Role Nox2 u renální fibrózy vyvolané CNI (Nox2)

Inhibitory kalcineurinu (CNI) a renální fibróza. CNI včetně CsA a takrolimu jsou základním kamenem udržovací imunosuprese při transplantaci solidních orgánů. Tyto léky jsou tak účinné, že jsou ve vývoji novější generace CNI, jako je Voclosporin (Isotechnika Pharma, Inc., Edmonton, Alberta). Hrají svou imunosupresivní roli inhibicí aktivity kalcineurinu, serinové fosfatázy, která normálně defosforyluje jaderný faktor aktivovaných T buněk (NFAT). Defosforylovaný NFAT se translokuje v jádře a indukuje transkripci interleukinu-2, důležitého cytokinu pro aktivaci a proliferaci T-lymfocytů.

Navzdory jejich příznivému působení při transplantacích a mnoha autoimunitních poruchách je klinické použití CNI omezeno jejich chronickou nefrotoxicitou. To představuje významný problém veřejného zdraví, protože 10letá incidence chronické CNI nefrotoxicity je u příjemců ledvinového transplantátu 100 %. Podobně chronická CNI nefrotoxicita je dominantním kauzativním faktorem selhání ledvin u příjemců transplantovaných orgánů bez ledvin. V této skupině se 5leté riziko ESRD pohybuje od 7 do 21 % a je spojeno se 4krát vyšším rizikem úmrtí. K patologickým rysům chronické CNI nefrotoxicity patří progresivní a ireverzibilní intersticiální fibróza, tubulární atrofie a arteriolární hyalinní změny. De novo neboli progresivní arteriolární hyalinní ztluštění (AH) je nejvíce patognomickou lézí chronické CNI nefrotoxicity. Tato léze sestává z vakuolizace endoteliálních buněk a buněk hladkého svalstva a fokálních nebo cirkulárních hrudkovitých proteinových depozit v arteriolární stěně, která obvykle nahrazuje nekrotické buňky hladkého svalstva a případně zužuje cévní lumen. Tato arteriolopatie je důležitá pro rozvoj fibrózy. Typicky fibróza sleduje "pruhovaný vzor" z dřeně do kortexu a je spojena s vakuolizací cytoplazmy v buňkách tubulárního epitelu.

I když je takrolimus lepší než CsA ve zlepšení přežití štěpu a prevenci akutní rejekce při transplantaci ledviny, individuální profily nefrotoxicity těchto léků jsou podobné. Na buněčné a molekulární úrovni vedou CNI k akumulaci matrice a EMT prostřednictvím TGF-beta1 závislých a nezávislých drah. EMT je důležitý profibrotický proces a zástupný marker nativní a transplantované ledvinové fibrózy. TGF-beta1 je primární cytokin, který iniciuje a udržuje EMT aktivací signálních drah a transkripčních regulátorů, jako jsou molekuly Smad 2/3. Během EMT jsou tubulární epiteliální buňky transformovány na myofibroblasty prostřednictvím postupného procesu zahrnujícího ztrátu adhezivních molekul buňka-buňka (např. E-cadherin) a de novo exprese mezenchymálních markerů (např. alfa-SMA). Tyto děje jsou následovány porušením tubulární bazální membrány, migrací buněk a invazí fibroblastů do intersticia s produkcí profibrotických molekul včetně kolagenu a fibronektinu. Lepší pochopení molekulárních mechanismů, které regulují CNI indukovanou EMT a fibrózu, připraví cestu pro vývoj antifibrotických strategií.

Klíčovým krokem v tomto směru je objektivní hodnocení renální fibrózy in vivo. Toho bylo nedávno dosaženo kvantitativním hodnocením fibrózy renálního aloštěpu pomocí počítačových digitálních analýz Sirius Red. Tyto studie ukázaly, že fibróza byla prognostickým indikátorem dlouhodobé funkce aloštěpu ledviny a ztráty. Role této technologie v predikci výsledků u pacientů s chronickou toxicitou CNI však není známa.

CNI a renální hypoxie. Hromadné důkazy naznačují, že chronická tubulointersticiální hypoxie je poslední společnou cestou k terminálnímu onemocnění ledvin. CNI mají za následek sníženou produkci oxidu dusnatého (NO) a biologickou dostupnost, což vede ke snížení vazodilatace a neomezené vazokonstrikci a hypoxii. V chronickém prostředí přispívá arteriolopatie zprostředkovaná CNI a zúžení arteriolového lumenu k rozvoji pruhované intersticiální fibrózy, ztrátě peritubulárních kapilár, tubulární atrofii a glomerulární skleróze. Na druhé straně může hypoxie tubulointersticiálního kompartmentu vést k tvorbě volných radikálů nebo reaktivních forem kyslíku (ROS) způsobujících poškození a smrt buněk, podporující EMT a renální fibrózu, čímž se spustí začarovaný kruh, který skončí v konečném stádiu onemocnění ledvin. .

Lepší pochopení buněčných a molekulárních mechanismů, které vedou k renální hypoxii indukované CNI, by vedlo k vývoji diagnostických a léčebných strategií, které oddalují nebo zabraňují renální fibróze indukované CNI. Hlavním omezením studií zabývajících se intrarenální oxygenací je nedostatek neinvazivních technologií pro kvantifikaci a monitorování biologické dostupnosti kyslíku v ledvinách. MRI závislá na hladině kyslíku v krvi nebo BOLD MRI je inovativní zobrazovací metoda, která používá deoxyhemoglobin jako endogenní kontrastní látku ke stanovení biologické dostupnosti kyslíku v tkáních. Vztah mezi paramagnetickým deoxyhemoglobinem a relaxací T2 byl poprvé prokázán v roce 1982. Tato technika byla nedávno použita, včetně naší skupiny, k hodnocení intrarenální biologické dostupnosti kyslíku u pacientů s nativním onemocněním ledvin a onemocněním ledvin po transplantaci.

Nyní navrhujeme použít tuto technologii pro monitorování intrarenální oxygenace u pacientů s chronickou toxicitou CNI. Dále doporučujeme kombinovat BOLD MRI s molekulárním hodnocením renální hypoxie. Hypoxií indukovatelný faktor jedna alfa je systém reakce na kyslík, který se v poslední době používá jako molekulární marker renální hypoxie. Molekuly HIF jsou regulovány na úrovni proteinů enzymy závislými na kyslíku, a proto umožňují detekci tkáňové hypoxie. Například u aloštěpu ledvin silná korelace mezi barvením HIF-1alfa a klinickou/subklinickou rejekcí naznačuje, že hypoxie je zapojena do patogeneze imunitně zprostředkovaného poškození ledvin a že imunohistochemie HIF-1 alfa by mohla zlepšit specifickou diagnózu akutní rejekce. .

Pimonidazol je také molekulárním biomarkerem hypoxie, který se po podání in vivo váže na thiolové skupiny při napětí kyslíku pod 10 mmHg a je vizualizován komerčně dostupnými antipimonidazolovými protilátkami. Je to malý, účinný a netoxický radiosenzibilizátor používaný jako marker hypoxie u lidských spinocelulárních karcinomů děložního čípku, hlavy a krku. V ledvinách bylo barvení pimonidazolem použito k vyšetření tkáňové hypoxie v experimentálních modelech chronického onemocnění ledvin a akutní nefrotoxicity CNI. Role BOLD MRI, HIF-1 alfa a pimonidazolu při hodnocení mechanismů chronické hypoxie vyvolané CNI nebyla hodnocena.

CNI a Nox2. CsA je prooxidační molekula, jak dokládají experimentální studie, které naznačují, že vitamin E inhibuje peroxidaci lipidů indukovanou CsA a poškození ledvin. Podobně kataláza, enzym, který specificky štěpí reaktivní peroxid vodíku (H2O2) na H2O a O2 a působí jako lapač ROS, snižoval stárnutí renálních tubulárních epiteliálních buněk související s CsA. Navíc krysí proximální tubulární epiteliální buňky vystavené CsA akumulují intracelulární ROS a produkty peroxidace lipidů spolu se změněným glutathionovým redoxním stavem. Molekulární mechanismy, které regulují tvorbu ROS indukovanou CNI, však zůstávají nejasné.

Nox2, původně pojmenovaný gp91phox, je klasická fagocytující NADPH oxidáza, enzym, který se přirozeně podílí na imunitní odpovědi včetně „oxidačního vzplanutí“. Nox2 je také původní identifikovaný příklad systému, který generuje ROS jako primární funkci enzymu a ne jako vedlejší produkt jako mitochondrie nebo peroxisomy. Je to jedna ze sedmi v současnosti známých izoforem Nox, je konstitutivně spojena s transmembránovým stabilizačním proteinem p22phox a pro funkci vyžaduje nábor cytosolických složek p47phox, p67phox a p40phox.

Stručně řečeno, CNI, páteř antirejekčních terapií, jsou také profibrotické molekuly, což ztěžuje efektivní zvládnutí imunosuprese a dlouhodobých výsledků. Nastínili jsme výzkumné studie, které důsledně hodnotí roli Nox2 v renální fibróze vyvolané CNI. Kromě toho navrhujeme současné a komplementární klinické a translační strategie pro zkoumání molekulárních mechanismů, které regulují aktivitu Nox2 během fibrogeneze zprostředkované CNI. Pokud budou výsledky našich studií úspěšné, poskytnou významný krok vpřed v návrhu nových diagnostických, monitorovacích a léčebných možností zaměřených na kompenzaci škodlivých účinků imunosupresivní terapie a zlepšení dlouhodobých výsledků ledvin při transplantaci orgánů.