Nox2's rolle i CNI-induceret nyrefibrose (Nox2)

Calcineurinhæmmere (CNI'er) og nyrefibrose. CNI'er inklusive CsA og tacrolimus er hjørnestenen i opretholdelse af immunsuppression ved solid organtransplantation. Disse lægemidler er så effektive, at nyere generation CNI'er såsom Voclosporin (Isotechnika Pharma, Inc, Edmonton, Alberta) er under udvikling. De spiller deres immunsuppressive rolle ved at hæmme aktiviteten af ​​calcineurin, en serinphosphatase, der normalt dephosphorylerer nuklear faktor af aktiverede T-celler (NFAT). Dephosphoryleret NFAT translokerer i kernen og inducerer transkriptionen af ​​interleukin-2, et vigtigt cytokin til aktivering og proliferation af T-lymfocytter.

På trods af deres gavnlige virkninger ved transplantation og mange autoimmune lidelser, er den kliniske brug af CNI'er begrænset af deres kroniske nefrotoksicitet. Dette repræsenterer et betydeligt folkesundhedsproblem, da den 10-årige forekomst af kronisk CNI nefrotoksicitet er 100 % hos nyretransplanterede. Tilsvarende er kronisk CNI nefrotoksicitet den dominerende årsagsfaktor for nyresvigt hos ikke-nyreorgantransplanterede modtagere. I denne gruppe varierer 5-års risikoen for ESRD fra 7 til 21% og er forbundet med en 4 gange større risiko for død. De patologiske træk ved kronisk CNI nefrotoksicitet omfatter progressiv og irreversibel interstitiel fibrose, tubulær atrofi og arteriolære hyalinændringer. De novo eller progressiv arteriolær hyalinfortykkelse (AH) er den mest patognomoniske læsion af kronisk CNI nefrotoksicitet. Denne læsion består af vakuolisering af endotelceller og glatte muskelceller og fokale eller cirkulære klumpede proteinaflejringer i arteriolvæggen, som normalt erstatter nekrotiske glatte muskelceller og til sidst indsnævrer det vaskulære lumen. Denne arteriolopati er vigtig for udviklingen af ​​fibrose. Typisk følger fibrose et "stribet mønster" fra medulla til cortex og er forbundet med vakuolisering af cytoplasmaet i tubulære epitelceller.

Selvom tacrolimus er overlegen i forhold til CsA med hensyn til at forbedre transplantatoverlevelsen og forhindre akut afstødning ved nyretransplantation, er de individuelle nefrotoksicitetsprofiler for disse lægemidler ens. På cellulære og molekylære niveauer resulterer CNI'er i matrixakkumulering og EMT via TGF-beta1-afhængige og uafhængige veje. EMT er en vigtig profibrotisk proces og en surrogatmarkør for indfødt og transplanteret nyrefibrose. TGF-beta1 er det primære cytokin, der initierer og vedligeholder EMT ved at aktivere signalveje og transkriptionelle regulatorer såsom Smad 2/3-molekyler. Under EMT transformeres tubulære epitelceller til myofibroblaster gennem en trinvis proces, der involverer tab af celle-celleadhæsionsmolekyler (f. E-cadherin) og de novo-ekspression af mesenkymale markører (f.eks. alfa-SMA). Disse hændelser efterfølges af tubulær basalmembranafbrydelse, cellemigration og fibroblastinvasion i interstitium med produktion af profibrotiske molekyler inklusive kollagen og fibronectin. En bedre forståelse af de molekylære mekanismer, der regulerer CNI-induceret EMT og fibrose, vil bane vejen for udviklingen af ​​antifibrotiske strategier.

Objektiv evaluering af nyrefibrose in vivo er et vigtigt skridt i denne retning. Dette blev for nylig opnået ved kvantitativ vurdering af renal allograft fibrose ved hjælp af computeriserede digitale analyser af Sirius Red. Disse undersøgelser viste, at fibrose var en prognostisk indikator for langsigtet nyre allograft funktion og tab. Imidlertid er denne teknologis rolle i at forudsige resultater hos patienter med kronisk CNI-toksicitet ukendt.

CNI'er og nyrehypoxi. Akkumulerende beviser tyder på, at kronisk tubulointerstitiel hypoxi er en sidste fælles vej til nyresygdom i slutstadiet. CNI'er resulterer i nedsat produktion af nitrogenoxid (NO) og biotilgængelighed, hvilket fører til nedsat vasodilatation og uopsættelig vasokonstriktion og hypoxi. I den kroniske situation bidrager CNI-medieret arteriolopati og indsnævring af det arteriolære lumen til udviklingen af ​​stribet interstitiel fibrose, tab af peritubulære kapillærer, tubulær atrofi og glomerulær sklerose. Til gengæld kan hypoxi i det tubulointerstitielle rum føre til dannelsen af ​​frie radikaler eller reaktive oxygenarter (ROS), der forårsager cellulær skade og død, fremmer EMT og nyrefibrose, og sætter en ond cirkel i gang, der vil ende i nyresygdom i slutstadiet .

En bedre forståelse af de cellulære og molekylære mekanismer, der resulterer i CNI-induceret renal hypoxi, ville føre til udvikling af diagnostiske og behandlingsstrategier, der forsinker eller forhindrer CNI-induceret nyrefibrose. En væsentlig begrænsning af undersøgelser, der adresserer intrarenal iltning, er manglen på ikke-invasive teknologier til at kvantificere og overvåge biotilgængeligheden af ​​ilt i nyrerne. Blodiltniveauafhængig MRI eller BOLD MRI er en innovativ billeddannelsesmetode, der bruger deoxyhæmoglobin som et endogent kontrastmiddel til at bestemme vævsiltbiotilgængeligheden. Forholdet mellem paramagnetisk deoxyhæmoglobin og T2-afslapning blev først påvist i 1982. Denne teknik blev for nylig brugt, herunder af vores gruppe, til at vurdere intrarenal oxygenbiotilgængelighed hos patienter med indfødte og transplanterede nyresygdomme.

Vi foreslår nu at bruge denne teknologi til overvågning af intrarenal iltning hos patienter med kronisk CNI-toksicitet. Vi foreslår yderligere at kombinere BOLD MRI med molekylær vurdering af renal hypoxi. Hypoxi-inducerbar faktor 1-alfa er et oxygenresponssystem, der for nylig er blevet brugt som en molekylær markør for renal hypoxi. HIF-molekyler reguleres på proteinniveau af iltafhængige enzymer og muliggør derfor påvisning af vævshypoksi. I nyre-allotransplantatet tyder den stærke korrelation mellem HIF-1alfa-farvning og klinisk/subklinisk afstødning for eksempel på, at hypoxi er involveret i patogenesen af ​​den immunmedierede nyreskade, og at HIF-1 alfa-immunhistokemi kunne forbedre den specifikke diagnose af akut afstødning .

Pimonidazol er også en molekylær biomarkør for hypoxi, der en gang leveret in vivo, binder til thiolgrupper ved iltspændinger under 10 mmHg og visualiseres med kommercielt tilgængelige antipimonidazol-antistoffer. Det er en lille, effektiv og ikke-toksisk radiosensibilisator, der bruges som hypoximarkør for menneskelige pladecellecarcinomer i livmoderhalsen, hovedet og halsen. I nyrerne er pimonidazolfarvning blevet brugt til at undersøge vævshypoksi i eksperimentelle modeller for kronisk nyresygdom og akut CNI nefrotoksicitet. Rollen af ​​BOLD MRI, HIF-1 alfa og pimonidazol i evalueringen af ​​mekanismerne for kronisk CNI-induceret hypoxi er ikke blevet evalueret.

CNI'er og Nox2. CsA er et pro-oxidant molekyle som understøttet af eksperimentelle undersøgelser, der tyder på, at vitamin E hæmmer CsA-induceret lipidperoxidation og nyreskade. Tilsvarende reducerer katalase, et enzym, der specifikt nedbryder det reaktive hydrogenperoxid (H2O2) til H2O og O2 og fungerer som en renser for ROS, CsA-associeret renal tubulær epitelcelle-ældning. Derudover akkumulerer proksimale tubulære epitelceller fra rotter, der er udsat for CsA, intracellulære ROS- og lipidperoxidationsprodukter sammen med en ændret glutathion-redoxtilstand. Imidlertid forbliver de molekylære mekanismer, der regulerer CNI-induceret generering af ROS, uklare.

Oprindeligt navngivet gp91phox, Nox2 er den klassiske fagocytiske NADPH-oxidase, et enzym, der er naturligt involveret i immunresponset, herunder det "oxidative udbrud". Nox2 er også det originale identificerede eksempel på et system, der genererer ROS som den primære funktion af enzymet og ikke som et biprodukt som mitokondrien eller peroxisomer. Det er en af ​​de syv i øjeblikket kendte Nox-isoformer, er konstitutivt forbundet med det transmembrane stabiliserende protein p22phox og kræver rekruttering af cytosoliske komponenter p47phox, p67phox og p40phox for funktion.

Sammenfattende er CNI'er, rygraden i anti-afstødningsterapier, også profibrotiske molekyler, hvilket gør det vanskeligt effektivt at håndtere immunsuppression og langsigtede resultater. Vi skitserer forskningsundersøgelser, der nøje vurderer rollen af ​​Nox2 i CNI-induceret nyrefibrose. Derudover foreslår vi moderne og komplementære kliniske og translationelle strategier for at undersøge de molekylære mekanismer, der regulerer Nox2-aktivitet under CNI-medieret fibrogenese. Hvis det lykkes, vil resultaterne af vores undersøgelser give et væsentligt skridt fremad i udformningen af ​​nye diagnostiske, overvågnings- og behandlingsmuligheder, der sigter mod at opveje de skadelige virkninger af immunsuppressiv terapi og forbedre langsigtede nyreresultater ved organtransplantation.