Del 2: Beskyttende virkning af hydrogensulfid på nyren (anmeldelse)

For flere detaljer kontakt venligsttina.xiang@wecistanche.com

5. H2S's rolle ved nyresygdom

Nyreskade. Vores tidligere undersøgelse afslørede, at ekspressionsniveauerne af CBS og CSE, to enzymer, der producerer H2S, blev nedsat i nyrevæv efter obstruktion af urinvejene (42). In vivo undersøgelser viste også, at tilskud med en H2S-donor, for at give tilstrækkelig H2S, forbedrede nyreskade (42); de involverede mekanismer og molekylære veje er relevante for den undersøgte sygdomsmodel. Nyreskade kan opdeles i to kategorier:Akut nyreskade(AKI) ogCKD.AKI kan forekomme som et resultat af iskæmi-reperfusion (hæmoragisk eller septisk shock) eller efter eksponering for giftige stoffer (såsom jodholdige kontrastmidler, aminoglykosider og cisplatin). CKD forekommer i glomerulære og tubulære interstitielle læsioner, såsom diabetisk nefropati ( DN) og hypertensiv nefropati, blandt andre årsager (43).

Klik her for at kende fordelene ved cistanche tubulosa-ekstrakt

Iskæmi-reperfusionsskade (IRI). I processen med nyretransplantation fører den midlertidige ophør af renal blodgennemstrømning til akut iskæmisk skade, og reperfusion øger yderligere den funktionelle og strukturelle skade på menneskelige nyrer, nemlignyreiskæmi-reperfusionsskade(IRI). Dyreforsøg har vist, at efter nyreiskæmi-reperfusion udviser serum og væv markant forhøjede niveauer af IL og tumornekrosefaktor- (TNF-), sammen med andre inflammatoriske indikatorer, signifikant forhøjede malondialdehyd(MDA)-koncentrationer, signifikant reduceret superoxiddismutase (SOD) aktivitet og renal tubulær nekrose; omvendt har H2S-donoren Na, S vist sig signifikant at reducere inflammation, oxidativt stress og nyreskade, som vist i Fig.4(44). Forøgede niveauer af MDA og reduceret aktivitet af SOD har vist sig at fremme lipidperoxidation og opregulere nuklear faktor-KB(NF-KB), IL-2 og Toll-lignende receptor-4(TLR{{11 }}), som kan stimulere en inflammatorisk respons og derved øge nyrecelleapoptose(45). CSE-hæmmeren, propargylglycin, eller CBS-hæmmeren, hydroxylamin, har vist sig at forværre AKI og apoptose, med højere niveauer af pro-inflammatoriske faktorer og signifikant øgede niveauer af NF-xB(P65) og phosphoryleret(p) -apoptose signalregulerende kinase 1 og p-TNFR-associeret faktor 2. Disse ændringer blev ledsaget af de øgede ekspressionsniveauer af TLR-2 og TLR-4, hvilket indikerer, at en TLR-medieret inflammatorisk respons og apoptose er også involveret i renal IRI (46).

Den mitokondrie-målrettede H2S-donor, AP39, er blevet rapporteret at forbedre overlevelsen og funktionen af ​​donornyretransplantation signifikant og reducere celleapoptose og nekrose(47,48). H2S har vist sig at svække apoptose og nekrose under kryokonservering af en donors nyre og kan øge overlevelsesraten og funktionen af ​​transplanterede nyrer ved at regulere mitokondriemembranpotentialet og reducere produktionen af ​​reaktive oxygenarter (ROS) (47). Oxidativt stress induceret af glucoseoxidase kan føre til mitokondriel dysfunktion, hvilket reducerer niveauet af ATP i nyreepitelceller, øger dannelsen af ​​cellulær ROS ved en relativt høj koncentration og fremmer cellenekrose. En tidligere undersøgelse med både in vitro og in vivo eksperimenter viste, at AP39-forbehandling har en koncentrationsafhængig beskyttende effekt på nyre-IRI, med den mest signifikante effekt observeret ved en koncentration på 300 nml-(48). H2S-beskyttelsen af ​​AP39 var 1,000X højere end den for GYY4137, en uspecifik eksogen H2S-donor (47). Derudover kan H2S reducere det inflammatoriske respons ved at hæmme aktiveringen af ​​Nod2-signalvejen og undertrykke typen En makrofagscavenger receptor signalvej til at opregulere endoplasmatisk retikulum stress-induceret autofagi for at beskytte nyren mod IRI (49). Det er dog uklart, hvordan H2S reagerer på disse mål.

Undersøgelser af nyretransplantationsopbevaring viste også, at langvarig statisk opbevaring af donation efter hjertedød (DCD) nyrer ved 21 grader i UW-opløsning suppleret med AP39 kan øge aktiviteten af ​​renale tubulære epitelceller og reducere vævsnekrose sammenlignet med langvarig statisk opbevaring ved 4 grader C i UW-løsning. Imidlertid afslørede de eksperimentelle resultater også, at UW-opløsningen suppleret med AP39 udviste forbedrede cellebeskyttende virkninger ved 4 grader sammenlignet med den ved 21 grader (50). Dette er i overensstemmelse med statisk kryogen opbevaring (SCS) og kontinuerlig kryogen maskinperfusion, der almindeligvis anvendes i vores klinik. Det er dog værd at bemærke, at organkonservering ved en fysiologisk temperatur (37C), såsom maskineperfusion ved normal temperatur, kan være værd at studere for bedre at forhindre skader på transplanterede organer forårsaget af lave temperaturer(51). Nyrefunktionen viste sig at være forbedret i transplanterede nyrer opbevaret ved en normal fysiologisk temperatur sammenlignet med dem, der opbevares i kold tilstand (52). I en tidligere undersøgelse blev nyrer fra udvidede kriterier donorer (ECD) normalt perfunderet in vitro i 63±16 min med en plasma-fri røde blodlegeme-baseret opløsning ved en gennemsnitlig temperatur på 34,6 grader og sammenlignet med 47 ECD nyrer med CSCin en kontrolgruppe; resultaterne viste, at alle donors nyrer var vellykket transplanteret med god nyrefunktion (53). Desuden har subnormoterm maskinperfusion af DCD porcine grafts ved 20 grader vist sig at forbedre graftprognose sammenlignet med hypoterm maskinperfusion og SCS (54). . Derfor bør virkningerne af H2S og opbevaringstemperaturen af ​​transplanterede nyrer undersøges yderligere for at bestemme de ideelle opbevaringsbetingelser.

Lægemiddel nefrotoksicitet. Cisplatin er et almindeligt kemoterapeutisk lægemiddel, der er meget udbredt i klinikken. Cisplatin, ved at nedregulere ekspressionsniveauerne af CSE, er kendt for at forstyrre H_S-genereringen og føre til døden af ​​proksimale tubulære celler og derved forårsage nyretoksicitet. HS-donorerne, NaHS og GYY4137, er blevet rapporteret at reducere cisplatin-induceret celledød og nyretoksicitet (55). En tidligere undersøgelse afslørede, at H2S kan øge S-sulfhydrylering af Cys256, Cys259, Cys280 og Cys283 resterne af NAD-afhængig deacetylase sirtuin-3(SIRT3), hvilket inducerer deacetyleringen af ​​dets målproteiner, dynaminlignende 120 kDa-protein (OPAl), ATP-syntase og SOD2, hvilket reducerer mitokondriedeling og øger ATP-produktion og reducerer derved oxidativ skade (56). Derudover kan H2S hæmme dannelsen af ​​intracellulære ROS og MAPK'er ved at hæmme aktiviteten af ​​NADPH-oxidase, som er relateret til vulkaniseringseffekten af ​​HS på NADPH-oxidaseunderenheden P47PHOx(55). Mens det reducerer NADPH-oxidaseaktivitet, kan H2S også inducere nuklear translokation af den nukleare faktor erythroid 2-relaterede faktor 2(Nrf2) for at hæmme produktionen af ​​ROS i celler. Yderligere eksperimenter har afsløret, at eksogene H2S-donorer fører til phosphorylering af Akt og dimerisering af Kelch-lignende ECH-relateret protein 1(Keapl); hæmningen af ​​Akt-aktivering er blevet rapporteret ikke kun at svække den nukleare translokation af Nrf2, men også at reducere de beskyttende virkninger af eksogene H2S-donorer (57). H2S kan aktivere Nrf2-translokation til kernen ved at dimerisere Keapl og dermed fremme ekspressionen afantioxidantgener (58). Derfor antages H2S at hæmme ROS-produktion i celler via Akt/Keapl og aktiveringen af ​​MAPK'er, og derved mediere den nukleare translokation af Nrf2. Det kan også hæmme produktionen af ​​ROS i celler ved at reducere aktiviteten af ​​NADPH-oxidase. Nylige undersøgelser har vist, at eksogent H2S tjener en genbeskyttende rolle i cyclophosphamid-induceret nefrotoksicitet, som er forbundet med øget ekspression af Nrf2 og nedstrøms antioxidantproteiner, såsom hæmoxygenase-1(HO-1), og reduceret glutathion og SOD i nyrevæv (57,59), som vist i fig.

De histopatologiske resultater af en tidligere undersøgelse afslørede, at nyrevævene i en cisplatingruppe var positive for desmin-proteinekspression, med bemærkelsesværdig podocytskade, øgede mængder af mesangial matrix og øget proliferation af mesangiale celler. Navnlig kan NaHS-terapi forbedre podocytskade og øge nephrinproteinniveauer(60). Disse resultater tydede på, at H2S kan forbedre cisplatin-induceret nyreskade ved at beskytte renale podocytceller. Ved gentamicin-induceret nyreskade hos rotter reducerede NaHS signifikant nyre-NO- og TNF-niveauer, mens den samlede antioxidantkapacitet (T-AOC), HO-1 og IL-10-niveauer blev øget og stigningen reduceredes. i nyreinducerbar NOS (iNOS), mens eNOS-niveauer opreguleres. Zinkprotoporphyrin (en selektiv HO-1-hæmmer) kunne vende disse ændringer og blokereanti-inflammatoriskog antioxidantvirkninger af H2S(61). Derfor kan H2S tjene en antiinflammatorisk og antioxidant rolle i at beskytte AKI, dels ved at stole på CO/NO-vejen, og denne mekanisme kan fungere til primært at nedregulere NO-niveauer eller til at nedregulere virkningerne af NO ved at øge CO-niveauer (61 ).

DN. Streptomycin-inducerede DN-rotter har vist sig at udvise bemærkelsesværdig inflammation og oxidativt stress, med tydeligt nyrefald og -insufficiens, nedsatte aktiviteter af SIRT1 og SOD og øget relativ ekspression af caspase-3,p53 og MDA; Imidlertid kan NaHS forbedre nyrefunktionen, manifesteret som signifikant reducerede serumurinstof- og kreatininniveauer, og markører for nyreskade og reversering af de førnævnte indikatorer for DN(62,63). ATP-følsomme kalium(Karp)-kanaler og L-type calciumkanaler har vist sig at være relateret til stigningen i ROS-niveauer og oxidativt stress i DN-nyreceller. NaHS kan øge T-AOC og reducere de totale NO-niveauer i en rottemodel af DN, og brugen af ​​Kap-hæmmere kan øge T-AOC yderligere og reducere NO-niveauer(62). Derfor kan den genbeskyttende mekanisme af H2S på DN være delvist afhængig af KATp-kanalaktiveringsmedierede effekter på nyrevævsantioxidanter og NO.

I en tidligere undersøgelse blev nyreskaden simuleret i C57BL/6J- og Akita(C57BL/6JIns2Akita)-mus under et miljø med højt glukoseindhold, og eksperimentet viste øget cytoplasmatisk Ca² plus tilstrømning, aktivering af mitokondriematrixproteinet cyclophilin D(CypD) , øget mitokondriel permeabilitetsovergangsåbning, tab af mitokondriel membranpotentiale og oxidativt udbrud. H2S-donoren GYY4137 kunne reducere de førnævnte virkninger efter behandling. Lignende resultater blev også observeret med N-methyl-D-aspartat-receptor-R1 (NMDA-RI)-blokkeren MK-801, hvilket yderligere bekræftede, at H2S-funktionen kan involvere NMDA-R1(64).H2S er blevet rapporteret til reducere intracellulær Ca2 ved at hæmme NMDA-R1-medieret tilstrømning af Ca2*ioner og dermed reducere Ca2 plus-afhængig CypD aktivering for at resultere i mitokondriel permeabilitetsovergang poreåbning og tab af mitokondrielt membranpotentiale. Disse virkninger kan undgå skader på mitokondriel morfologi og funktion, kan forårsage udbrud af aktive iltstoffer og beskytte diabetiske nyreceller mod oxidativ stressskade, som vist i fig. 4. nyre viste det sig, at ved en dosis på 100 mol/kg/dag vendte aktiviteten/ekspressionen af ​​SIRT1 tilbage til normal, og nyrefunktionen hos DN-rotter blev forbedret (63). Denne tidligere undersøgelse uddybede imidlertid ikke forholdet mellem SIRT1 og oxidativt stress og inflammation, og den molekylære virkningsmekanisme mellem dem mangler stadig at blive udforsket yderligere.

Nyrefibrose. Langvarig skade på nyren af ​​forskellige faktorer kan føre til forekomsten af ​​nyrefibrose. I nyrerne hos diabetiske rotter nedregulerede NaHS-terapi ekspressionen af ​​transformerende vækstfaktor- 1 (TGF- 1), ekstracellulær signalreguleret kinase 1/2 (ERK1/2), vævshæmmere af metalloproteinaser (TIMP'er). ), og matrixmetalloproteinaser (MMP'er), hvilket fører til forbedring af nyrefibrose (65,66). Nyrefibrose er forbundet med TGF-/Smad-signalering, AMP-aktiveret proteinkinase (AMPK)-aktivering, ERK1/2-ekspression og MMP/TIMP-dysregulering (65,66), som vist i fig.

Den nye H2S-frigivende forbindelse, S-propylcystein, blev afsløret at hæmme mRNA-ekspressionsniveauerne af hyperglykæmisk fibulin og type IV kollagen, såvel som over-proliferation og hypertrofi af mesangiale celler. Yderligere eksperimenter bekræftede, at dette var relateret til inhiberingen af ​​TGF- 1-og Smad3-relaterede signalveje (67).

Efter unilateral ureteral obstruktion (UUO) hos Lewis hanrotter blev H2S-behandling vist at reducere serumkreatinin og urinprotein/kreatinin-udskillelseshastigheden, og væv udviste reduceret ekspression af EMT-relaterede proteiner, herunder fibronectin, vimentin, Smad2, TGF{{3 }} og TGF- 1-receptor (TR)I. Den patologiske analyse viste også, at H2S lindrede kortikale tab, inflammatorisk skade og renal tubulointerstitiel fibrose(68). Tidligere undersøgelser har vist, at H2S-medieret Smad7-ekspression kan reducere TRII-ekspression og forbedre UUO-nyrefibrose i en rottemodel via opregulering af cadherin-ekspression og nedregulering af vimentin-ekspression i endotelceller(69-71). I denne mekanisme. , T RII binder til og aktiverer TRI, hvilket kan øge aktiveringen af ​​nedstrøms Smad-ekspression, hvilket fører til opregulering af vimentin-ekspression og nedregulering af cadherin-ekspression i endotelceller; Smad7 kan interagere med TRI/T RII for at forhindre denne proces(70,71). In vitro-eksperimenter med human rekombinant aktiv TGF- 1 til at inducere EMT fandt også, at H2S spaltede disulfidbindingerne i den aktive dimer af TGF{ {16}} og fremmede dannelsen af ​​inaktive TGF- 1-monomerer(72). Derudover reducerede NaHS stigningen i ekspression af -catenin induceret af TGF- 1, øgede phosphoryleringen af ​​ERK og hæmmede den nukleare translokation af -catenin induceret af TGF- 1. Brug af ERK-hæmmeren U0126 eller -catenin lille interfererende RNA (siRNA)-middel XAV939 ophævede virkningerne af NaHS på fibronectin, E-cadherin og TGF-RI. Disse resultater indikerede, at H2S kan blokere TGF- -induceret EMT ved at hæmme ERK-aktivering og -catenin-translokation og dermed forhindre nyrefibrose (73).

Hos diabetiske Akita-mus, niveauerne af plasma H2S, ROS og dets regulator ROS-modulator l, og ekspressionen af ​​kollagen-tværbindende proteiner (prolyl 4-hydroxylase-underenhed a 1 og procollagen-lysin, 2-oxoglutarat 5-dioxygenase 2) blev øget, og aktiviteten og ekspressionsniveauerne af poly ADP-ribose-polymerase-1(PARP-1), hypoxi-inducerbar faktor-1(HIF -1), og MMP-9,-13 og-14blev øget. Disse resultater kan være relateret til nedreguleringen af ​​mikroRNA (miR)-194. GYY4137 blev især vist at genoprette udtrykket af miR-194. Derudover afslørede in vivo og in vitro eksperimenter, at celler transficeret med miR-194 efterligner udviste lindring af høj glucose-induceret ROS-produktion (74). Et miljø med højt glukose kan øge ROS-niveauer og føre til PARP-aktivering, hvorimod PARP-1-mangel kan lindre DN(75). Desuden kan blokering af HIF-1 reducere glomerulær hypertrofi, ECM-aflejring og urinalalbuminudskillelse i diabetiske nyrer(76). Disse resultater antydede, at H2S kan lindre diabetisk nyre-ECM-aflejring og derved reducere nyrefibrose ved at regulere MMP'er/PARP-1/HIF-1-ekspression for at reducere ROS-niveauer og øge kollagen-tværbinding.

Stigningen i matrixproteinindhold involveret i nyrefibrose er blevet rapporteret at være forbundet med AMPK-aktivitet og aktivering af insulinreceptor(IR)/IR-substratet (IRS)-2/Akt/pattedyrmål for rapamycinkompleks 1 (mTORC1) )/mRNA transkriptionel signaleringsakse(77). I proksimale renale tubulære epitelceller hæmmede høje glucoseniveauer AMPK-phosphorylering og aktivitet, øgede NADPH-oxidase 4(NOX4)-ekspression og aktivitet og produktionen af ​​ROS- og matrixproteinsyntese, som blev vendt. af NaHS.I yderligere eksperimenter forhindrede en AMPK-hæmmer NaHS i at reducere ekspressionen af ​​NOX4 induceret af høj glucose (78). Desuden blev det afsløret, at N(o)-nitro-L-arginin-methylester (en NOS-hæmmer) kunne afskaffe NaHS-hæmning af NOX4-ekspression induceret af høj glucose. NaHS forbedrede ekspressionen af ​​iNOS i stedet for eNOS. Yderligere eksperimenter viste, at iNOS siRNA og 1400W (en selektiv iNOS-hæmmer) eliminerede de gunstige virkninger af NaHS på ekspressionen af ​​høj glucose-induceret NOX4, ROS og matrix laminin ekspression (78). Derfor kan NaHS regulere oxidativ stress og ekspressionen af ​​renalt interstitielt matrixprotein ved at inducere NO-produktion og mediere AMPK-vejen for at hæmme hyperglykæmisk nyrefibrose og beskytte diabetisk nyrefunktion. To gastransmittere, H2S og NO, og deres interaktioner kan bruges som terapeutiske mål for DN (78).

Hypoxi og betændelse kan føre til nyrefibrose, og renal hypoxi er forbundet med methylering og dæmpning af Klotho-promotoren. Navnlig er det blevet rapporteret, at NaHS-behandling signifikant reducerer hypoxi, omvendt Klotho-promotor-methylering for at øge Klotho-ekspression og derved forbedre renal tubulær interstitiel fibrose hos mus (79). Hæmning af M1/M2-makrofaginfiltration og NLRP3-inflammasomaktivering og efterfølgende inaktivering af NF-kB- og IL-4/STAT6-signalvejene kan også udøve antiinflammatoriske og anti-fibrotiske roller i beskyttelsen mod nyrefibrose og nyrer. skade efter obstruktion (80). I renale tubulære epitelceller har H2S vist sig at svovle de to konserverede domæner af SIRT1 (Cys371/374 og Cys395/398) og inducere dephosphorylering og deacetylering af dets målproteiner NF-kB(p65) og STAT3 og derved reducere oxidativt stress, inflammation og EMT forårsaget af høj glukose (81). Nyrefibrose er også forbundet med aldring og fedme. Navnlig genoprettede NaHS AMPK-aktivitet, hæmmede aktivering af IR/IRS-2/Akt/mTORCl/mRNA-translationsaksen og forbedrede nyrefunktionen hos gamle mus(77). Desuden er miR-21 blevet vist sig at være forbundet med nyreskade hos ældre. Efter inhibering af miR-21-ekspression blev ekspressionsniveauerne af H2S-genererende enzymer, CBS og CSE, i muse-endotelceller opreguleret, og ekspressionsniveauerne af MMP-9 og type IV-kollagen blev nedreguleret (82 ).I en højfedtdiæt (HFD)-induceret model for nyreskade reducerede H2S fosforyleringsniveauerne af IR og Akt i nyrebarken hos hanmus, hvilket kan tyde på, at fedme-relateret nyreskade er relateret til IR/ Akt vej; denne sammenhæng blev imidlertid ikke observeret hos hunmus, og hvorvidt det er relateret til kønsrelaterede faktorer skal stadig undersøges (83). Ydermere reducerede H2S signifikant lipidakkumulering i nyrerne hos HFD-inducerede overvægtige mus, og undersøgelser har vist, at H2S kan nedregulere NF-kB(P65)-ekspression for at reducere nyrebetændelse og lindre HFD-induceret nyreskade hos overvægtige mus(84). Disse resultater tydede på, at fedme kan forværre inflammatorisk-medieret nyrefibrose og nyreskade.

6. Konklusioner

H2S-mangel er en potentiel risikofaktor for udvikling og progression af nyresygdomme. En række nyreskader, herunder IRI, lægemiddel nefrotoksicitet og DN, udviser metaboliske ubalancer af H2S under deres patologiske udvikling. Supplering af eksogent H2S kan lindre nyreskade forårsaget af disse sygdomme, forsinke udviklingen af ​​nyrefibrose og forbedre nyrefunktionen. De signalveje og molekyler, hvori H2S tjener en antioxidant, anti-inflammatorisk, anti-apoptotisk og anti-fibrotisk rolle i nyrebeskyttelse, bliver stadig bedre forstået. Derudover tjener organeller en bemærkelsesværdig rolle i udviklingen af ​​AKI og CKD. På nuværende tidspunkt er undersøgelser af skaden på organeller, såsom mitokondriel homeostase, mitokondriel autofagi og endoplasmatisk reticulum oxidativ stress, relativt begrænsede med hensyn til den patologiske mekanisme af AKI og CKD, og ​​mere dybdegående undersøgelser er påkrævet. Hvad angår eksogene HS-donorer, kan forskning i lægemidler rettet mod mitokondrierne og inducere den kontrollerede frigivelse af midler udgøre et uundværligt middel til behandling af AKI og CKD.