Rolle von Nox2 bei CNI-induzierter Nierenfibrose (Nox2)

Calcineurin-Inhibitoren (CNIs) und Nierenfibrose. CNIs einschließlich CsA und Tacrolimus sind die Eckpfeiler der Erhaltungs-Immunsuppression bei der Transplantation solider Organe. Diese Medikamente sind so wirksam, dass CNIs der neueren Generation wie Voclosporin (Isotechnika Pharma, Inc, Edmonton, Alberta) in der Entwicklung sind. Sie üben ihre immunsuppressive Rolle aus, indem sie die Aktivität von Calcineurin hemmen, einer Serinphosphatase, die normalerweise den Kernfaktor aktivierter T-Zellen (NFAT) dephosphoryliert. Dephosphoryliertes NFAT wandert in den Zellkern und induziert die Transkription von Interleukin-2, einem wichtigen Zytokin für die Aktivierung und Proliferation von T-Lymphozyten.

Trotz ihrer vorteilhaften Wirkungen bei Transplantationen und vielen Autoimmunerkrankungen ist die klinische Verwendung von CNIs durch ihre chronische Nephrotoxizität begrenzt. Dies stellt ein erhebliches Problem für die öffentliche Gesundheit dar, da die 10-Jahres-Inzidenz chronischer CNI-Nephrotoxizität bei Empfängern von Nierentransplantationen 100 % beträgt. In ähnlicher Weise ist die chronische CNI-Nephrotoxizität der dominierende ursächliche Faktor für Nierenversagen bei Empfängern von Nichtnieren-Organtransplantaten. In dieser Gruppe liegt das 5-Jahres-ESRD-Risiko zwischen 7 und 21 % und ist mit einem 4-mal höheren Sterberisiko verbunden. Zu den pathologischen Merkmalen der chronischen CNI-Nephrotoxizität gehören progressive und irreversible interstitielle Fibrose, tubuläre Atrophie und arterioläre hyaline Veränderungen. De novo oder progressive arterioläre hyaline Verdickung (AH) ist die pathognomonischste Läsion der chronischen CNI-Nephrotoxizität. Diese Läsion besteht aus einer Vakuolisierung von Endothelzellen und glatten Muskelzellen und fokalen oder kreisförmigen klumpigen Proteinablagerungen in der Arteriolenwand, die normalerweise nekrotische glatte Muskelzellen ersetzen und schließlich das Gefäßlumen verengen. Diese Arteriolopathie ist wichtig für die Entstehung einer Fibrose. Typischerweise folgt die Fibrose einem "Streifenmuster" von der Medulla zum Kortex und ist mit einer Vakuolisierung des Zytoplasmas in tubulären Epithelzellen verbunden.

Obwohl Tacrolimus CsA überlegen ist, wenn es darum geht, das Transplantatüberleben zu verbessern und eine akute Abstoßung bei Nierentransplantationen zu verhindern, sind die individuellen Nephrotoxizitätsprofile dieser Medikamente ähnlich. Auf zellulärer und molekularer Ebene führen CNIs über TGF-beta1-abhängige und -unabhängige Signalwege zu Matrixakkumulation und EMT. EMT ist ein wichtiger profibrotischer Prozess und ein Surrogatmarker für native und transplantierte Nierenfibrose. TGF-beta1 ist das primäre Zytokin, das EMT initiiert und aufrechterhält, indem es Signalwege und Transkriptionsregulatoren wie Smad 2/3-Moleküle aktiviert. Während der EMT werden tubuläre Epithelzellen durch einen schrittweisen Prozess, der den Verlust von Zell-Zell-Adhäsionsmolekülen (z. E-Cadherin) und de novo-Expression von mesenchymalen Markern (z. Alpha-SMA). Auf diese Ereignisse folgt eine Unterbrechung der tubulären Basalmembran, Zellmigration und Fibroblasteninvasion in das Interstitium mit der Produktion von profibrotischen Molekülen, einschließlich Kollagen und Fibronectin. Ein besseres Verständnis der molekularen Mechanismen, die CNI-induzierte EMT und Fibrose regulieren, wird den Weg für die Entwicklung antifibrotischer Strategien ebnen.

Die objektive Bewertung der Nierenfibrose in vivo ist ein wichtiger Schritt in diese Richtung. Dies wurde kürzlich durch eine quantitative Bewertung der Fibrose von Nieren-Allotransplantaten mithilfe computergestützter digitaler Analysen von Sirius Red erreicht. Diese Studien zeigten, dass Fibrose ein prognostischer Indikator für die langfristige Funktion und den Verlust von Nierenallotransplantaten war. Die Rolle dieser Technologie bei der Vorhersage von Ergebnissen bei Patienten mit chronischer CNI-Toxizität ist jedoch unbekannt.

CNIs und renale Hypoxie. Immer mehr Beweise deuten darauf hin, dass eine chronische tubulointerstitielle Hypoxie ein letzter gemeinsamer Weg zu einer Nierenerkrankung im Endstadium ist. CNIs führen zu einer verringerten Stickoxid (NO)-Produktion und Bioverfügbarkeit, was zu einer verringerten Vasodilatation und ungehinderten Vasokonstriktion und Hypoxie führt. In der chronischen Situation tragen die CNI-vermittelte Arteriolopathie und die Verengung des arteriolaren Lumens zur Entwicklung von gestreifter interstitieller Fibrose, Verlust peritubulärer Kapillaren, tubulärer Atrophie und glomerulärer Sklerose bei. Hypoxie des tubulointerstitiellen Kompartiments kann wiederum zur Bildung von freien Radikalen oder reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) führen, die Zellschädigung und -tod verursachen, EMT und Nierenfibrose fördern und einen Teufelskreis in Gang setzen, der in einer Nierenerkrankung im Endstadium endet .

Ein besseres Verständnis der zellulären und molekularen Mechanismen, die zu CNI-induzierter renaler Hypoxie führen, würde zur Entwicklung von Diagnose- und Behandlungsstrategien führen, die CNI-induzierte Nierenfibrose verzögern oder verhindern. Eine wesentliche Einschränkung von Studien zur intrarenalen Oxygenierung ist das Fehlen nichtinvasiver Technologien zur Quantifizierung und Überwachung der Bioverfügbarkeit von Sauerstoff in der Niere. Die vom Blutsauerstoffgehalt abhängige MRT oder BOLD-MRT ist eine innovative Bildgebungsmethode, die Desoxyhämoglobin als endogenes Kontrastmittel verwendet, um die Bioverfügbarkeit von Gewebesauerstoff zu bestimmen. Die Beziehung zwischen paramagnetischem Desoxyhämoglobin und T2-Relaxation wurde erstmals 1982 nachgewiesen. Diese Technik wurde kürzlich, auch von unserer Gruppe, verwendet, um die intrarenale Bioverfügbarkeit von Sauerstoff bei Patienten mit nativer und transplantierter Nierenerkrankung zu bewerten.

Wir schlagen nun vor, diese Technologie zur Überwachung der intrarenalen Oxygenierung bei Patienten mit chronischer CNI-Toxizität einzusetzen. Wir schlagen ferner vor, die BOLD-MRT mit der molekularen Beurteilung der renalen Hypoxie zu kombinieren. Hypoxie-induzierbarer Faktor 1 alpha ist ein Sauerstoffreaktionssystem, das kürzlich als molekularer Marker für renale Hypoxie verwendet wurde. HIF-Moleküle werden auf Proteinebene durch sauerstoffabhängige Enzyme reguliert und ermöglichen daher die Erkennung von Gewebehypoxie. Beim Nieren-Allotransplantat zum Beispiel legt die starke Korrelation zwischen der HIF-1alpha-Färbung und der klinischen/subklinischen Abstoßung nahe, dass Hypoxie an der Pathogenese der immunvermittelten Nierenschädigung beteiligt ist und dass die HIF-1-alpha-Immunhistochemie die spezifische Diagnose einer akuten Abstoßung verbessern könnte .

Pimonidazol ist auch ein molekularer Biomarker für Hypoxie, der nach Verabreichung in vivo bei Sauerstoffspannungen unter 10 mmHg an Thiolgruppen bindet und mit im Handel erhältlichen Antipimonidazol-Antikörpern sichtbar gemacht wird. Es ist ein kleiner, wirksamer und ungiftiger Radiosensibilisator, der als Hypoxiemarker für menschliche Plattenepithelkarzinome des Gebärmutterhalses, des Kopfes und des Halses verwendet wird. In der Niere wurde Pimonidazol-Färbung verwendet, um Gewebehypoxie in experimentellen Modellen von chronischer Nierenerkrankung und akuter CNI-Nephrotoxizität zu untersuchen. Die Rolle von BOLD MRI, HIF-1 alpha und Pimonidazol bei der Bewertung der Mechanismen einer chronischen CNI-induzierten Hypoxie wurde nicht untersucht.

CNIs und Nox2. CsA ist ein prooxidatives Molekül, was durch experimentelle Studien gestützt wird, die darauf hindeuten, dass Vitamin E die CsA-induzierte Lipidperoxidation und Nierenschäden hemmt. In ähnlicher Weise reduzierte Katalase, ein Enzym, das das reaktive Wasserstoffperoxid (H2O2) spezifisch in H2O und O2 spaltet und als Fänger von ROS fungiert, die CsA-assoziierte Seneszenz von tubulären Nierenepithelzellen. Außerdem akkumulieren proximale tubuläre Epithelzellen von Ratten, die CsA ausgesetzt sind, intrazelluläre ROS- und Lipidperoxidationsprodukte zusammen mit einem veränderten Glutathion-Redoxzustand. Die molekularen Mechanismen, die die CNI-induzierte Erzeugung von ROS regulieren, bleiben jedoch unklar.

Ursprünglich als gp91phox bezeichnet, ist Nox2 die klassische phagozytische NADPH-Oxidase, ein Enzym, das natürlicherweise an der Immunantwort einschließlich des „oxidativen Ausbruchs“ beteiligt ist. Nox2 ist auch das ursprünglich identifizierte Beispiel eines Systems, das ROS als primäre Funktion des Enzyms und nicht als Nebenprodukt wie das Mitochondrium oder die Peroxisomen erzeugt. Es ist eine der sieben derzeit bekannten Nox-Isoformen, ist konstitutiv mit dem transmembranstabilisierenden Protein p22phox assoziiert und erfordert für seine Funktion die Rekrutierung der zytosolischen Komponenten p47phox, p67phox und p40phox.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass CNIs, das Rückgrat von Anti-Abstoßungstherapien, auch profibrotische Moleküle sind, was es schwierig macht, die Immunsuppression und die langfristigen Ergebnisse effektiv zu steuern. Wir skizzieren Forschungsstudien, die die Rolle von Nox2 bei CNI-induzierter Nierenfibrose rigoros bewerten. Darüber hinaus schlagen wir zeitgemäße und komplementäre klinische und translationale Strategien vor, um die molekularen Mechanismen zu untersuchen, die die Nox2-Aktivität während der CNI-vermittelten Fibrogenese regulieren. Wenn sie erfolgreich sind, werden die Ergebnisse unserer Studien einen bedeutenden Fortschritt bei der Entwicklung neuer Diagnose-, Überwachungs- und Behandlungsoptionen darstellen, die darauf abzielen, die schädlichen Wirkungen einer immunsuppressiven Therapie auszugleichen und die langfristigen Nierenergebnisse bei Organtransplantationen zu verbessern.