Del 1 Heme Oxygenase 1: En defensiv mediator i nyresygdomme

Del 1

Anne Grunenwald¹, Lubka T. Roumenina¹og Marie Frimat ^2,3,*

Abstrakt:Forekomsten afnyreSygdommen er stigende, hvilket udgør en betydelig byrde for sundhedsvæsenet og gør det stadig mere presserende at identificere nye terapeutiske mål. Hæm oxygenase (HO) systemet udfører en vigtig funktion i reguleringen af ​​oxidativt stress og inflammation, og via disse mekanismer menes det at spille en rolle i forebyggelsen af ​​ikke-specifikke skader efter akut nyresvigt eller som følge af kronisk nyresygdom. Udtrykket af HO-1 er stærkt inducerbart af en bred vifte af stimuli inyre, som følge af nyrens filtreringsrolle, hvilket betyder, at HO-1 udsættes for en bred vifte af endogene og eksogene molekyler, og det har vist sig at være beskyttende i en række neuropatologiske dyremodeller. Interessant nok forekommer den positive effekt af HO-1 i både hæmolyse- og rhabdomyolyse-dominerede sygdomme, hvornyreer i vid udstrækning udsat for hæm (en stor HO-1-inducer), såvel som i ikke-hæm-afhængige sygdomme såsom hypertension, diabetisk nefropati eller progression til nyresygdom i slutstadiet. Dette fremhæver kompleksiteten af ​​HO-1s funktioner, hvilket også illustreres af det faktum, at der, på trods af de mange prækliniske data, ikke hidtil er blevet oversat til klinisk brug. Formålet med denne gennemgang er at vurdere den nuværende viden vedrørende HO-1s rolle i nyren og dens potentielle interesse som et nefroprotektionsmiddel. De potentielle terapeutiske åbninger vil blive præsenteret, især gennem identifikation af kliniske forsøg rettet mod dette enzym eller dets produkter.

Nøgleord:hæm-oxygenase-1; hæm;nyre; hæmolyse; rabdomyolyse; toksicitet; iskæmi-reperfusion

Kontakt:ali.ma@wecistanche.com

Cistanche ekstrakt fordel for nyresygdom, klik her for at få prøven

1. Introduktion

Antallet af mennesker på verdensplan med kroniskenyresygdom (CKD), akut nyreskade (AKI) eller som kræver nyreudskiftningsterapi overstiger 850 millioner [1]. Den forventede forekomst giver anledning til bekymring, og CKD forventes at blive verdens femte førende dødsårsag i 2040 [2]. Det er almindeligt accepteretnyresygdomme er et væsentligt folkesundhedsproblem, og at behovet for en multimodal tilgang til at bremse denne formodede udvikling er et presserende behov [3]. Af central betydning er identifikation af nye terapeutiske mål, både for at begrænse virkningen af ​​akutte nyrehændelser og for at forbedre dårlige resultater ved CKD på tværs af rækken af ​​underliggende ætiologier. Adskillige kandidater til nefrobeskyttelse er i øjeblikket ved at blive undersøgt [4,5]. Hæm-oxygenase (HO)-systemet er et af målene, der kan bruges til at beskytte nyrestrukturer mod skader forårsaget af oxidativt stress, hvilket begrænser inflammation og dermed accelereret aldring.

HO blev opdaget i 1968 af Tenhunen og kolleger, som først beskrev dets evne til at katalysere nedbrydningen af ​​hæm (Fe-protoporphyrin IX) til frit jern, kulilte (CO) og biliverdin, som hurtigt omdannes til bilirubin [6]. To hovedisoformer af HO blev beskrevet: inducerbar HO-1 og konstitutiv HO-2. Oprindeligt kun betragtet som et genbrugssystem for hæm fra gamle røde blodlegemer, er HO siden blevet tilskrevet en række cytobeskyttende egenskaber via dets metabolitter og downstream-signalering, hvilket udvider dens definition fra en "molekylær ødelæggende kugle" til en "betagende" udløser af cellulære begivenheder, for at citere Maines et al. [7]

Drevet af dets potentielle antioxidant- og anti-inflammatoriske egenskaber er HO-1 genstand for stigende interesse for sin rolle i forskellige menneskelige patologier. Blandt de undersøgte organer er nyren ofte blevet fremhævet i løbet af de sidste 30 år, især gennem identifikation af en rolle for HO-1 i forskellige nyre-, metaboliske og vaskulære sygdomme af både akut og kronisk art [8-11 ]. HO-1 er afgørende for effektivnyrefunktion, som illustreret ved nyreskade hos mennesker med HO-1-mangel og af adskillige dyreforsøg (beskrevet nedenfor). Detnyrernefysiologiske funktioner påvirker specifikt HO-1-regulering. Faktisk er nyrevæv meget modtageligt for hypoxi [12], en væsentlig drivkraft for HO-1-ekspression og er særligt udsat for toksiske molekyler på grund af dets filtrerings- og reabsorptionsfunktioner. Denne særlige karakter ved at være et "afgiftnings"-organ, der deles med leveren, betyder, at nyren er meget udsat for skadesassocierede molekylære mønstre (DAMP'er) og stressmediatorer. Interessant noknyrebesidder en kapacitet til syntese af albumin, alfaprotein og haptoglobin under iskæmisk eller toksisk iskæmisk skade, hvilket understreger parallellen med leveren [13,14]. Nyreceller kræver derfor tilpasningsstrategier for at bevare deres funktioner og integritet i et så barskt miljø. Nyren er et hovedsted for eksponering for hæm i tilfælde af ekstravaskulær hæmolyse eller rhabdomyolyse og dermed også for induktion af HO-1-ekspression. Under disse forhold er HO-1-overekspression let forklaret med behovet for at katabolisere den frie hæm-overbelastning. Imidlertid går HO-1s involvering i nyresygdomme ud over rammerne for hæm-relaterede sygdomme, hvilket illustrerer kompleksiteten af ​​dets virkningsmekanismer, som strækker sig ud over hæm-katabolisme alene [15].

Formålet med denne gennemgang er at opsummere den store mængde eksperimentelle og kliniske data, der beskriver vigtigheden af ​​HO-1 inyreuden at glemme, at HO-2 også er signifikant: Konstitutivt udtrykt i nyren under homøostatiske forhold, er det i den første forsvarslinje mod iskæmi og andre fornærmelser, og dets nyrecytobeskyttende virkning er blevet påvist i hæmprotein- og iskæmi-induceret AKI [16]. Sammenlignet med litteraturen om HO-1 er der dog meget få undersøgelser, der undersøger den funktionelle betydning af HO-2 i nyresygdomme; derfor vil denne anmeldelse fokusere på HO-1. Efter en generel introduktion til egenskaberne af HO-1 i nyren, vil vi beskrive dette enzyms rolle i forskellige nyrecellepopulationer og i nyresygdomme. I betragtning af dets primære funktion at genbruge hæm, vil vi nærme os disse patologiske tilstande alt efter, om der er en massiv frigivelse af fri hæm. Endelig vil aktuelle kliniske applikationer blive præsenteret, som afslører forskellen mellem mængden af ​​tilgængelige eksperimentelle data og den relative mangel på terapeutiske applikationer.

2. Om Heme Oxygenase-1 i nyre

2.1. Hvorfor er HO-1 særlig vigtig for nyrerne?

I løbet af de sidste par årtier har HO-1-systemets nøglerolle i patofysiologien afnyresygdomme er blevet understøttet af flere undersøgelser. Hos de to HO-1-mangelpatienter, der blev rapporteret opdateret, var nyren blandt de beskadigede organer. Begge patienter havde hæmaturi og proteinuri.Nyrebiopsier afslørede øget mesangial proliferation og fokal fortykkelse af kapillærsløjferne ved lysmikroskopi og endotelløsning i den glomerulære kapillær ved elektronmikroskopi [17,18]. Nyreskader var også til stede i begge dyremodeller, der var ugyldige for HMOX1, med nogle tydelige forskelle mellem muse- [19]- og rottemodeller [20]. Hos Hmox1-/- mus var mangel på funktionel hæmoxygenase ansvarlig for øget modtagelighed for oxidativt stress [19], nedsat hæmofagocytose af senescerende røde blodlegemer af vævsmakrofager, øget hæmolyse og omfordeling af jern fra milt og lever makrofager til hepatocytter og renale proksimale tubuliceller [21]. Tilsvarende udviste Hmox1-/- rotter anæmi, splenomegali og fremtrædende interstitielle inflammatoriske celleinfiltrater og fibroseardannelse i deres nyrer. Mens glomerulære læsioner var anekdotiske i musemodellen, fandt Atsaves et al. fandt en stigning i mesangial matrix og fokale og segmentelle glomeruloskleroselæsioner hos Hmox1-/- rotter. Disse morfologiske fund var forbundet med øget blodurinstofnitrogen, serumkreatinin og albuminuri, men interessant nok var der ingen stigning i jernaflejringer i glomeruli, tubuli eller interstitium [20].

Spontan nyreskade i både humane og dyremodeller, der er invalideret for HMOX, tyder på, at HO -1 er vigtig for effektiv nyrefunktion. Dette enzyms nyrebeskyttende rolle er blevet bekræftet i flere modeller for nyrepåvirkning ved HO-1-invalidering/hæmning eller overekspressionstilstande [22]. De histologiske forskelle, der er nævnt ovenfor, illustrerer imidlertid vanskelighederne ved at transponere resultater fra en art til en anden. Forskelle i reguleringen af ​​HO-1 mellem mennesker og mus er godt beskrevet, hvilket motiverer genereringen af ​​humane hHO-1 BAC transgene mus [23]. I denne model er HO-1 overudtrykt, og det er stadig ukendt, om dette højere baggrundsudtryk kan skjule subtile skader over lange perioder eller endda have negative virkninger i sig selv.

En bedre forståelse af, hvordan HO-1 fungerer inyre, og hvordan dets udtryk eller funktion styres, er afgørende for vores forståelse afnyrefysiologi og patologi, men det er (som altid) vigtigt at huske grænserne for enhver undersøgelse i dens fortolkning og oversættelse: vi vil forsøge at fastholde dette kritiske synspunkt gennem hele denne gennemgang.

2.2. Regulering af HO-1-ekspression i nyrerne

HO-1-protein er allestedsnærværende, idet det er forankret i membranen af ​​det endoplasmatiske reticulum og også lokaliseret i mitokondriekerner og caveolin, mens HO-1-genet (HMOX1), som koder for HO-1, er placeret på kromosom 22. Mange stimuli kan modulere transkriptionen af ​​HMOX1, hvilket afspejler det brede spektrum af DNA-bindende motiver i dets promotor og det store antal signalveje, der fører til dets transkription. Hovedregulatoren af ​​HMOX1-genet er nuklear erythroidfaktor 2 (Nrf2), hvis aktivering afhænger af dets interaktion med det Kelch-type, ECH-associerede protein (Keap1). Keap-Nrf2-interaktionen fremmer nedbrydningen af ​​Nrf2 (sund tilstand), mens destabilisering af dette kompleks frigiver Nrf2, som translokerer ind i kernen og opregulerer visse gener, herunder HO-1 (stresset tilstand). Der er mange andre aktivatorer eller repressorer af HO-1, der danner et komplekst biomolekylært netværk (detaljeret i tidligere anmeldelser [7,10]). Detaljer om disse ligger uden for rammerne af denne gennemgang, og vi vil her fokusere på de nyrespecifikke træk ved HO-1-ekspression.

I dennyre, HO-1-proteinniveauer er ikke-detekterbare under homøostatiske forhold, undtagen i tubuli, hvor det ikke desto mindre forbliver lavt [24]. Mange stresstilstande vides at opregulere den renale transkription HO-1, herunder oxidativt stress, varmechok, hypoxi, tungmetaller og toksiner (gennemgået i Bolisetty et al. [8]). Under disse betingelser forbliver HO-1-ekspression heterogen blandt de forskellige nyrekompartmenter. Nyren består af to hovedområder: udgangsbarken og medulla i den inderste region. Medullaen indeholder det meste af længden af ​​nefronerne, de funktionelle komponenter i nyren, der filtrerer væske fra blodet. Den renale cortex omfatter glomeruli, de "totter" af kapillærer, hvor plasma filtreres gennem den glomerulære basalmembran. Den filtrerede væske strømmer derefter langs den snoede proksimale tubuli til løkken af ​​Henle og derefter til den snoede distale tubuli og opsamlingskanaler, som dræner ind i urinlederen (figur 1). Glomerulær filtration og reabsorption af opløste stoffer (nyrens to hovedfunktioner) understøttes af nyrernes blodgennemstrømning, som er blandt de højeste i kroppen, hvor nyrerne modtager omkring 20 til 25 procent af hjertets output. Sammenlignet med cortex er blodgennemstrømningen til nyremarven relativt lav. Denne forskel er nødvendig for at muliggøre en effektiv urinkoncentreringsmekanisme og forklarer også medullas særlige modtagelighed for nedsat blodgennemstrømning. Under stressforhold er HO-1 således mere højt udtrykt i medulla end cortex [25]. Dens udtryk er meget stærk i tubuli (især proksimale tubuli), men minimal eller fraværende i glomeruli, som illustreret i figur 2 i både hæmolytiske patienter og hæm-injicerede mus. Det er imidlertid blevet vist, at tidligere induktion af HO-1 i glomeruli forhindrede efterfølgende udvikling af nefrotoksisk glomerulonephritis i en Lewis-rottemodel, men den største producent af HO-1 i glomeruli var de infiltrerende makrofager, ikke de iboende glomerulære celler [26]. Denne lavere kapacitet af glomeruli til at udtrykke HO-1, som er en central cytobeskyttende mekanisme, kunne forklare glomerulis særlige følsomhed over for stressorer i visse patologier [27].

Tilsammen viser disse data, at HO-1-niveauer normalt ikke kan spores inyremen at HO-1 er meget inducerbar i tubuli under patologier, især via dens vigtigste transkriptionsfaktor Nrf2. Glomerulis kapacitet til at inducere HO-1 er imidlertid lavere.

2.3. HO-1 og Nephroprotection

Ligesom HO-2 driver HO-1 den NADPH-afhængige tilsætning af et oxygenmolekyle til porphyrinringen af ​​hæm og katalyserer således oxidationen af ​​hæm og den ækvimolære frigivelse af biliverdin, frit jern og carbonoxid (CO). Alle disse hændelser er cytobeskyttende ved at fjerne fri hæm, regulere jernudstrømning og øge bilirubin- og CO-niveauer. Faktisk er de skadelige virkninger af fri hæm godt beskrevet, især på det vaskulære sted via direkte toksicitet, men også gennem stimulering af pro-inflammatoriske signalveje (såsom DAMP'er) og aktivering af komplementsystemet [28]. I lighed med endotelceller er sådanne bivirkninger rapporteret med andre celletyper, når de udsættes massivt for hæm. Dette er tilfældet for menneskelige skeletmuskelfibre, hvor eksponering for hæm inducerer kontraktil dysfunktion [29] og renale tubulære celler [30]. Derudover er jern særligt giftigt selv ved lave koncentrationer. Det deltager i Fenton-reaktionen, der producerer hydroxyl og kan resultere i celledød ved ferroptose, en celledødsvej karakteriseret ved et jernafhængigt fald i glutathion (GSH) niveauer og akkumulering af lipidhydroperoxider til dødelige niveauer [31]. Det er således blevet rapporteret, at cytobeskyttelsen af ​​HO -1 i det mindste delvist skyldtes en øget jernflux [32], som efter dets frigivelse enten lagres i ferritin eller eksporteres fra makrofager til plasma for reproduktion. -anvendelse via den transmembrane jernholdige eksportør ferroportin. CO modvirker vasokonstriktion og har kraftige antioxidante egenskaber, ligesom biliverdin, som enzymatisk omdannes til bilirubin via biliverdinreduktase [33].

Transponering af disse egenskaber til nyreniveau, er det let at forstå forskningsinteresse i at udnytte dette molekyle til at behandlenyresygdom. De positive virkninger er blevet beskrevet i næsten 30 år efter arbejdet fra Nath et al., som rapporterede, at HO-1 gav beskyttelse i en rottemodel af glycerol-induceret, akut nyresvigt. I deres model inducerede en enkelt tidligere injektion af hæmoglobin hurtigt HO-1 messenger RNA og protein i nyren, hvilket forhindrede progression til nyresvigt [34]. De nefroprotektive virkninger af HO-1 og dets metabolitter er siden blevet rapporteret i forskellige modeller for nyresygdom [8,35]. Den potentielle betydning af HO-1 i patogenesen af ​​nyresygdomme antydes også af sammenhængen mellem polymorfismer i HO-1-genet og nyreudfald. Individer med kortere (GT)n-gentagelser i HO-1-promotorregionen har en højere transkriptionel aktivitet og dermed højere HO-1-niveauer end individer med længere (GT)n-gentagelser [36]. Interessant nok har lange (GT)n-gentagelser været forbundet med en dårligere prognose i flere sammenhænge, ​​nemlig en højere risiko for AKI efter hjertekirurgi eller nedsat nyrefunktion efter nyretransplantation [37,38]. Der er dog ingen tegn på en beskyttende effekt af kort gentagelse (GT)n for transplantat- eller recipientoverlevelse efter nyretransplantation [39], hvilket understreger kompleksiteten af ​​de involverede mekanismer. Niveauerne af HO-1-udtryk kan også variere med alderen. Den renale ekspression af gen HO -1 i kontrol C57Bl6 mus var signifikant faldet ved 18 år sammenlignet med 3 måneders alderen [40]. I en anden undersøgelse var protein HO-1-ekspression ikke signifikant forskellig ved baseline mellem 6-8-uger gamle mus og 1-årige mus, men de ældre dyrs evne til at opregulere HO -1 som reaktion på iskæmi-reperfusionsskader (IRI) var svækket (især i medulla), og de udviste dårligere nyrefunktion sammenlignet med unge dyr [41]. Disse resultater afspejler ældre menneskers nyrefølsomhed over for nefrotoksiske midler.

For at opsummere, har den forebyggende eller genetiske induktion af HO-1-ekspression vist sig i mange undersøgelser at give nyrebeskyttelse. Et fald i renal HO-1-ekspression kan bidrage tilnyrernefølsomhed over for visse patologier.

3. HO-1 i nyrecellepopulationer

Sammenlignende analyser har afsløret, at HO-1 ikke udtrykkes i samme omfang i de forskellige cellepopulationer inyrefor en given stimulus (figur 1). Under intravaskulær hæmolyse eller ved tilstedeværelse af HO-1-inducerende stressstimuli eller lægemidler i kredsløbet, er endotelcellerne de første celler, der udfordres af disse systemiske stressorer. Hvis stressoren filtreres i glomeruli, så blotlægges podocytterne og kan blive beskadiget, som det ses ved diabetisk nefropati. Ydermere kan stressoren støde på mesangiale celler, som har en sekretorisk og immunmodulerende rolle og prolifererer under HO-1-mangel. Endelig kan stressoren nå det tubulære epitel, som er den mest undersøgte celletype i forhold til HO-1 (de proksimale og distale tubuli skal betragtes separat i forhold til epitelet). Tubulære epitelceller har den mest potente kapacitet til at overudtrykke HO-1 og lider af den mest alvorlige skade i tilfælde af mangel eller under intravaskulær hæmolyse og rabdomyolyse. Dette afsnit beskriver nøglefunktionerne af de vigtigste nyrecelletyper og den specifikke rolle, HO-1 spiller i dem.

3.1. Endotelceller

Endotelet består af et monolag af endotelceller (EC), som udfører kritiske funktioner i blodkarrene. De dækker det indre af blodkar og udfører barrierefunktioner, men de tjener også som en udvekslingsgrænseflade med tilstødende væv, en sensor for væv og intravaskulær stress og som en kilde til forsvarsmediatorer [42]. Som sådan er EC den første linje af celler, der støder på cirkulerende stressfaktorer, og HO-1-ekspression er afgørende for deres overlevelse, med HO--1--mangelfulde patienter og murine modeller, der udviser omfattende endotelbeskadigelse [19,43]. De pro-overlevelseseffekter af HO-1 i EC forekommer i hvert organ, og der eksisterer et stort arbejde med hensyn til dets induktion af forskellige molekyler [44,45]. I henhold til lokaliseringen (i forskellige organer, i kar eller kapillærer) varierer EC-struktur, specialisering og funktioner. Således har EC fra forskellige vaskulære senge dynamiske ekspressionsprofiler (både rumligt og tidsmæssigt), og dette kan forklare deres selektive involvering i forskellige sygdomsprocesser [42].

I dennyre, kan tre hovedtyper af endotelet skelnes: glomerulært, peritubulært kapillært og medium/stort karendotel [46], hver med forskellige niveauer af HO-1-ekspression eller funktion. Glomerulær EC er "fenestreret" og dækket af en glycocalyx [47] ansvarlig for at begrænse makromolekylepassage til urinkammeret [48]. På trods af glycocalyx kan små hydrofobe molekyler (f.eks. hæm) trænge ind i cellemembraner og aktivere proinflammatoriske og protrombotiske veje, herunder TLR-4-signalering, og dermed fremme blodcelleadhæsion og vaso-okklusion (Schaer et al., 2013). Peritubulære kapillærers EC er også fenestreret og ligger på et tyndt stroma. De transporterer reabsorberede komponenter og opretholder tubulær epitelcellefunktion [46]. Endelig er endotelet af både mellemstore og store kar sammenhængende med indbyrdes forbundne EC. Den strukturelle og funktionelle mangfoldighed af EC i nyrerne som funktion af deres lokalisering gør dem differentielt følsomme over for specifikke stressfaktorer, såsom toksiske eller proinflammatoriske filtrerede molekyler for glomerulær EC, hypoxi for peritubulære kapillærer eller ændringer i responsspecifik stress, med tilsvarende til sådanne overgreb [46].

De vigtigste faktorer, der påvirker HO-1-ekspression i EC er hypoxi, forskydningsspænding, tilstedeværelsen af ​​hæm og andre cirkulerende stressfaktorer (ammoniak [49], S-adenosylmethionin [50] osv.), cirkulerende stoffer (statiner) [51], resveratrol [52] osv.) eller stoffer. Iltpartialtrykket falder langs den peritubulære kapillær, især under stressforhold med for stort O2-forbrug. Interessant nok er HO-1-ekspression blevet rapporteret at falde ved hypoxi, mens HO-2-ekspression blev bevaret i makrovaskulær human umbilical vene EC (HUVEC) [53]. Imidlertid er HO-1-ekspression inducerbar i mikrovaskulære peritubulære kapillærers EC under forskellige forhold, der kan fremkalde hypoxi (hæm, angiotensin II osv.). Fysiologisk forskydningsstress er en væsentlig determinant for EC-overlevelse, som vist in vivo i humane carotis aterosklerotiske plaques [54] og kanin carotider med reduceret blodgennemstrømning [55]: det inducerer også ekspressionen af ​​anti-inflammatoriske faktorer (in vitro i HUVEC og in vivo i kaninaorta [56]) og vasodilatatoriske (in vitro og in vivo i mus [57]). Interessant nok er HO-1-ekspression induceret af forskydningsstress, in vitro i makrovaskulær (aorta) og mikrovaskulær (HMEC) human EC [58], og dette udtryk blev rapporteret i rotter at være direkte relateret til niveauet af forskydningsstress : højere ekspression ved høje flowniveauer (i arterier), men kræver andre faktorer for at HO-1 kan udtrykkes ved lave flowniveauer (i mikrokar) [59]. Dette fænomen er hidtil kun blevet rapporteret i tarmkar. Men hvis disse resultater er verificeret i andre organer, kan det forklare nedsat HO-1-induktion i kapillærer såsom glomerulær EC under stress [27]. EC er meget udsat for cytotoksiske hæmolyse-afledte produkter, og endotelreaktioner på disse fornærmelser afspejler EC's heterogenitet. Mikrovaskulær EC, og især glomerulær EC, er mindre tilbøjelige til at opregulere HO-1 sammenlignet med makrovaskulær EC, både in vitro og i en musemodel for hæmolyse [27]. Dette gør dem særligt modtagelige for skader gennem forskelle i deres komplement C3-regulering og hæm-nedbrydning sammenlignet med makrovaskulær EC [27]. Lidt er kendt om HO-1-induktionskapaciteten af ​​de peritubulære kapillærers EC.

Renal makrovaskulær EC er stadig dårligt undersøgt med hensyn til HO-1-ekspression og funktion. Den mest udbredte model i undersøgelsen af ​​makrovaskulær EC er den humane navlestrengsvene EC (HUVEC). Eksponering for hæm i HUVEC er ansvarlig for hurtig signaltransduktion, mobilisering af de endoteliale Weibel Palade-legemer og NF-kB-aktivering, hvilket giver dem en pro-inflammatorisk og pro-trombotisk fænotype [60-62]. Men længere eksponering giver dem mulighed for at udvikle tilpasningsmekanismer og blive meget modstandsdygtige over for oxidativ stress-medierede skader og lipidperoxidationsprodukter. Disse omfatter induktion af ferritin og HO-1 [63], selvom HO-1-induktion i glomerulær EC in vitro og i musemodeller af hæmolyse er meget svagere [27,64]. HO-1-induktion i makrovaskulær EC modulerede især komplementaktivering [27,65], thrombomodulinekspression under hæmolysebetingelser [27] og i forbindelse med septisknyreskade [66] og ekspression af adhæsionsmolekyler forbundet med EC-aktivering [67].

Tilsammen indikerer disse data, atnyreendotel er stærkt påvirket af toksiner og stressfaktorer som et resultat af dets filtreringsfunktion. Sådanne stressfaktorer ser ud til at udløse stærke tilpasningsmekanismer i makrovaskulær EC, som giver dem mulighed for at modstå fornærmelser til et vist niveau, hovedsageligt ved opregulering af HO-1 og dets associerede gener. Selvom der er en markant mangel på data i litteraturen, tyder tilgængelige undersøgelser på, at i modsætning til makrovaskulær EC, er denne HO-1-opregulering mindre udtalt i det glomerulære mikrovaskulære endotel, hvilket gør det særligt følsomt over for miljøstress.

3.2. Podocytter

Podocytter er hyperspecialiserede celler, der opretholder den glomerulære filtreringsbarriere gennem syntesen af ​​glomerulære basalmembran (GBM) komponenter og dannelsen af ​​spaltemembranen ved at fastgøre deres fodprocesser til de glomerulære endotelceller [68] (Figur 1). Deres strategiske lokalisering, som muliggør deres filtreringsfunktion, gør dem særligt følsomme over for mekanisk, oxidativ og immunologisk stress. Podocytter har unikke adaptive responser, herunder opregulering af vimentin og desmin [69], eller antioxidantproteiner såsom Sirtuin1 og metallothionein. Sirtuin opregulerer Nrf2 og forbedrer således HO-1-udtrykket. [70,71] Interessant nok er sirtuin-1-ekspression (sammen med Nrf2 og HO-1) blevet rapporteret som værende øget ved eksponering for avancerede glykeringsslutprodukter [71] og HO{{14} } viste sig at være specifik forstærket i podocytter hos diabetespatienter [72]. Selvom det er mindre undersøgt, er ekspressionen af ​​HO-1 også blevet beskrevet under hæmolytiske forhold [27,73], med hæm-inducerende HO-1-ekspression på en Nrf2--afhængig måde i podocytter. Interessant nok udviklede Nrf-2--mangelfulde mus spontant proteinuri med udslettelse af fodprocessen nedsatte synaptopodin- og nephrin-ekspression og podocytapoptose [73].

Selvom litteraturen om HO-1 i podocytter ikke er rigelig, tyder de beviser, der er, på en beskyttende fysiologisk rolle for Nrf2/HO-1-aksen ved at bevare pedicels og hæmme død og løsrivelse af podocytter. I patologiske sammenhænge er HO-1 overudtrykt som en forsvarsmekanisme, men kan også være et biprodukt af udmattede modstandsmekanismer som følge af overvældende stress, i hvilken sammenhæng det er utilstrækkeligt til at forhindre podocytskade.

3.3. Mesangiale celler

Mesangiale celler danner sammen med den mesangiale matrix, de producerer, mesangium, et støttevæv for glomerulus floculus. Blandt mesangiale celler er immunceller, monocyt/makrofag-lignende (5 til 15 procent) og kontraktile celler, som ligner glatte muskelceller (85 til 95 procent) og giver strukturel støtte og sammentrækning [74,75]. Hæm fremmer proliferationen af ​​glatte muskelceller [76], og dets receptor TLR4 udtrykkes på mesangiale celler [77], men rollen af ​​HO-1 i disse celler er dårligt undersøgt. Nitrogenoxid (NO) har vist sig at inducere HO-1 i mesangiale celler [78], HO-1-mangelfulde patienter har en mild mesangial proliferation [17,18,43] og HO{{17} } har vist sig at modulere mesangial celleproliferation via p21-opregulering [79]. Yderligere arbejde er nødvendigt for at afgøre, om den store mængde viden, der er akkumuleret for makrofager, er anvendelig for de makrofag-lignende mesangiale celler.

3.4. Rørformede celler

Hvis HO-1-udtryk blev beskrevet i tubuli for nogen tid siden, er det først for nylig, at dets regulering er blevet beskrevet som værende segmentspecifik; HO-1 spiller også forskellige roller i forskellige segmenter af tubuli for at opretholde nyrefunktioner [80].

3.4.1. Proksimal Tubuli

De proksimale tubuli er cellerne inyresom viser den højeste kapacitet for overekspression af HO-1. Faktisk har proksimale tubulære epitelceller vist sig at være særligt følsomme over for oxidativt stress in vitro [81]. De er stærkt afhængige af HO-1 for beskyttelse mod og tilpasning til stressfaktorer, som det fremgår af det faktum, at tubulær skade er det kardinal patologiske træk ved menneskelig HO-1-mangel [82]. Hovedfunktionen af ​​den renale proksimale tubuli er optagelsen af ​​vand, ioner, aminosyrer og filtrerede proteiner. I fravær af glomerulær skade er filtrerede proteiner for det meste af en størrelse under 68 kDa. Internalisering af proteiner, herunder hæm-associerede som myoglobin eller hæmoglobin, men også hæmopexin, sker via megalin- og tubulinreceptorerne [83]. Denne reabsorptionsfunktion kræver en stor mængde energi (ATP) leveret af mitokondriel beta-oxidation [84]. Alvorlig ATP-udtømning resulterer imidlertid i mitokondriel skade, hvilket forårsager yderligere udtømning af energilagre og dannelsen af ​​reaktive oxygenarter [85]. Dette høje metaboliske behov frembringer en tilstand af relativ hypoxi i nyremarven, og de proksimale tubuli er særligt følsomme over for iskæmi/reperfusion og hæmoverskud [86,87]. Følsomheden over for hæm forklares også af den konstitutive ekspression af TLR4 (en hæm-receptor) af de proksimale tubuli [61], og TLR4-ekspression er øget ved nyreiskæmi-reperfusionsskade og septiske skader [77].

Mens HO-1 kun udtrykkes svagt inyreunder normale forhold er det stærkt inducerbart i proksimale tubuli under forskellige former for stress [88], proteinuri blandt dem [80]. Samspillet mellem optagelsen af ​​hæm-holdige proteiner, osmotisk tryk, der driver hæm-tilstrømning, TLR4-ekspression og øget syntese af hæm i proksimale tubuli kan tilsammen forklare denne specifikke, stærke opregulering af HO -1. Det er blevet foreslået, at HO-1-ekspression i tubulære epitelceller afhænger mere af basolateral eksponering for hæm (fra de peritubulære kapillærer under hæmolytiske forhold) end intraluminalt hæmindhold. Under forhold med hypoxi og den ændrede polaritet af renal EC, er HO-1-opregulering imidlertid blevet rapporteret at afhænge mere af apikal eksponering for hæm [89]. I tubulære epitelceller er HO-1-opregulering af hæm afhængig af Nrf2-stabilisering [90]. HO-1 har en dobbelt rolle i tubulær EC, og er samtidig et antioxidativt og en regulator af celledød. Faktisk er HO-1 ansvarlig for opreguleringen af ​​p21, en cyclinafhængig kinaseinhibitor, der er ansvarlig for at stoppe cellecyklusprogression, hvilket reducerer apoptose i tubulær EC [91,92]. Ydermere reducerer HO-1-ekspression ferroptose i proksimale tubulære celler, en ikke-apoptotisk reguleret celledød forbundet med akkumulering af reaktive oxygenarter (ROS) afledt af lipidperoxidation [93]. Endelig har HO-1 vist sig at hæmme autofagi i proksimale tubulære celler [94].

Alt i alt udsættes proksimale tubulære celler massivt for HO-1-inducere i patologiske sammenhænge (filtrering af hæmoglobin, myoglobin, hæmoexin-hæm-komplekser; iskæmi, filtrering af toksiske produkter eller lægemidler osv.) og er afhængige af HO{{2 }} for deres beskyttelse, men HO-1 er også en markør for tubulær stress og skade, når deres tilpasningsevne er overvældet.

3.4.2. Distal Tubuli

Distalt rørformet EC langs medullaen, især i det tykke, opadstigende lem af løkken af ​​Henle (mTAL) og den distale sammenviklede tubuli (DCT), er involveret i koncentrationen og fortyndingen af ​​urin og opretholdelsen af ​​homøostatiske salt- og opløste stoffer ved at udtrykker forskellige kanaler, der er specifikke for deres lokalisering og celleundertype. Under vandreabsorption bliver koncentrationen af ​​toksiner (især hæm) meget højere i de distale nefronsegmenter. På grund af det lave partialtryk af oxygen langs de peritubulære kapillærer er disse distale rørformede EC særligt sårbare over for hypoxi og er mere afhængige af anaerob, glykolytisk ATP-produktion end proksimale celler. Distale tubuli har en større evne til at overleve og tilpasse sig hypoxisk stress [95], idet de er mindre følsomme over for celledød, især efter iskæmisk skade [96].

Distale tubuli, ligesom proksimale tubuli, udtrykker kun svagt HO-1 på et basalt niveau; ved stimulering er dens induktion af hæm imidlertid blevet sat i tvivl [88]. (Interessant nok kan HO-2 forstærkes af hæm i distale tubuli [97].) HO- 1's rolle i distale tubuli mangler dog at blive fuldt belyst, da dets udtryk også er blevet forbundet med forbedret nyrefunktion efter iskæmi/reperfusion ved døddonortransplantation [98], såvel som ved CKD [99]. Dette kan være relateret til regenereringsfunktionen af ​​distale tubulære epitelceller, men yderligere undersøgelser er nødvendige for bedre at beskrive forholdet mellem HO-1 og distale tubulære epitelcellers funktioner.

For at konkludere, mens data vedrørende distale tubuli mangler, tyder nogle beviser på, at forbedret HO-1-ekspression kunne give beskyttelse til distale tubulis EC.