PGC-1 hämmar NLRP3-inflammasomet via bevarande av mitokondriell livskraft för att skydda njurfibros Ⅱ

DISKUSSION

Den aktuella studien visade att PGC-1 mildrade mitokondriella skador och oxidativ stressnivåer, återställde mitokondriell integritet och TNFAIP3, och försvagade aktiveringen av NLRP3-inflammasomvägen i de TGF- -behandlade RTECs och djurmodeller avnjurskada. Dessa förbättringar resulterade samtidigt iminskad cellskada och fibros. En schematisk figur som visar den potentiella mekanismen för reglering av NLRP3-inflammasom av PGC-1 presenteras i tilläggsbild 11. Resultaten av denna studie avslöjar rollen av PGC-1 i regleringen av NLRP3-inflammasomen signalering via modulerande mitokondriell viabilitet och dynamik och föreslår också en evterapeutisk potential för PGC-1 för njurskada.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

FÅ NATURLIGT ORGANISKT CISTANCHEEXTRAKT MED 25 % ECHINACOSID OCH 9 % ACTEOSID FÖR NJURINFEKTION

NLRP3-inflammasomen har varit inblandad ipatogenes av cellskador, inflammationoch fibros iolika njurskadormodeller [15–19, 27–29]. I överensstämmelse med tidigare studier visade vi att uttrycksnivåerna för NLRP3-inflammasomvägar inklusive NLRP3, ASC, IL-1 och IL-18 ökade tillsammans med förhöjda expressionsnivåer av cellulära skademarkörer i TGF{{ 8}}behandlade RTECs och djurmodeller med adenin-diet och UUO. Flera skadeassocierade molekylära mönster (DAMPs) som frigörs under njurtubulär cellskada föreslås aktivera NLRP3-inflammasomen [27, 30-37]. Noterbart uttrycker njurens inneboende celler komponenter i NLRP3-inflammasomvägen [38], och aktivering av denna signalering kan bidra till njurskada [15, 29]. Det är dock osäkert hur NLRP3 aktiveras i dessa celler. I denna studie fokuserade vi särskilt på regulatorer av mitokondriell biogenes eftersom dysreglerade mitokondrier kan utlösa aktiveringen av NLRP3-inflammasomvägen [39, 40].

Med tanke på det rikliga mitokondriella innehållet som finns i njurarna, har växande uppmärksamhet ägnats åt PGC-1 inom forskningsfältet för njursjukdomar. I njuren är PGC-1-uttryck lokaliserat till cortex och yttre medulla, vilket motsvarar regioner med hög mitokondriell aktivitet [41]. Eftersom skadade mitokondrier uppenbarligen observeras i olika former av njurskador, har flera studier visat den avgörande skyddande rollen för PGC -1 mot njursjukdomsmodeller [41–43]. Dessutom har det ackumulerats bevis för att förlust av PGC-1 bidrar till utvecklingen av njurfibros och efterföljande CKD [9, 44, 45]. I den Notch-inducerade njurskademodellen skyddade PGC-1 även tubuliskada och förbättrad fibros [9]. Här visade vi rollen av PGC-1 för att förebygga njurskador i ljuset av regleringen av NLRP3-inflammasomvägen. Överuttrycket av PGC-1 med plasmid- och metforminförsvagad TGF- 1-inducerade cellskada såväl som aktivering av NLRP3-inflammasomen. Dessa resultat överensstämde med adenin-matade och UUO-mössmodeller. Omvänt ökade nedreglering av PGC-1 aktiveringen av NLRP3-inflammasom och cellulär skada.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

Hittills har få studier undersökt sambandet mellan PGC-1 och NLRP3. I en studie av Diao et al. [46], allvarlig brännskada-inducerad endoplasmatisk retikulumstress i hepatocyter aktiverade NLRP3-inflammasom. Intressant nog var aktivering av lever-NLRP3-inflammasom parallell med hämning av PGC-1. De undersökte vidare uppströmsregulatorerna för PGC-1 såsom proteinkinas A-katalysator, AMPK och sirtuin-1, som alla minskade signifikant efter brännskada. De föreslog att bristen på PGC-1 kan spela en viktig roll i den metaboliska störningen och bidrar till aktiveringen av NLRP3-inflammasomvägen. Den här studien klargjorde dock inte hur PGC-1 är involverad i NLRP3-vägen.

I den här studien visade vi flera mekanismer som PGC-1 reglerarNLRP3 inflammasomvägi njuren. Med tanke på att PGC-1 spelar en nyckelroll i att reglera mitokondriell biogenes och mitokondriell dynamik och dysreglerade mitokondrier utlöser NLRP3-vägen, kan det antas att PGC-1 skulle kunna reglera NLRP3-inflammasomvägen via modulering av mitokondriell livskraft. Som visats i våra experiment var uttrycksnivåerna för mitokondriella dynamiska relaterade gener dysregulerade i TGF - 1-behandlade RTECs. Dessa förändringar återställdes genom överuttryck av PGC-1 och metformin, medan nedreglering av PGC-1 förvärrade denna dysreglering. Den strukturella förbättringen av TGF- 1-inducerad mitokondrierskada av PGC-1 observerades också med MitoTracker-färgning och elektronmikroskopi. Den funktionella analysen av mitokondrier visade att restaurering av PGC-1 signifikant förbättrade den minskade mitokondriella membranpotentialen och den minskade syreförbrukningshastigheten i TGF- 1-behandlade RTEC. Slutligen visade vi frisättningen av mtDNA till cytosolen från mitokondriella fraktionen i TGF - 1-behandlade RTECs. Denna frisättning av mtDNA förhindrades av Ppargcla-överuttryck.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

Det bör noteras att mitokondriedrivet mtDNA är känt för att aktivera NLRP3-inflammasom [39, 47]. Dessa fynd tillsammans tyder på att dysreglerad mitokondriell dynamik bidrar till aktiveringen av NLRP3-inflammasom och därav följande renal tubulointerstitiell inflammation och fibros. Det kan dock finnas en ömsesidig interaktion mellan mitokondriell skada och NLRP3-inflammasom. En tidigare studie av Yu et al. visade att NLRP3-inflammasomaktivering orsakade mitokondriell skada via flera vägar [39]. På liknande sätt visade vi också att tystnad av NLRP3 dämpade aktiveringen av NLRP3-signalvägen och ledde till förbättringar i mitokondriell dynamik. Dessa fynd indikerar möjligheten till dubbelriktad interaktion mellan NLRP3 och mitokondrier.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

Fig. 8 PGC-1 reglerar frisättningen av mtDNA, oxidativ stress och TNFAIP3 för att reglera NLRP3-inflammasomen. Antalet kopior av mtDNA minskade i den mitokondriella fraktionen, medan den ökade i cytosolfraktionen i TGF - 1-behandlade RTECs, som omvändes av Ppargc1a-överuttryck. B Konfokal mikroskopianalys med MitoSOX-färgning avslöjade ökad produktion av mitokondriergenererad ROS i TGF - 1-behandlade RTECs, som reducerades med överuttryck av Ppargc1a och metformin. Omvänt förvärrade siPGC-1 mitokondriell ROS-produktion. C Detektion av mitokondriergenererat ROS i TGF- 1-behandlade RTEC:er genom FACS-analys. D Mätning av oxidativ stressnivåer med MDA visade en minskning av oxidativ stressnivåer i TGF- 1-behandlade RTECs med överuttryck av Ppargc1a och metformin, som ökade av siPGC-1. E De oxidativa stressnivåerna som mättes med MDA reducerades hos adeninmatade möss med metformin. F-, G-mRNA- och proteinuttrycksnivåer av TNFAIP3 i TGF- 1-behandlade RTECs ökade med överuttryck av Ppargc1a och metformin, som reducerades av siPGC-1. H mRNA och proteinuttrycksnivån för TNFAIP3 i adeninmatade möss ökade med metformin. Obs: *P < 0.05 mot kontroll; **P < 0,05 vs. TGF- -behandlade RTEC eller adeninmatade möss. PGC-1 peroxisomal proliferator-koaktivator- 1; mtDNA mitokondriellt DNA; NLRP3 NOD-liknande receptorfamilj, pyrindomäninnehållande 3; RTEC; renal tubulär epitelcell; ROS-reaktiva syrearter; MDA malondialdehyd; TNFAIP3 tumörnekrosfaktorinducerad protein 3; FACS Fluorescensaktiverad cellsortering; Ade adenin; Träffade metformin.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

PGC-1 har också avgörande roller i viktiga metaboliska processer som fettsyraoxidation, oxidativ fosforylering och ROS-avgiftning [48–50]. Dessutom är flera NLRP3-aktiverande stimuli associerade med ROS-produktion [32]. Sålunda kan reglering av oxidativ stressnivåer av PGC-1 påverka NLRP3inflammasom aktivering. Nyligen mitokondriellaROS produktionhar beskrivits utlösa aktiveringen av NLRP3-inflammasom under renal tubulointerstitiell fibros. Zhuang et al. [22] rapporterade att mitokondriellt härledd oxidativ stress-medierad albumininducerad mitokondriell dysfunktion och efterföljande renal tubulär skada. Dessutom aktiverades NLRP3-inflammasom i njuren av albuminöverbelastning, som helt avskaffades av MnTBAP, en mitokondriell ROS-rensare. I linje med dessa fynd visade vi att ökad oxidativ stress var associerad med aktiveringen av NLRP3-inflammasomvägen under njurskada. Denna ökade oxidativa stressnivå försvagades av överuttryck av Ppargc1a och metformin, medan den förstärktes efter nedreglering av Ppargc1a. Minskningen av oxidativ stressnivåer av metformin bekräftades också i två olika djurmodeller. Sammantaget kan ökade oxidativ stressnivåer inklusive mitokondriell ROS-produktion genom PGC{10}}-brist resultera i aktivering av NLRP3-inflammasom och åtföljande renal tubulointerstitiell inflammation och fibros.

TNFAIP3 är känt för att vara direkt reglerad av PGC-1 och det har en roll i att inaktivera NLRP3-inflammasomvägen i inflammatoriska celler som makrofager. Kang et al. [51] visade att dysfunktionella telomerer orsakar makrofagmitokondriell nöd, metabol obalans och hyperaktivering av NLRP3-inflammasomen. De identifierade PGC-1/TNFAIP3-axeln som en mekanism som är ansvarig för telomerens homeostatiska roll, och störningen i denna axel ledde till inflammatoriska Terc−/−-makrofager och allvarlig bakteriell lunginflammation i Terc−/−-möss. I den aktuella studien minskade TGF- 1 transkriptionsnivån av Tnfaip3 i RTEC. PGC-1 återställde dessa ändringar, medan Ppargc1a knock-down ytterligare minskade Tnfaip3-nivån. Intressant nog fann vi att både knock-down av Ppargc1a och Drp1 i TGF - 1--behandlade RTECs inte minskade NLRP3-inflammasomaktivitet, medan RTECs med Ppargc1a-överuttryck och Drp1-knock-down uppvisade mindre aktivering av NLRP3-inflammasom. Dessa fynd tyder på att PGC-1 kan modulera NLRP3-signalering via andra vägar som TNFAIP3 bortom mitokondriell dynamik.

Vi använde metformin som en indirekt aktivator för PGC-1. En farmakologisk dos av metformin kan aktivera AMPK och öka ATP-syntesen i olika celler inklusive njurceller [52–55]. I denna studie använde vi 1 mM metformin baserat på tidigare studier som visade att denna dos av metformin minskade njurfibros, ER-stress och aktiverade AMPK-aktivitet. I njurarna hos adeninmatade möss och RTECs behandlade med TGF - 1 minskade uttrycket av p-AMPK. Däremot vände metforminbehandling det minskade uttrycket av p-AMPK. Dessa ändringar överensstämde med PGC-1. Med bevis för att metformin aktiverar AMPK–PGC-1-axeln, håller kliniska studier på att uppstå om de gynnsamma effekterna av metformin mot njurskador. I en posthoc analys av studien för att minska kardiovaskulära händelser med Aranesp Therapy (TREAT), var metforminanvändning oberoende associerad med en 23 % lägre risk för njursjukdomens sammansatta resultat [56]. Dessutom har en färsk observationsstudie av Kwon et al. visade att metforminanvändning var associerad med en signifikant lägre risk för njursvikt i slutstadiet bland 10 426 patienter med typ 2-diabetes [57]. Metformins förmåga att aktivera AMPK har nyligen fått uppmärksamhet vid polycystisk njursjukdom eftersom denna verkan av metformin minskade cellproliferation via hämning av däggdjursmålet för rapamycinvägen och cykliska AMP-nivåer i prekliniska studier [58, 59]. Ändå medför användning av metformin vid avancerad CKD risk för laktacidos [60]. Därför bör framtida prövningar väga de gynnsamma effekterna av metformin mot laktacidos.

Sammanfattningsvis visade vi rollen av PGC-1 i regleringen av NLRP3-inflammasomaktivering via modulering av mitokondriell dynamik och viabilitet, och TNFAIP3 under njurskada. Dessa resultat tyder på att hämning av NLRP3-inflammasom av PGC-1 kan vara ett framtida terapeutiskt mål mot CKD.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

REFERENSER

1. Saran R, Robinson B, Abbott KC, Agodoa LYC, Bragg-Gresham J, Balkrishnan R,et al. US renal data system 2018 års datarapport: epidemiologi av njursjukdomi USA. Am J Kidney Dis. 2019;73:A7–a8. 2. Coresh J, Selvin E, Stevens LA, Manzi J, Kusek JW, Eggers P, et al. Förekomst avkronisk njursjukdom i USA. JAMA. 2007;298:2038–47.

3. Levey AS, Atkins R, Coresh J, Cohen EP, Collins AJ, Eckardt KU, et al. Kronisknjursjukdom som ett globalt folkhälsoproblem: tillvägagångssätt och initiativ - aställningstagande från Kidney Disease Improving Global Outcomes. Kidney Int.2007;72:247–59.

4. Tonelli M, Wiebe N, Culleton B, House A, Rabbat C, Fok M, et al. Kronisk njuresjukdoms- och dödsrisk: en systematisk översikt. J Am Soc Nephrol.2006;17:2034–47.

5. Park S, Lee S, Jo HA, Han K, Kim Y, An JN, et al. Epidemiologi av kontinuerlig renalErsättningsterapi i Korea: resultat från National Health Insurance Serviceskadedatabas från 2005 till 2016. Kidney Res Clin Pract. 2018;37:119–29.

6. Boor P, Ostendorf T, Floege J. Renalfibrosis: nya insikter i mekanismer ochterapeutiska mål. Nat Rev Nephrol. 2010;6:643–56.

7. Liu BC, Tang TT, Lv LL, Lan HY. Njurtubulusskada: en drivkraft mot kronisknjursjukdom. Kidney Int. 2018;93:568–79.

8. Ghayur A, Margetts PJ. Transformerande tillväxtfaktor-beta och glomerulär filtrationbarriär. Kidney Res Clin Pract. 2013;32:3–10.

9. Han SH, Wu MY, Nam BY, Park JT, Yoo TH, Kang SW, et al. PGC-1alfaskyddfrån hack-inducerad njurefibrosutveckling. J Am Soc Nephrol.2017;28:3312–22.

10. Galvan DL, Green NH, Danesh FR. Kännetecknen för mitokondriell dysfunktion ikronisk njursjukdom. Kidney Int. 2017;92:1051–7.

11. Bhatia D, Capili A, Choi ME. Mitokondriell dysfunktion vid njurskada, inflammation, och sjukdom: potentiella terapeutiska tillvägagångssätt. Kidney Res Clin Pract.2020;39:244–58.