Del 1 Heme Oxygenase 1: En defensiv medlare vid njursjukdomar

Del 1

Anne Grunenwald¹, Lubka T. Roumenina¹och Marie Frimat ^2,3,*

Abstrakt:Förekomsten avnjuresjukdomen ökar, vilket utgör en betydande börda för sjukvården och gör identifieringen av nya terapeutiska mål allt mer brådskande. Hem oxygenas (HO)-systemet fyller en viktig funktion i regleringen av oxidativ stress och inflammation och, via dessa mekanismer, tros det spela en roll i förebyggandet av icke-specifika skador efter akut njursvikt eller till följd av kronisk njursjukdom. Uttrycket av HO-1 är starkt inducerbart av ett brett spektrum av stimuli injure, som en följd av njurens filtreringsroll vilket innebär att HO-1 exponeras för ett brett spektrum av endogena och exogena molekyler, och det har visat sig vara skyddande i en mängd olika neuropatologiska djurmodeller. Intressant nog uppträder den positiva effekten av HO-1 i både hemolys- och rabdomyolysdominerade sjukdomar, därnjureexponeras i stor utsträckning för hem (en viktig HO-1-inducerare), såväl som för icke-hemberoende sjukdomar som högt blodtryck, diabetisk nefropati eller progression till njursjukdom i slutstadiet. Detta belyser komplexiteten i HO-1s funktioner, vilket också illustreras av det faktum att, trots överflöd av prekliniska data, inget läkemedel som riktar sig mot HO-1 hittills har översatts till klinisk användning. Syftet med denna översyn är att bedöma aktuell kunskap om HO-1s roll i njuren och dess potentiella intresse som ett nefroprotektionsmedel. De potentiella terapeutiska öppningarna kommer att presenteras, särskilt genom identifiering av kliniska prövningar inriktade på detta enzym eller dess produkter.

Nyckelord:hem-oxygenas-1; heme;njure; hemolys; rabdomyolys; giftighet; ischemi-reperfusion

Kontakt:ali.ma@wecistanche.com

Cistanche extrakt fördel för njursjukdom, klicka här för att få provet

1. Introduktion

Antalet människor världen över med kroniskanjuresjukdom (CKD), akut njurskada (AKI), eller som kräver njurersättningsterapi överstiger 850 miljoner [1]. Den prognostiserade incidensen är en anledning till oro, och CKD beräknas bli världens femte vanligaste dödsorsak år 2040 [2]. Det är allmänt accepterat attnjureSjukdomar är en betydande folkhälsofråga och att behovet av ett multimodalt tillvägagångssätt för att bromsa denna förmodade utveckling är brådskande [3]. Av nyckelvikt är identifieringen av nya terapeutiska mål, både för att begränsa effekten av akuta njurhändelser och för att förbättra dåliga resultat vid CKD, över hela intervallet av underliggande etiologier. Flera kandidater för nefroprotektion studeras för närvarande [4,5]. Hem oxygenas (HO)-systemet är ett av målen som skulle kunna användas för att skydda njurstrukturer från skador orsakade av oxidativ stress, vilket begränsar inflammation och följaktligen accelererat åldrande.

HO upptäcktes 1968 av Tenhunen och kollegor, som först beskrev dess förmåga att katalysera nedbrytningen av hem (Fe-protoporfyrin IX) till fritt järn, kolmonoxid (CO) och biliverdin, som snabbt omvandlas till bilirubin [6]. Två huvudsakliga isoformer av HO beskrevs: inducerbar HO-1 och konstitutiv HO-2. Ursprungligen betraktades HO bara som ett återvinningssystem för hem från åldrade röda blodkroppar, och HO har sedan dess tillskrivits ett antal cytoprotektiva egenskaper via dess metaboliter och nedströms signalering, vilket utökar dess definition från den av en "molekylär förstörande boll" till en "hypnotiserande" utlösare av cellulära händelser, för att citera Maines et al. [7]

Driven av dess potentiella antioxidant- och antiinflammatoriska kapacitet är HO-1 föremål för ett växande intresse för sin roll i olika mänskliga patologier. Bland de studerade organen har njuren ofta framhävts under de senaste 30 åren, särskilt genom identifieringen av en roll för HO-1 i olika njur-, metabola och vaskulära sjukdomar av både akut och kronisk natur [8–11 ]. HO-1 är avgörande för effektivitetnjurefunktion, vilket illustreras av njurskador hos människor med HO-1-brist och av ett flertal djurstudier (beskrivs nedan). Denjurensfysiologiska funktioner påverkar specifikt HO-1-reglering. Faktum är att njurvävnad är mycket känslig för hypoxi [12], en viktig drivkraft för HO-1-uttryck, och är särskilt exponerad för toxiska molekyler på grund av dess filtrerings- och reabsorptionsfunktioner. Denna speciella egenskap av att vara ett "avgiftningsorgan", som delas med levern, innebär att njuren är mycket exponerad för skadeassocierade molekylära mönster (DAMPs) och stressmediatorer. Intressant nognjurebesitter en kapacitet för syntes av albumin, alfaprotein och haptoglobin under ischemisk eller toxisk ischemisk skada, vilket understryker parallellen med levern [13,14]. Njurceller kräver därför anpassningsstrategier för att bevara sina funktioner och integritet i en så tuff miljö. Njuren är en viktig plats för exponering för hem i händelse av extravaskulär hemolys eller rabdomyolys, och därmed också för induktion av HO-1-uttryck. Under dessa förhållanden kan HO-1-överuttryck enkelt förklaras av behovet av att katabolisera den fria hemöverbelastningen. Emellertid går HO-1s engagemang i njursjukdomar utanför ramen för hemrelaterade sjukdomar, vilket illustrerar komplexiteten i dess verkningsmekanismer som sträcker sig bortom enbart hemkatabolism [15].

Syftet med denna recension är att sammanfatta den stora mängd experimentell och klinisk data som beskriver vikten av HO-1 injure, utan att glömma att HO-2 också är signifikant: uttrycks konstitutivt i njuren under homeostatiska förhållanden, är den i första försvarslinjen mot ischemi och andra förolämpningar, och dess njurcytoskyddande effekter har visats i hemprotein- och ischemi-inducerad AKI [16]. Jämfört med litteraturen om HO-1 finns det dock väldigt få studier som undersöker den funktionella betydelsen av HO-2 vid njursjukdomar; därför kommer denna recension att fokusera på HO-1. Efter en allmän introduktion till egenskaperna hos HO-1 i njuren kommer vi att beskriva detta enzyms roll i olika njurcellspopulationer och vid njursjukdomar. Med tanke på dess primära funktion att återvinna hem, kommer vi att närma oss dessa patologiska tillstånd beroende på om det finns en massiv frisättning av fritt hem eller inte. Slutligen kommer aktuella kliniska tillämpningar att presenteras, som avslöjar skillnaden mellan mängden tillgängliga experimentella data och den relativa bristen på terapeutiska tillämpningar.

2. Om Heme Oxygenase-1 i njure

2.1. Varför är HO-1 särskilt viktigt för njuren?

Under de senaste decennierna har HO-1-systemets nyckelroll i patofysiologin förnjuresjukdomar har fått stöd av flera studier. Hos de två HO-1-bristpatienter som rapporterats uppdaterade var njuren bland de skadade organen. Båda patienterna hade hematuri och proteinuri.Njurebiopsier avslöjade ökad mesangial proliferation och fokal förtjockning av kapillärslingorna genom ljusmikroskopi och endotelavlossning i den glomerulära kapillären genom elektronmikroskopi [17,18]. Njurskador var också närvarande i båda djurmodellerna ogiltigförklarade för HMOX1, med vissa skillnader uppenbara mellan mus [19] och råttmodeller [20]. Hos Hmox1-/- möss var bristen på funktionellt hemoxygenas ansvarig för ökad känslighet för oxidativ stress [19], minskad hemofagocytos av senescenta röda blodkroppar av vävnadsmakrofager, ökad hemolys och omfördelning av järn från mjälten och levern. makrofager till hepatocyter och njurproximala tubuliceller [21]. På liknande sätt uppvisade Hmox1-/- råttor anemi, splenomegali och framträdande interstitiell inflammatorisk cellinfiltrat och fibrosärrbildning i deras njurar. Medan glomerulära lesioner var anekdotiska i musmodellen, Atsaves et al. fann en ökning av mesangial matris och fokala och segmentella glomeruloskleroslesioner hos Hmox1-/- råttor. Dessa morfologiska fynd var förknippade med ökat ureakväve i blodet, serumkreatinin och albuminuri, men intressant nog var det ingen ökning av järnavlagringar i glomeruli, tubuli eller interstitium [20].

Spontan njurskada i både mänskliga och djurmodeller ogiltigförklarade för HMOX tyder på att HO-1 är viktigt för effektiv njurfunktion. Den njurskyddande rollen för detta enzym har bekräftats i flera modeller av njurutmaning vid HO-1-invalidering/hämning eller överuttrycksförhållanden [22]. De histologiska skillnaderna som citeras ovan illustrerar emellertid svårigheterna med att överföra resultat från en art till en annan. Skillnader i regleringen av HO-1 mellan människor och möss är väl beskrivna, vilket motiverar genereringen av humana hHO-1 BAC-transgena möss [23]. I den här modellen är HO-1 överuttryckt, och det är fortfarande okänt om detta högre bakgrundsuttryck kan skymma subtila skador under långa tidsperioder, eller till och med ha negativa effekter i sig.

En bättre förståelse för hur HO-1 fungerar injure, och hur dess uttryck eller funktion kontrolleras, är avgörande för vår förståelse avnjurefysiologi och patologi men det är (som alltid) viktigt att komma ihåg gränserna för alla studier i dess tolkning och översättning: vi kommer att försöka upprätthålla denna kritiska synpunkt genom hela denna recension.

2.2. Reglering av HO-1-uttryck i njurar

HO-1-protein är allestädes närvarande, det är förankrat i membranet av det endoplasmatiska retikulumet och även lokaliserat i mitokondriella kärnor och caveolin, medan HO-1-genen (HMOX1), som kodar för HO-1, finns på kromosom 22. Många stimuli kan modulera transkriptionen av HMOX1, vilket återspeglar det breda spektrumet av DNA-bindande motiv inom dess promotor och det stora antalet signalvägar som leder till dess transkription. Huvudregulatorn för HMOX1-genen är nukleär erytroidfaktor 2 (Nrf2), vars aktivering beror på dess interaktion med det ECH-associerade proteinet av Kelch-typ (Keap1). Keap–Nrf2-interaktionen främjar nedbrytningen av Nrf2 (hälsosamt tillstånd), medan destabilisering av detta komplex frisätter Nrf2 som translokerar in i kärnan och uppreglerar vissa gener, inklusive HO-1 (stressat tillstånd). Det finns många andra aktivatorer eller repressorer av HO-1 som bildar ett komplext biomolekylärt nätverk (detaljerat i tidigare recensioner [7,10]). Detaljer om dessa ligger utanför ramen för denna recension och vi kommer här att fokusera på de njurspecifika egenskaperna hos HO-1-uttryck.

I dennjure, HO-1 proteinnivåer är odetekterbara under homeostatiska förhållanden, förutom i tubuli där de ändå förblir låga [24]. Många stresstillstånd är kända för att uppreglera njurtranskriptionen HO-1, inklusive oxidativ stress, värmechock, hypoxi, tungmetaller och toxiner (recensat i Bolisetty et al. [8]). Under dessa förhållanden förblir HO-1-uttrycket heterogent mellan de olika njurkompartmenten. Njuren består av två huvudområden: utgångsbarken och medulla i det innersta området. Medulla innehåller större delen av nefronerna, de funktionella komponenterna i njuren som filtrerar vätska från blodet. Njurbarken inkluderar glomeruli, de "tovors" av kapillärer där plasma filtreras genom det glomerulära basalmembranet. Den filtrerade vätskan strömmar sedan längs den hopvikta proximala tubuli till slingan av Henle, och sedan till den slingrande distala tubuli och uppsamlingskanaler, som dränerar in i urinledaren (Figur 1). Glomerulär filtrering och reabsorption av lösta ämnen (njurens två huvudfunktioner) stöds av njurblodflödet, som är bland det högsta i kroppen, med njurarna som får cirka 20 till 25 procent av hjärtminutvolymen. Jämfört med cortex är blodflödet till njurmärgen relativt lågt. Denna skillnad krävs för att möjliggöra en effektiv urinkoncentrationsmekanism och förklarar även märgens särskilda känslighet för minskat blodflöde. Under stressförhållanden är HO-1 alltså mer uttryckt i medulla än cortex [25]. Dess uttryck är mycket starkt i tubuli (särskilt proximala tubuli), men minimalt eller frånvarande i glomeruli, som illustreras i figur 2 hos både hemolytiska patienter och heminjicerade möss. Det har emellertid visat sig att tidigare induktion av HO-1 i glomeruli förhindrade efterföljande utveckling av nefrotoxisk glomerulonefrit i en Lewis-råttmodell, men den största producenten av HO-1 i glomeruli var de infiltrerande makrofagerna, inte de inneboende glomerulära cellerna [26]. Denna lägre kapacitet hos glomeruli att uttrycka HO-1, som är en nyckelcytoskyddsmekanism, kan förklara glomerulis speciella känslighet för stressorer i vissa patologier [27].

Sammantaget visar dessa data att HO-1-nivåer normalt inte går att upptäcka injuremen att HO-1 är mycket inducerbar i tubuli under patologier, särskilt via dess huvudsakliga transkriptionsfaktor Nrf2. Glomerulis förmåga att inducera HO-1 är dock lägre.

2.3. HO-1 och nefroskydd

Precis som HO-2 driver HO-1 den NADPH-beroende tillsatsen av en syremolekyl till porfyrinringen av hem, vilket katalyserar oxidationen av hem och den ekvimolära frisättningen av biliverdin, fritt järn och koloxid (CO). Alla dessa händelser är cytoskyddande genom att ta bort fritt hem, reglera järnutflödet och öka bilirubin- och CO-nivåerna. Faktum är att de skadliga effekterna av fritt hem är väl beskrivna, särskilt på det vaskulära stället via direkt toxicitet, men också genom stimulering av pro-inflammatoriska signalvägar (som DAMPs) och aktiveringen av komplementsystemet [28]. I likhet med endotelceller rapporteras sådana negativa effekter med andra celltyper när de exponeras massivt för hem. Detta är fallet för mänskliga skelettmuskelfibrer, där exponering för heme inducerar kontraktil dysfunktion [29] och njurrörsceller [30]. Dessutom är järn särskilt giftigt även vid låga koncentrationer. Det deltar i Fenton-reaktionen och producerar hydroxyl och kan resultera i celldöd genom ferroptos, en celldödsväg som kännetecknas av en järnberoende minskning av glutationnivåer (GSH) och ackumulering av lipidhydroperoxider till dödliga nivåer [31]. Således har det rapporterats att cytoskyddet av HO -1 åtminstone delvis berodde på ett ökat järnflöde [32], som efter dess frisättning antingen lagras i ferritin eller exporteras från makrofager till plasma för återuppbyggnad -användning via den transmembrana järnexportören ferroportin. CO motverkar vasokonstriktion och har kraftfulla antioxidantegenskaper, liksom biliverdin, som via biliverdinreduktas enzymatiskt omvandlas till bilirubin [33].

Genom att överföra dessa egenskaper till njurnivån är det lätt att förstå forskningsintresset för att utnyttja denna molekyl för att behandlanjuresjukdom. De positiva effekterna har beskrivits i nästan 30 år, efter arbetet av Nath et al., som rapporterade att HO-1 gav skydd i en råttmodell av glycerol-inducerad, akut njursvikt. I deras modell inducerade en enda tidigare injektion av hemoglobin snabbt HO-1-budbärar-RNA och protein i njuren, vilket förhindrade progression till njursvikt [34]. De nefroprotektiva effekterna av HO-1 och dess metaboliter har sedan dess rapporterats i olika modeller av njursjukdom [8,35]. Den potentiella betydelsen av HO-1 i patogenesen av njursjukdomar antyds också av kopplingen mellan polymorfismer i HO-1-genen och njurresultat. Individer med kortare (GT)n-repetitioner i HO-1-promotorregionen har en högre transkriptionsaktivitet och därmed högre HO-1-nivåer än individer med längre (GT)n-repetitioner [36]. Intressant nog har långa (GT)n-repetitioner associerats med en sämre prognos i flera sammanhang, nämligen högre risk för AKI efter hjärtkirurgi eller nedsatt njurfunktion efter njurtransplantation [37,38]. Det finns dock inga bevis för en skyddande effekt av kort upprepning (GT)n för transplantat- eller mottagarens överlevnad efter njurtransplantation [39], vilket understryker komplexiteten hos de involverade mekanismerna. Nivåerna av HO-1-uttryck kan också variera med ålder. Det renala uttrycket av genen HO -1 i kontroll C57Bl6 möss minskade signifikant vid 18 jämfört med 3 månaders ålder [40]. I en annan studie var uttrycket av protein HO-1 inte signifikant annorlunda vid baslinjen mellan 6–8-veckorsgamla möss och 1-åriga möss, men de äldre djurens förmåga att uppreglera HO -1 som svar på ischemi-reperfusionsskador (IRI) var nedsatt (särskilt i märgen), och de uppvisade sämre njurfunktion jämfört med unga djur [41]. Dessa resultat återspeglar den renala känsligheten hos äldre människor för nefrotoxiska medel.

Sammanfattningsvis har förebyggande eller genetisk induktion av HO-1-uttryck i många studier visat sig ge njurskydd. En minskning av uttrycket av renalt HO-1 kan bidra tillnjurenskänslighet för vissa patologier.

3. HO-1 i njurcellspopulationer

Jämförande analyser har visat att HO-1 inte uttrycks i samma utsträckning i de distinkta cellpopulationerna injureför en given stimulans (Figur 1). Under intravaskulär hemolys eller i närvaro av HO-1-inducerande stressstimuli eller läkemedel i cirkulationen, är endotelcellerna de första cellerna som utmanas av dessa systemiska stressorer. Om stressfaktorn filtreras i glomeruli, exponeras podocyterna och kan skadas, vilket ses vid diabetisk nefropati. Vidare kan stressfaktorn stöta på mesangiala celler som har en sekretorisk och immunmodulerande roll och förökar sig under HO-1-brist. Slutligen kan stressorn nå det tubulära epitelet som är den mest studerade celltypen i förhållande till HO-1 (de proximala och distala tubuli måste betraktas separat med avseende på epitelet). Tubulära epitelceller har den mest potenta kapaciteten att överuttrycka HO-1 och drabbas av den allvarligaste skadan i händelse av brist eller under intravaskulär hemolys och rabdomyolys. Det här avsnittet beskriver nyckelfunktionerna för de huvudsakliga njurcelltyperna och den specifika roll HO-1 spelar inom dem.

3.1. Endotelceller

Endotelet består av ett monolager av endotelceller (EC) som utför kritiska funktioner i blodkärlen. De täcker det inre av blodkärlen och utför barriärfunktioner, men de fungerar också som ett utbytesgränssnitt med intilliggande vävnader, en sensor för vävnad och intravaskulär stress och som en källa till försvarsmediatorer [42]. Som sådan är EC den första linjen av celler som möter cirkulerande stressfaktorer och HO-1-uttryck är avgörande för deras överlevnad, med HO-1-bristpatienter och murina modeller som uppvisar omfattande endotelskador [19,43]. De pro-överlevnadseffekter av HO -1 i EC förekommer i varje organ och det finns ett stort arbete om dess induktion av olika molekyler [44,45]. Beroende på dess lokalisering (i olika organ, i kärl eller kapillärer) varierar EC-struktur, specialisering och funktioner. Således har EC från olika kärlbäddar dynamiska uttrycksprofiler (både spatialt och temporärt) och detta kan förklara deras selektiva inblandning i olika sjukdomsprocesser [42].

I dennjure, kan tre huvudtyper av endotelet särskiljas: glomerulärt, peritubulärt kapillärt och medelstort/stort kärlendotel [46], var och en med olika nivåer av HO-1-uttryck eller funktion. Glomerulär EC är "fenestrerad" och täckt av en glykokalyx [47] ansvarig för att begränsa makromolekylers passage till urinkammaren [48]. Trots glykokalyxen kan små hydrofoba molekyler (t.ex. hem) komma in i cellmembran och aktivera proinflammatoriska och protrombotiska vägar, inklusive TLR-4-signalering, vilket främjar blodcellsadhesion och vasoocklusion (Schaer et al., 2013). Peritubulära kapillärers EC är också fenestrerad och ligger på en tunn stroma. De transporterar återabsorberade komponenter och upprätthåller tubulär epitelcellsfunktion [46]. Slutligen är endotelet hos både medelstora och stora kärl sammanhängande, med sammankopplade EC. Den strukturella och funktionella mångfalden av EC i njurarna som en funktion av deras lokalisering gör dem differentiellt känsliga för specifika stressorer, såsom toxiska eller proinflammatoriska filtrerade molekyler för glomerulär EC, hypoxi för peritubulära kapillärer, eller förändringar i responsspecific stress, med motsvarande till sådana övergrepp [46].

De viktigaste faktorerna som påverkar uttrycket av HO-1 i EC är hypoxi, skjuvspänning, förekomsten av hem och andra cirkulerande stressfaktorer (ammoniak [49], S-adenosylmetionin [50], etc.), cirkulerande ämnen (statiner [51], resveratrol [52], etc.) eller droger. Syrepartialtrycket minskar längs den peritubulära kapillären, särskilt under stressförhållanden med överdriven O2-förbrukning. Intressant nog har HO-1-uttryck rapporterats minska vid hypoxi medan HO-2-uttryck bevarades i makrovaskulär human navelven EC (HUVEC) [53]. Men HO-1-uttryck är inducerbart i mikrovaskulära peritubulära kapillärers EC under olika förhållanden som kan framkalla hypoxi (hem, angiotensin II, etc.). Fysiologisk skjuvstress är en viktig bestämningsfaktor för EC-överlevnad, vilket visas in vivo i humana aterosklerotiska plack [54] och kaninkarotider med minskat blodflöde [55]: det inducerar också uttrycket av anti-inflammatoriska faktorer (in vitro i HUVEC och in vivo i kaninaorta [56]) och vasodilaterande sådana (in vitro och in vivo i möss [57]). Intressant nog induceras HO-1-uttryck av skjuvstress, in vitro i makrovaskulär (aorta) och mikrovaskulär (HMEC) human EC [58], och detta uttryck rapporterades hos råttor vara direkt relaterat till nivån av skjuvstress : högre uttryck vid höga flödesnivåer (i artärer), men kräver andra faktorer för att HO-1 ska uttryckas vid låga flödesnivåer (i mikrokärl) [59]. Detta fenomen har hittills bara rapporterats i tarmkärl. Men om dessa resultat verifieras i andra organ kan det förklara minskad HO-1-induktion i kapillärer som glomerulär EC under stress [27]. EC är mycket exponerat för cytotoxiska hemolys-härledda produkter och endotelsvar på dessa förolämpningar återspeglar heterogeniteten hos EC. Mikrovaskulär EC, och särskilt glomerulär EC, är mindre benägna att uppreglera HO -1 jämfört med makrovaskulär EC, både in vitro och i en musmodell av hemolys [27]. Detta gör dem särskilt känsliga för skador genom skillnader i deras komplement C3-reglering och hemnedbrytning jämfört med makrovaskulär EC [27]. Lite är känt om HO-1-induktionskapaciteten hos de peritubulära kapillärernas EC.

Njurmakrovaskulär EC är fortfarande dåligt studerad med avseende på HO-1-uttryck och funktion. Den mest använda modellen i studien av makrovaskulär EC är den mänskliga navelvenen EC (HUVEC). Exponering för heme i HUVEC är ansvarig för snabb signaltransduktion, mobilisering av endotelial Weibel Palade-kroppar och NF-kB-aktivering, vilket ger dem en pro-inflammatorisk och pro-trombotisk fenotyp [60-62]. Men längre exponering tillåter dem att utveckla anpassningsmekanismer och bli mycket resistenta mot oxidativ stress-medierade skador och lipidperoxidationsprodukter. Dessa inkluderar induktion av ferritin och HO-1 [63], även om HO-1-induktion i glomerulär EC in vitro och i musmodeller av hemolys är mycket svagare [27,64]. HO-1-induktion i makrovaskulär EC modulerade särskilt komplementaktivering [27,65], trombomodulinuttryck i hemolysförhållanden [27] och i samband med septiknjureskada [66] och uttryck av adhesionsmolekyler associerade med EC-aktivering [67].

Sammantaget indikerar dessa data attnjureEndotelet påverkas starkt av toxiner och stressfaktorer som ett resultat av dess filtreringsfunktion. Sådana stressfaktorer verkar utlösa starka anpassningsmekanismer i makrovaskulär EC som gör att de kan motstå förolämpningar till en viss nivå, främst genom uppreglering av HO-1 och dess associerade gener. Även om det finns en markant brist på data i litteraturen, tyder tillgängliga studier på att, i motsats till makrovaskulär EC, är denna HO-1-uppreglering mindre uttalad i det glomerulära mikrovaskulära endotelet, vilket gör det särskilt känsligt för miljöstress.

3.2. Podocyter

Podocyter är hyperspecialiserade celler som upprätthåller den glomerulära filtreringsbarriären genom syntesen av glomerulära basalmembrankomponenter (GBM) och bildandet av slitsmembranet genom att fästa deras fotprocesser till de glomerulära endotelcellerna [68] (Figur 1). Deras strategiska lokalisering, som möjliggör deras filtreringsfunktion, gör dem särskilt känsliga för mekanisk, oxidativ och immunologisk stress. Podocyter har unika adaptiva svar, inklusive uppreglering av vimentin och desmin [69], eller antioxidantproteiner som Sirtuin1 och metallothionein. Sirtuin uppreglerar Nrf2, vilket förbättrar HO-1-uttrycket. [70,71] Intressant nog har sirtuin-1-uttryck (tillsammans med Nrf2 och HO-1) rapporterats ökat genom exponering för avancerade glykeringsslutprodukter [71] och HO{{14} } visade sig vara specifikt förstärkt i podocyter hos diabetespatienter [72]. Även om det är mindre studerat, har uttrycket av HO-1 också beskrivits under hemolytiska förhållanden [27,73], med heminducerande HO-1-uttryck på ett Nrf2-beroende sätt i podocyter. Intressant nog utvecklade möss med Nrf2-brist spontant proteinuri med utplåning av fotprocessen minskade synaptopodin och nefrinexpression och podocytapoptos [73].

Även om litteraturen om HO-1 i podocyter inte är riklig, tyder de bevis som finns på en skyddande fysiologisk roll för Nrf2/HO-1-axeln genom att bevara pedicel och hämma död och lossning av podocyter. I patologiska sammanhang är HO-1 överuttryckt som en försvarsmekanism men kan också vara en biprodukt av utmattade motståndsmekanismer som är ett resultat av överväldigande stress, i vilket sammanhang det är otillräckligt för att förhindra podocytskada.

3.3. Mesangiala celler

Mesangialceller bildar tillsammans med den mesangiala matrix de producerar mesangium, en stödvävnad för glomerulus floculus. Bland mesangiala celler finns immunceller, monocyt-/makrofagerliknande (5 till 15 procent) och kontraktila celler, som liknar glatta muskelceller (85 till 95 procent) och ger strukturellt stöd och sammandragning [74,75]. Heme främjar proliferationen av glatta muskelceller [76] och dess receptor TLR4 uttrycks på mesangiala celler [77], men rollen av HO-1 i dessa celler är dåligt studerad. Kväveoxid (NO) har visat sig inducera HO-1 i mesangialceller [78], HO-1-brist har en mild mesangial proliferation [17,18,43] och HO{{17} } har visats modulera mesangial cellproliferation via p21-uppreglering [79]. Ytterligare arbete behövs för att avgöra om den stora mängd kunskap som samlats för makrofager är tillämplig för de makrofagliknande mesangialcellerna.

3.4. Rörformiga celler

Om HO-1-uttryck beskrevs i tubuli för en tid sedan, är det först nyligen som dess reglering har beskrivits som segmentspecifik; HO-1 spelar också distinkta roller i olika segment av tubuli för att upprätthålla njurfunktioner [80].

3.4.1. Proximal tubuli

De proximala tubuli är cellerna injuresom visar den högsta kapaciteten för överuttryck av HO-1. Proximala tubulära epitelceller har faktiskt visat sig vara särskilt känsliga för oxidativ stress in vitro [81]. De förlitar sig starkt på HO-1 för skydd mot och anpassning till stressorer, vilket bevisas av det faktum att tubulär skada är den kardinal patologiska egenskapen i mänsklig HO-1-brist [82]. Huvudfunktionen hos den proximala njurtubuli är upptaget av vatten, joner, aminosyror och filtrerade proteiner. I frånvaro av glomerulär skada är filtrerade proteiner oftast av en storlek under 68 kDa. Internalisering av proteiner, inklusive hem-associerade sådana som myoglobin eller hemoglobin, men även hemopexin, sker via megalin- och tubulinreceptorerna [83]. Denna reabsorptionsfunktion kräver en stor mängd energi (ATP) som tillhandahålls av mitokondriell betaoxidation [84]. Men allvarlig ATP-utarmning resulterar i mitokondriell skada, vilket orsakar ytterligare utarmning av energidepåer och bildandet av reaktiva syrearter [85]. Detta höga metaboliska behov producerar ett tillstånd av relativ hypoxi i njurmärgen, och de proximala tubuli är särskilt känsliga för ischemi/reperfusion och hemöverskott [86,87]. Känsligheten för hem förklaras också av det konstitutiva uttrycket av TLR4 (en hemreceptor) av de proximala tubuli [61], och TLR4-uttryck är ökat vid njurischemi-reperfusionsskada och septiska skador [77].

Medan HO-1 endast uttrycks svagt injureunder normala förhållanden är det starkt inducerbart i proximala tubuli under olika former av stress [88], proteinuri bland dem [80]. Samspelet mellan upptaget av hem-innehållande proteiner, osmotiskt tryck som driver heminflux, TLR4-uttryck och ökad syntes av hem i proximala tubuli kan tillsammans förklara denna specifika, starka uppreglering av HO -1. Det har föreslagits att HO-1-uttryck i tubulära epitelceller beror mer på basolateral exponering för hem (från de peritubulära kapillärerna under hemolytiska förhållanden) än på intraluminalt heminnehåll. Men under tillstånd av hypoxi och av den förändrade polariteten av renal EC, har HO-1-uppreglering rapporterats vara mer beroende av apikal exponering för hem [89]. I tubulära epitelceller är HO-1-uppreglering av hem beroende av Nrf2-stabilisering [90]. HO-1 har en dubbel roll i tubulär EC, och är samtidigt ett antioxidativt och en regulator av celldöd. Faktum är att HO-1 är ansvarig för uppregleringen av p21, en cyklinberoende kinashämmare som ansvarar för att stoppa cellcykelprogression, vilket minskar apoptos i tubulär EC [91,92]. Dessutom minskar HO-1-uttryck ferroptos i proximala tubulära celler, en icke-apoptotisk reglerad celldöd associerad med ackumulering av reaktiva syrearter (ROS) härledda från lipidperoxidation [93]. Slutligen har HO-1 visats hämma autofagi i proximala tubulära celler [94].

Sammantaget exponeras proximala tubulära celler massivt för HO-1-inducerare i patologiska sammanhang (filtrering av hemoglobin, myoglobin, hemopexin-hemkomplex; ischemi, filtrering av toxiska produkter eller läkemedel, etc.) och är beroende av HO{{2 }} för deras skydd, men HO-1 är också en markör för tubulär stress och skada när deras anpassningsförmåga är överväldigad.

3.4.2. Distal tubuli

Distalt tubulärt EC längs medulla, särskilt i den tjocka, stigande delen av slingan av Henle (mTAL) och den distala convoluted tubuli (DCT), är involverade i koncentrationen och utspädningen av urin och upprätthållandet av homeostatiska salt- och lösta ämnen genom att uttrycker olika kanaler som är specifika för deras lokalisering och cellsubtyp. Under vattenreabsorption blir koncentrationen av toxiner (särskilt hem) mycket högre i de distala nefronsegmenten. På grund av det låga partialtrycket av syre längs de peritubulära kapillärerna är dessa distala tubulära EC särskilt känsliga för hypoxi och förlitar sig mer på anaerob, glykolytisk ATP-produktion än proximala celler. Distala tubuli har en större förmåga att överleva och anpassa sig till hypoxisk stress [95], är mindre känsliga för celldöd, särskilt efter ischemisk skada [96].

Distala tubuli, liksom proximala tubuli, uttrycker endast svagt HO-1 på basalnivå; vid stimulering har emellertid dess induktion av hem ifrågasatts [88]. (Intressant nog kan HO-2 förstärkas av hem i distala tubuli [97].) HO- 1:s roll i distala tubuli återstår dock att helt klarläggas eftersom dess uttryck också har associerats med förbättrad njurfunktion efter ischemi/reperfusion vid kadaverisk donatortransplantation [98], såväl som vid CKD [99]. Detta kan vara relaterat till regenereringsfunktionen hos distala tubulära epitelceller, men ytterligare studier behövs för att bättre beskriva sambandet mellan HO-1 och distala tubulära epitelcellers funktioner.

Sammanfattningsvis, även om data om distala tubuli saknas, tyder vissa bevis på att förbättrat HO-1-uttryck skulle kunna ge skydd åt distala tubulis EC.