uppdelad i två eller flera dotterorganeller i njurarna avTAC och/eller NIC-behandlade råttor (fission, cirkel). VH, fordon; LC3B, ljuskedja 3B; PINK1, fosfat- och spänningshomolog raderad på kromosom tio-inducerat kinas 1;OPA, optiskt atrofiprotein; Drp, dynaminrelaterat protein.p
fisetinomnjure
Effekt av NIC(nikotin)om endoplasmatisk retikulumstress vid kronisk TAC-nefrotoxicitet
Som visas i fig.7 inducerade Nicor TAC degranulering av ribosomer, frånkopplad och dilaterad cisterna och peroxisomvakuolisering i det grova endoplasmatiska retikulumet (ER), medan slät ER-struktur förblev nästan normal (fig.7B). Immunoblotting-analys avslöjade att antingen NIC(nikotin)eller TAC ökade uttrycket av ER-stressrelaterade gener inklusive CHOP, Bip, IRE-1α och ATF-6, men deras uttryck ökade ytterligare genom kombinationen av de två (fig.7C).
Figur 7. Representativa fotomikrografer av transmissionselektronmikroskopi (A, B) och immunoblottinganalys av endo-plasmisk retikulum (ER) stressrelaterade gener (C).(A) Normal grov ER (pilar) ;(B) ribosomer degranulering, frånkopplad och dilaterad cisternae, och vesiklar dilatation av grov ER inikotin(NIC) och/eller takrolimus(TAC)-behandlad njure på råtta. VH, fordon; CHOP, C/EBP homologt protein; Bip, bindande immunglobulinprotein; IRE-1c,inositol-krävande protein-1c; ATF, akti-vating transkriptionsfaktor. p< o.01="" vs.vh,="">
DISKUSSION
Cigarettrökning är en viktig modifierbar riskfaktor för progression av CKD hos både friska populationer och patienter med underliggande sjukdomar (t.ex. diabetes, högt blodtryck). Kliniska prövningar visar att cigarettrökning ökar utsöndringen av albumin i urinen och påverkar njurfunktionen negativt [16]; Dessutom kan rökavvänjning förbättra proteinuri hos patienter med kronisk njursjukdom och typ 2-diabetes och bromsa utvecklingen till njursjukdom i slutstadiet[1-,18]. Dessutom bidrar antingen mottagar- eller donatorrökning till avstötningsepisoder och kronisk allograftnefropati, vilket leder till allograftförlust vid njurtransplantation [19,2o]. Dessa skadliga effekter av rökning (NIC(nikotin))speglas av studier i gnagarmodeller av s/6 nefrektomi[2al och diabetesnefropati [o]. I den aktuella studien fann vi att NIC(nikotin)förvärrat TAC-inducerat fraktionerat mesangialområde och TIF. Dessa patologiska förändringar ledde till mer uttalad nedsatt njurfunktion och ökad utsöndring av urinprotein. Baserat på dessa resultat och andra rapporter föreslår vi att cigarettrökning kan påskynda njural allograftförlust hos transplantationsmottagare som får TAC-baserade immunsuppressiva medel.
Inflammation spelar en avgörande roll i utvecklingen av kroniskTACnephrotoxicityeftersomdet föregår pågående njurärrbildning. Ökade proinflammatoriska mediatorer som svar på skadliga stimuli kan rekrytera inflammatoriska celler, som i sin tur överuttrycker proinflammatoriska och profibrotiska cytokiner såsom kemoattractanter, vidhäftningsmolekyler och TGF-β1. Vi har nyligen visat att NLRP3-beroende och oberoende inflammasom är involverade i patogenesen av kronisk TAC-nefrotoxicitet [s]. Våra resultat visar att administrering av NIC(nikotin)till TAC-behandlade råttor förstärker uttrycket av pyroptosrelaterade gener (NLRP3, IL-1β och I-18), proinflammatoriska mediatorer MCP-1 och profibrotiska cytokiner TGF-β och CTGF, vilket leder till överdriven ED-1-positiv celltillströmning och βig-h-uppreglering; dessa svar återspeglar svårighetsgraden av glomerulära och rörformiga skador. Våra resultat överensstämmer med Arany et al.[22] och Agarwal et al.[23], som visade effekterna av NIC på njurinflammation och fibros.
Även om NIC(nikotin)-baserad förvärring av kronisk TAC-nefrotoxicitet i denna modell kan vara multifaktoriell, det är sannolikt relaterat till effekten av oxidativ stress. Det är välkänt att kronisk TAC-behandling är nära förknippad med afferent arteriolopati-relaterad hypoxi, som därefter kopplas till oxidativ stress, vilket i sin tur aktiverar profibrotisk TGF-β1-överuttryck, vilket leder till fibros. Denna konstruktion stöds av observationen att antioxidantterapier (t.ex. koenzym Q10) dämpar TGF-β1-uttryck och TIF via bevarande av mitokondriell integritet vid kronisk TAC-nefrotoxicitet 24]. Nyligen visar överväldigande bevis från in vitro-studier ett samband mellan kronisk NIC-exponering och oxidativ stress vid en mängd olika njurskador [o,25,26. Här fann vi att NIC ökar serum- och urin 8-OHdG-nivåer och förstärkt oxidantproteinuttryck, medan det undertrycker antioxidantproteinuttryck, vilket ökar TAC-inducerad oxidativ stress såväl som fibros. Faktum är att NIC-förvärring av TAC-behandlade njurar i denna studie kan hänföras till oxidativ stress.
cistanche erektil dysfunktion
Det är också möjligt att både apoptos (typ I pro-gramed celldöd) och autofagi (typ II programmerad celldöd) är involverade i NIC(nikotin)-accelererad kronisk TAC-nefrotoxicitet. Som tidigare illustrerats inducerar NIC direkt podocyt och renal proximal tubulär cellapoptos [27,28]; det inducerar också indirekt apoptotisk celldöd via oxidativ stress[2g] eller aktivering av TGF-β1[22]. NIC(nikotin)kan också inducera autofagi i bukspottkörtelns stellatceller Bo], neonatala mus hjärtmyocyter 31] och vaskulära glatta muskelceller 32]. Således är oxidativ stress och programmerad celldöd inbördes relaterade. Med hjälp av TUNEL-analys och elektronmikroskopi observerade vi tydligt att NIC signifikant ökade antalet TUNEL-positiva celler i rörformiga epitelceller, interstitiella vaskulära endotelceller och autofagiska fack i TAC-behandlade råttnjurar. Dessa morfologiska förändringar åtföljdes av dysregulering av apoptos- eller autofagirelaterade gener i råttnjurar, vilket ledde till celldöd. Detta kumulativa bevis tyder på att NIC(nikotin)i sig inducerar inte bara oxidativ stress och programmerad celldöd utan främjar också den negativa effekten av TAC på njurarna, vilket resulterar i nedsatt njurfunktion och arkitektonisk skada, vilket tidigare rapporterats i modeller av streptozotocin (STZ)-inducerad diabetesnefropati [o] och CKD (s / 6 nefrektomi) B3].
Dessutom spelar oxidativa stress-originerade intracellulära organeller såsom mitokondriell dysfunktion och ER-stress en avgörande roll i kronisk TAC-nefrotoxicitetsintegritet, utlöser ER-stress och dysreglerar mitokondriellt och ER-stresskontrollerande gener och effekterna förvärras genom kombinerad behandling med de två. Således kan försämring av mitokondriell kondition och ER-stress förklara effekten av NIC(nikotin)om TAC-inducerad njurskada
Vår studie visade att NIC(nikotin)vid en dos på 15 mg/kg förvärras TAC-inducerad njurskada genom oxidativ stress, inflammation och programmerad celldöd, i överensstämmelse med tidigare studier [27,37,38]. Andra har dock observerat motsatta resultat. Sadis et al. Bg] visade att NICat en dos av.s mg/kg skyddar njuren från ischemi/reperfusionsskada genom den kolinerga antiinflammatoriska vägen. En annan studie av Agarwal et al.[23] rapporterade att långvarig oral behandling med NIC(nikotin)(28 veckor)ger renoprotektiva effekter i en råttmodell av spontan proteinuri (München-Wistar-Frömter råttor). Orsakerna till denna skillnad i NIC: s roll på njurarna är okända men kan bero på NIC-dos, läkemedelsbehandlingstid eller gnagaremodell. Ytterligare studier krävs för att lösa dessa problem. Denna studie visar tydligt att NIC förvärrar TAC-inducerad njurskada i en råttmodell av kronisk TAC-nefrotoxicitet. Förvärring av oxidativ stress och programmerad celldöd kan vara en mekanism som ligger till grund för de skadliga effekterna av NIC. Våra resultat ger större insikt i effekterna av rökning bland transplantationsmottagare.
cistamche i njurfunktionen
REFERENSER
1. Bentata Y. Tacrolimus:2o års användning vid njurtransplantation hos vuxna: vad vi borde veta om dess nefrotoxicitet. Artif orglar 202044140-152.
2. Sikma MA, Hunault CC, van de Graaf EA, et al. Höga takrolimusblodkoncentrationer tidigt efter lungtransplantation och risk för njurskada. Eur J Clin Pharmacol 201773: 573-58o.
3. Yagisawa T, Omoto K, Shimizu T, Ishida H, Tanabe K. Åderförkalkning i nolltidsbiopsi är en riskfaktor för takrolimusinducerad kronisk nefrotoxicitet. Nefrologi (Carlton)201s;2o Suppl2:s1-57.
Calcineurinhämmare nefrotoxicitet genom linsen av längsgående histologi: jämförelse av ciklosporin och takrolimus epoker. Transplantation 2016;1oo:1723-171.
5. Lim SW, Shin Y, Luo K, et al. Effekt av Klotho på autofagi clearance vid takrolimusinducerad njurskada. FASEB J 2o193:2694-2706.
6. Lim SS, Vos T, Flaxman AD, et al. En jämförande riskbedömning av sjukdoms- och skadebördan hänförlig till 67 riskfaktorer och riskfaktorkluster i 21 regioner,199o-201o:en systematisk analys för Global Burden of Dis-ease Study 201o. Lancet 2o12;38o:2224-226o.
7. Formanek P, Salisbury-Afshar E, Afshar M.Hjälper patienter med ESRD och tidigare stadier av CKD att sluta röka. Am J Kidney Dis 2018;72:255-266.
8. Jain G, Jaimes EA.Nikotinsignalering och progression av kronisk njursjukdom hos rökare. Biochem Pharmacol 2013;861215-1223.
9. Zhang LY, Jin J, Luo K, et al. Shen-Kang skyddar mot takrolimusinducerad njurskada. Koreanska JIntern Med 2019341078-1090.
10. Ibrahim ZS, Alkafafy ME, Ahmed MM, Soliman MM.Renoprotektiv effekt av curcumin mot den kombinerade oxidativa stressen av diabetes ochnikotinhos råttor. Mol Med Rep 2016;13:3O17-3026.
