In che modo la lesione renale acuta colpisce le cellule polmonari?
Mar 11, 2022
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Parte Ⅱ: Lo stress ossidativo a seguito di danno renale acuto provoca l'interruzione delle ciglia delle cellule polmonari e il loro rilascio nel liquido di lavaggio broncoalveolare e lesioni polmonari, che sono esacerbate dalla delezione di Idh2
Yong Kwon Hana, Ji Su Kim, Gwan Beom Leea, Jae Hang Lim, Kwon Moo Park
Danno renale acuto(AKI) induce danno d'organo a distanza, che è una seria preoccupazione nei pazienti con AKI (Danno renale acuto). Studi recenti hanno dimostrato che il danno d'organo a distanza è associatolo stress ossidativodi organi e danno del cilio, un organello cellulare a base di axonemi. Tuttavia, il ruolo dilo stress ossidativoe danni alle ciglia in AKI (Danno renale acuto) resta da definire il danno polmonare indotto. Qui, abbiamo studiato se AKI (Danno renale acuto) il danno polmonare indotto è associato al mitocondrialelo stress ossidativoe rottura delle ciglia nelle cellule polmonari. AKI (Danno renale acuto) è stato indotto in topi isocitrato deidrogenasi 2(Idh2, un enzima antiossidante mitocondriale)-deleti (Idh2-/) e wild-type (Idh2 più 7) dareneischemia-riperfusione (IR). Un gruppo di topi è stato trattato con Mito-TEMPO, un antiossidante specifico dei mitocondri.ReneL'IR ha causato lesioni polmonari, tra cui ispessimento del setto alveolare, danno alveolare e accumulo di neutrofili nel polmone e aumento della concentrazione proteica e del numero totale di cellule nel liquido di lavaggio broncoalveolare (BALF). Inoltre,reneL'IR ha causato la frammentazione delle ciglia delle cellule epiteliali polmonari e il rilascio di frammenti in BALF, l'IR renale ha anche aumentato la produzione di superossido, perossidazione lipidica e ossidazione del DNA mitocondriale e dei nuclei nei polmoni e ha ridotto l'espressione di IDH2. Polmonelo stress ossidativoe la lesione dipendeva dal grado direnelesione, La delezione di Idh2 ha esacerbato le lesioni polmonari indotte da IR ai reni. Il trattamento con Mito-TEMPO ha attenuato le lesioni polmonari indotte dall'IR del rene, con una maggiore attenuazione nei topi Idh2-7-rispetto ai topi Idh2 plus/plus. I nostri dati dimostrano che l'AKI (Danno renale acuto)induce la rottura delle ciglia e danneggia le cellule tramiteossidativofaticanelle cellule epiteliali polmonari, che porta al rilascio di frammenti ciliari interrotti in BALF.
malattia renale: AKI (danno renale acuto)
La delezione di Idh2 aggrava il danno polmonare indotto da IR renale.
Infine, abbiamo studiato il ruolo di IDH2 sul danno polmonare indotto da IR renale. Definire il ruolo di IDH2 sul polmonelo stress ossidativoe danno polmonare in condizioni di nessuna o minima differenza di danno renale, abbiamo indotto 35 minuti di ischemia renale seguiti da 4 ore di riperfusione in femmine Idh2-/- e Idh2 plus/topi sulla base di due punti; 1) i topi femmine sono meno suscettibili al danno renale IR e la riperfusione di 4 ore causa un danno renale meno grave rispetto alla riperfusione di 24 ore [3,39,40]. Come previsto. 35 minuti di ischemia e 4 ore di riperfusione hanno aumentato le concentrazioni di BUN sia nei topi Idh2~/che Idh2 plus/senza differenze significative di BUN tra i topi Idh2-/ e Idh2/plus (Fig.7A). Tuttavia, il danno polmonare, inclusa l'aumentata infiltrazione di neutrofili e l'ispessimento del setto alveolare, era maggiore nei topi Idh2-7-rispetto ai topi Idh2 più 7 più (Fig. 7B). Coerentemente con il danno istologico, la concentrazione proteica di circa il 58,5% e il numero totale di cellule del 37,8% nei topi BALF di Idh2-/- erano superiori a quelli nei topi BALF di Idh2 plus/plus (Fig. 7C e D). Non sono state osservate differenze significative nel BUN e nel danno polmonare tra Idh2-/topi e Idh2 plus/plus dopo l'operazione simulata (Fig. 7A-D). Questi risultati indicano che la carenza del gene IDH2, un enzima antiossidante mitocondriale, peggiora il danno polmonare indotto da IR renale.
Per confermare ulteriormente il ruolo di IDH2 e mitocondrialelo stress ossidativoSureneDanno polmonare indotto da IR, abbiamo valutato se Mito-TEMPO inibisce l'aumento della concentrazione proteica e del numero di cellule in BALF dopo IR renale. Il trattamento con Mito-TEMPO ha impedito l'aumento della concentrazione proteica e del numero totale di cellule dopo IR renale sia nei topi Idh2-/che che nei topi Idh2 plus/plus. Questa prevenzione era maggiore nei topi Idh2-/- rispetto ai topi Idh2 plus / (circa il 32,2 percento in Idh2 plus / e il 38,6 percento in Idh2-/- nella concentrazione di proteine in BALF e 8,4 percento in Idh2 più / più e 35,4 percento in Idh2-7-nel numero totale di cellule in BALF)(Fig.7C e D).Mito-TEMPO ha leggermente ridotto i livelli di BUN in entrambi i topi, ma questo non era statisticamente significativo (Fig.7A) . Questi risultati indicano che IDH2 svolge un ruolo importante nel danno polmonare indotto da IR renale.
Fig.7. Maggiore danno polmonare dopo IR renale nei topi Idh2-/- rispetto ai topi Idh2 plus/plus e maggiore prevenzione del danno polmonare indotto da IR renale da Mito-TEMPO in Idh2-/- topi rispetto a Idh2 plus /topi.Le femmine Idh{0}}deleted (dh2-7) e le femmine di tipo selvatico (Idh2 plus /) sono state sottoposte a 35 minuti di ischemia renale bilaterale. Ad alcuni topi è stato somministrato Mito-TEMPO(Mito-T,0,7 mg/kg BW, IP.)17 e 1 ora prima dell'ischemia, due volte. Polmone, BALF e sangue sono stati raccolti 4 ore dopo l'ischemia. (A) Il BUIN nel plasma è stato misurato come descritto in Materiali e metodi (n =4). (B) I tessuti polmonari fissati per perfusione sono stati tagliati in sezioni spesse 3-um, che sono state quindi sottoposte a colorazione H&E (n= 3). (C. D) La concentrazione proteica e il numero totale di cellule in BALF sono stati misurati come descritto in Materiali e metodi (n =4). I risultati sono espressi come media ± SEM (n =3-4).
L'IR renale ha aumentato significativamente 4-l'espressione di HNE nei polmoni sia in Idh2-/- che in Idh2 più /topi 4 h dopo l'ischemia renale, e questo aumento è stato maggiore in Idh2-/topi che in Idh2 plus / plus topi (pag<0.001)(fig.8a and="" b).="" mito-tempo="" prevented="" the="" increase="" in="" 4-hne="" expression="" in="" both="" mice(37.5="" %="" in="" idh2+/and="" 28.4="" %="" in="" idh2-/)(fig.8c="" and="" d).="" there="" were="" no="" significant="" differences="" in="" 4-hne="" expression="" between="" sham-operated="" idh2+/+="" and="" idh2-/mice="" (fig.="" 8a="" and="" b).="" superoxide="" levels="" in="" the="" lungs="" were="" greater="" in="" idh2-/="" mice="" than="" in="" idh2+/="" mice=""><0.001)(fig.8e).mito-temporeduced superoxide="" levels="" in="" both="" mice(p="0.052" in="" idh2+/+="" and="" p="0.001" in="" idh2-/-).this="" reduction="" was="" greater="" in="" idh2-/-mice="" than="" in="" idh2+/+="" mice="" (approximately="" 11.6="" %="" in="" idh2+/+and="" 27.2="" %in="" idh2-7-)(fig.8e).the="" levels="" of="" 4-hne="" in="" balf="" increased="" in="" both="" idh2-/-mice="" and="" idh2+/+="" mice,="" with="" a="" greater="" increase="" in="" idh2-/mice="" than="" inidh2+/+=""><0.001)(fig.8f and="" g).="" mito-tempo="" prevented="" the="" increase="" in="" 4-hne="" expression="" in="" both="" mice="" (14.9="" %="" in="" idh2+/+and="" 45.6="" %="" in="" idh2-/)(fig.8f="" and="" g).="" next,="" we="" determined="" the="" levels="" of="" arl13b,="" ac-α-tubulin,="" and="" α-tubulin="" in="" balf.="" kidney="" ir="" induced="" increases="" in="" arl13b,="" ac-α-tubulin,="" and="" α-tubulin="" expression="" in="" balf;="" these="" increases="" were="" also="" greater="" in="" idh2-7mice="" than="" in="" idh2+/+="" mice(fig.="" 8h-k).="" mito-tempo="" inhibited="" kidney="" ir-induced="" increases="" in="" the="" expression="" of="" arll3b,="" ac-α-tubulin,="" and="" α-tubulin="" in="" the="" balf,="" and="" these="" inhibitions="" were="" also="" greater="" in="" the="" idh2-/-mice="" than="" in="" the="" idh2+/t="" mice="" (approximately="" 16.7%="" in="" idh2+/+="" and70.4%inidh2-/in="" arll3b;33.5%in="" idh2+/+="" and="" 51.7="" %inidh2-/-in="" ac-α-tubulin;="" 39.9="" %="" in="" idh2+/+="" and="" 52.5="" %="" in="" idh2~/-in="" α-tubulin)(fig.8h-k).="" these="" results="" indicate="" that="" the="" deletion="" of="" idh2="" augmented="" kidney="" ir-induced="" lung="" injury="" by="" increasing="" mitochondrial="">lo stress ossidativo.
Fig.8. Polmone maggiorelo stress ossidativoe danni alle ciglia dopo IR renale nei topi Idh2-/- rispetto ai topi Idh2 plus/plus e una maggiore prevenzione dello stress e dei danni da parte di Mito-TEMPO nei topi Idh2-7 rispetto ai topi Idh27.Le femmine Idh{{0}}deleted(Idh2-7-) e le femmine di tipo selvatico (Idh2 più 7 più) sono state sottoposte a 35 minuti di ischemia renale bilaterale (isch) o a un'operazione simulata. Ad alcuni topi è stato somministrato Mito-TEMPO (Mito-T, 0,7 mg/kg BW, ip) o il veicolo 17 e 1 ora prima dell'ischemia, due volte. Polmone e BALF sono stati raccolti 4 ore dopo l'ischemia. (AD,F,G)4-L'espressione di HNE nei tessuti polmonari e BALF è stata valutata mediante analisi Western blot (n =3-4). GAPDH è stato utilizzato come carico controllo. Le densità delle bande sono state misurate utilizzando il software ImageJ. (E) È stato misurato il livello di superossido nel tessuto polmonare (n=4). (FK)4-Le espressioni di HNE, Arl13B, ac- -tubulina (ac- -tub) e -tubulina ( -tub) in BALF sono state analizzate mediante western blotting (n =4 ). Le densità delle bande sono state misurate utilizzando il software ImageJ. I risultati sono espressi come media ± SEM (n=4).
4. Discussione
Nel presente studio, riportiamo che il danno polmonare indotto da IR renale è esacerbato dalla delezione di Idh2 e che il trattamento antiossidante mitocondriale attenua il danno polmonare indotto da IR renale. Inoltre, l'IR renale induce l'interruzione delle ciglia nelle cellule polmonari tramitelo stress ossidativoe le proteine e i frammenti ciliari interrotti risultanti vengono rilasciati in BALF. È importante sottolineare che questa rottura delle ciglia è prevenuta dal trattamento antiossidante specifico dei mitocondri. Al contrario, l'eliminazione di Idh2- esacerba la rottura delle ciglia delle cellule polmonari indotta da IR renale. Questi dati indicano che l'IR renale altera l'equilibrio redox nelle cellule polmonari in modo ischemico dipendente dal tempo, risultando inlo stress ossidativodel tessuto polmonare e della rottura delle ciglia. Inoltre, l'interruzione delle ciglia, almeno in parte, coinvolge l'AKI (Danno renale acuto)-danno polmonare indotto. Per quanto ne sappiamo, questo è il primo rapporto a dimostrare che l'AKI (Danno renale acuto)provoca la rottura delle ciglia nelle cellule polmonari da parte dilo stress ossidativoe le proteine e i frammenti ciliari interrotti risultanti vengono rilasciati in BALF. Questi risultati indicano che la prevenzione della rottura delle ciglia potrebbe essere una nuova strategia per il trattamento dell'AKI (Danno renale acuto)-correlato ALI. Inoltre, questi dati indicano che le proteine e i frammenti ciliari in BALF potrebbero essere utilizzati come indicatori di danno polmonare.
Il danno d'organo a distanza indotto da IR renale è un processo complesso in cui sono coinvolti numerosi fattori [4,8,41,42]. Diversi studi hanno dimostrato che ROS elo stress ossidativocontribuiscono al danno d'organo a distanza a seguito di danno renale [4,8,41]. Nella lesione polmonare a seguito di IR renale, è stato proposto che i neutrofili, che vengono infiltrati nel polmone, funzionino come principali cellule produttrici di ROS nel polmone in seguito alla stimolazione delle citochine prodotte nel rene danneggiato. Questa produzione di ROS provoca successivamente ulteriori aumenti di ROS nel polmone attraverso l'attivazione del sistema di produzione di ROS e l'inibizione del sistema di scavenging di ROS, o entrambi [5,43]. Recentemente, Hepokoski, M. et al. riferito che l'accumulo extracellulare di DAMP mitocondriali renali è causato da AKI (Danno renale acuto), colpisce le vie metaboliche polmonari e induce disfunzione mitocondriale [42]. Nel presente studio, abbiamo riscontrato un aumento dell'infiltrazione di neutrofili nel polmone dopo l'IR renale, a seconda del tempo ischemico renale, cioè la gravità della lesione renale IR. Abbiamo anche scoperto che l'IR renale aumenta la formazione di superossido, la perossidazione lipidica e l'ossidazione del DNA in un'ampia gamma di tessuti polmonari, inclusi i setti alveolari interstiziali, gli epiteli alveolari e delle vie aeree. Inoltre, abbiamo riscontrato una diminuzione dell'espressione di IDH2 nel tessuto polmonare dopo l'IR renale. Questi dati indicano che le cellule polmonari sono espostelo stress ossidativoseguentereneIR e che questo è aumentatolo stress ossidativo, compreso quello dei mitocondri delle cellule polmonari, può causare danni e disfunzioni cellulari e tissutali. Inoltre, il trattamento antiossidante specifico per i mitocondri riduce il danno polmonare indotto dall'IR renale e inibisce la formazione di superossido e l'ossidazione dei lipidi e del DNA nei polmoni.
malattie renali: stress ossidativo sui reni
IDH2 catalizza la decarbossilazione ossidativa dell'isocitrato a -chetoglutarato nei mitocondri, accompagnata dalla riduzione di NADP a NADPH [31,32,35,44]. Il NADPH è una fonte di equivalenti riducenti per entrambi i sistemi di disintossicazione del perossido di tioredossina e glutatione [31,32,35,44,45]. Recentemente, Park et al. riportato che il deficit di Idh2 aumenta la suscettibilità alla tossicità polmonare indotta da acroleina nelle cellule e nei topi di carcinoma polmonare di Lewis attraverso l'interruzione dell'equilibrio redox mitocondriale, portando aossidativofaticae apoptosi [31]. In questo studio, abbiamo scoperto che l'IR renale ha ridotto l'espressione di IDH2 nel polmone e che la delezione di Idh2 nei topi ha esacerbato il danno polmonare indotto dall'IR renale elo stress ossidativo. Inoltre, l'apporto di antiossidanti mitocondriali ha ridotto le lesioni polmonari e polmonarilo stress ossidativocon una maggiore riduzione dei topi Idh2-eliminati rispetto ai compagni di cucciolata di tipo selvatico. Questi dati indicano che il danno polmonare indotto da IR renale è associato a una ridotta funzione IDH2 e a un successivo aumento dellalo stress ossidativo. Inoltre, potrebbero esserci differenze di sesso nel danno polmonare e nel polmonelo stress ossidativo(notare le Figg. 1 e 7). Tuttavia, anche se abbiamo riscontrato una maggiore lesione polmonare elo stress ossidativoe un maggiore effetto protettivo di Mito-TEMPO nei topi femmine con deficit di Idh2-rispetto ai topi femmine di tipo selvatico, a livelli simili di BUN post-rene (a loro volta, con un grado simile di danno renale), un'associazione del la gravità del danno renale potrebbe non essere completamente ignorata a causa della dipendenza del danno polmonare dal danno renale. Ciò può essere risolta mediante l'uso di sistemi di somministrazione di antiossidanti specifici per i polmoni o animali da battito condizionale specifici delle cellule polmonari.
La lunghezza ciliare nelle cellule è alterata dinamicamente in condizioni sia fisiologiche che fisiopatologiche. Studi recenti hanno dimostrato che un'alterazione anormale della lunghezza delle ciglia è associata allo sviluppo e alla progressione di varie malattie e le ciglia sono associate alla funzione mitocondriale [17-20,43,46,47]. In condizioni fisiologiche, il cambiamento nella lunghezza delle ciglia si verifica per riassorbimento o allungamento durante il normale ciclo cellulare [48-51]. Il riassorbimento è un processo normale in cui le cellule ritraggono il ciglio nella cellula durante la progressione dalla fase GO/Gl alle fasi da S a G2 del ciclo cellulare e si verifica il completo riassorbimento delle ciglia prima della mitosi [48-51]. Studi recenti hanno dimostrato che l'accorciamento della lunghezza delle ciglia è causato da un danno cellulare [17-20,46,52]. In studi precedenti, abbiamo scoperto che l'AKI (Danno renale acuto)induce la rottura delle ciglia nelle cellule epiteliali tubulari renali a causa dilo stress ossidativo[18-20]. Inoltre, abbiamo scoperto che il danno epatico IR induce la deciliazione delle ciglia primarie delle cellule tubulari dei reni distanti a causa dilo stress ossidativoinrenecellule dei tubuli e che questa deciliazione è prevenuta dal trattamento antiossidante [20]. Inoltre, il deficit primario delle ciglia attiva la transizione epiteliale a mesenchimale, che è fondamentale per la progressione della fibrosi [53], indicando che le ciglia sono associate alla progressione delle risposte post-lesione. Nel presente studio, abbiamo scoperto che l'IR renale provoca l'interruzione delle ciglia delle cellule polmonari e questi frammenti ciliari interrotti vengono rilasciati in BALF. Inoltre, l'eliminazione di Idh2 ha aumentato l'AKI (Danno renale acuto)-interruzione delle ciglia indotta, mentre il trattamento Mito-TEMPO ha prevenuto il danno alle ciglia polmonari indotto da IR renale, con effetti preventivi maggiori nei topi Idh2-/ rispetto ai topi Idh2 plus / plus. Inoltre, abbiamo scoperto che le molecole contenenti BALF sono altamente ossidate e l'iniezione di Mito-TEMPO riduce l'ossidazione del contenuto di BALF. Pertanto, ipotizziamo che ROS elo stress ossidativocausare la rottura delle ciglia. A sostegno di ciò, in studi precedenti, abbiamo scoperto che alte concentrazioni di perossido di idrogeno interrompono le ciglia nelle cellule dei tubuli renali [18].
Il polmone è tipicamente un tessuto mobile ricco di ciglia e la disfunzione delle ciglia respiratorie è legata a una ridotta clearance mucociliare, infezioni toraciche e alla progressiva distruzione dell'architettura polmonare [54]. Nella regione apicale dei bronchioli, le cellule ciliate hanno abbondanti mitocondri per produrre ATP per il movimento ciliare [13]. Gli studi hanno riportato che il danno mitocondriale nelle cellule ciliate causa disfunzioni sia delle ciglia che delle cellule polmonari, che possono portare a un'abbondanza di ROS [55,56]. Diversi studi hanno riportato che la dinamica mitocondriale alterata e il danno mitocondriale sono associati a malattie polmonari [56,57]. In questo studio, abbiamo anche scoperto che l'IR renale provoca un aumento anomalo della generazione di superossido e della fissione mitocondriale nel polmone. Inoltre, abbiamo riscontrato aumenti dei frammenti ciliari e delle proteine nel BALF dei topi renali IR. Pertanto, abbiamo ipotizzato che la deciliazione sia collegata, almeno in parte, all'AKI (Danno renale acuto)-ALI indotto. Tuttavia, non siamo riusciti a distinguere quali tipi di ciglia vengono interrotti e quali cellule sono le principali cellule che rilasciano frammenti ciliari tra le cellule polmonari a causa della mancanza di marcatori specifici delle ciglia primarie e mobili e dei limiti dello studio istologico. Questa limitazione può essere superata in ulteriori esperimenti utilizzando sistemi di somministrazione di farmaci specifici per i polmoni o targeting genico associato alla genesi ciliare specifica per i polmoni. Tuttavia, i nostri dati dimostrano chiaramente che AKI (Danno renale acuto)-correlato ALI è associato alla rottura delle ciglia elo stress ossidativodelle cellule polmonari.
trattamento del danno renale acuto e miglioramento della funzionalità renale: cistanche
Ringraziamenti
Questo studio è stato sostenuto da una sovvenzione della National Research Foundation of Korea (NRF)(NRF-202OR1A2C2006903, MIST)finanziata dal Ministero della Scienza e dell'ICT(MIST) e da una sovvenzione del Korea Health Technology R&D Project ( HI15C0001) attraverso il Korea Health Industry Development Institute (KHIDD finanziato dal Ministero della Salute e del Welfare, governo coreano.
Riferimenti
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Nota:quanto sopra non è un elenco di riferimento completo
