Nox2:n rooli CNI-indusoidussa munuaisfibroosissa (Nox2)

Kalsineuriinin estäjät (CNI) ja munuaisfibroosi. CNI:t, mukaan lukien CsA ja takrolimuusi, ovat immunosuppression ylläpitämisen kulmakivi kiinteässä elinsiirrossa. Nämä lääkkeet ovat niin tehokkaita, että uuden sukupolven CNI:t, kuten Voclosporin (Isotechnika Pharma, Inc, Edmonton, Alberta), ovat kehitteillä. Ne suorittavat immunosuppressiivisen roolinsa estämällä kalsineuriinin, seriinifosfataasin, joka normaalisti defosforyloi aktivoitujen T-solujen tumatekijän (NFAT) toimintaa. Defosforyloitu NFAT siirtyy tumaan ja indusoi interleukiini-2:n transkription, joka on tärkeä sytokiini T-lymfosyyttien aktivaatiolle ja lisääntymiselle.

Huolimatta niiden hyödyllisistä vaikutuksista transplantaatiossa ja monissa autoimmuunisairauksissa, CNI:iden kliinistä käyttöä rajoittaa niiden krooninen nefrotoksisuus. Tämä on merkittävä kansanterveysongelma, koska 10 vuoden kroonisen CNI-nefrotoksisuuden ilmaantuvuus on 100 % munuaisensiirron saajilla. Samoin krooninen CNI-nefrotoksisuus on hallitseva syytekijä munuaisten vajaatoimintaan ei-munuaisen elinsiirtojen vastaanottajilla. Tässä ryhmässä viiden vuoden ESRD-riski vaihtelee 7-21 %:n välillä ja siihen liittyy 4 kertaa suurempi kuolemanriski. Kroonisen CNI-nefrotoksisuuden patologisia piirteitä ovat etenevä ja peruuttamaton interstitiaalinen fibroosi, tubulusatrofia ja valtimoiden hyaliinimuutokset. De novo eli progressiivinen valtimoiden hyaliinin paksuuntuminen (AH) on kroonisen CNI-nefrotoksisuuden patognomonisin vaurio. Tämä leesio koostuu endoteeli- ja sileälihassolujen vakuolisoitumisesta ja fokaalisista tai pyöreistä proteiinikertymistä valtimon seinämään, mikä yleensä korvaa nekroottiset sileät lihassolut ja lopulta kaventaa verisuonen luumenia. Tämä arteriolopatia on tärkeä fibroosin kehittymiselle. Tyypillisesti fibroosi seuraa "raitakuviota" ydinytimestä aivokuoreen ja se liittyy sytoplasman vakuolisoitumiseen tubulaarisissa epiteelisoluissa.

Vaikka takrolimuusi on CsA:ta parempi, kun se parantaa siirteen eloonjäämistä ja ehkäisee akuutin hylkimisen munuaisensiirrossa, näiden lääkkeiden yksilölliset munuaistoksisuusprofiilit ovat samanlaiset. Solu- ja molekyylitasoilla CNI:t johtavat matriisin kertymiseen ja EMT:hen TGF-beeta1-riippuvaisten ja riippumattomien reittien kautta. EMT on tärkeä profibroottinen prosessi ja natiivi- ja siirrännäisen munuaisfibroosin korvikemarkkeri. TGF-beta1 on ensisijainen sytokiini, joka käynnistää ja ylläpitää EMT:tä aktivoimalla signalointireittejä ja transkription säätelijöitä, kuten Smad 2/3 -molekyylejä. EMT:n aikana tubulaariset epiteelisolut transformoituvat myofibroblasteiksi vaiheittaisella prosessilla, johon liittyy solu-solu-adheesiomolekyylien häviäminen (esim. E-kadheriini) ja mesenkymaalisten markkerien de novo ekspressio (esim. alfa-SMA). Näitä tapahtumia seuraa putkimaisen tyvikalvon hajoaminen, solujen migraatio ja fibroblastien invaasio interstitiumissa, jolloin muodostuu profibroottisia molekyylejä, mukaan lukien kollageeni ja fibronektiini. CNI:n aiheuttamaa EMT:tä ja fibroosia säätelevien molekyylimekanismien parempi ymmärtäminen tasoittaa tietä antifibroottisten strategioiden kehittämiselle.

Munuaisfibroosin objektiivinen arviointi in vivo on avainaskel tähän suuntaan. Tämä saavutettiin äskettäin munuaissiirteen fibroosin kvantitatiivisella arvioinnilla käyttämällä Sirius Redin tietokoneistettuja digitaalisia analyysejä. Nämä tutkimukset osoittivat, että fibroosi oli prognostinen indikaattori pitkäaikaisesta munuaissiirteen toiminnasta ja menetyksestä. Tämän tekniikan roolia tulosten ennustamisessa potilailla, joilla on krooninen CNI-toksisuus, ei kuitenkaan tunneta.

CNI:t ja munuaishypoksia. Kertyvä näyttö viittaa siihen, että krooninen tubulointerstitiaalinen hypoksia on viimeinen yhteinen reitti loppuvaiheen munuaissairauteen. CNI:t johtavat vähentyneeseen typpioksidin (NO) tuotantoon ja biologiseen hyötyosuuteen, mikä johtaa vähentyneeseen vasodilataatioon ja vastustamattomaan vasokonstriktioon ja hypoksiaan. Kroonisessa ympäristössä CNI-välitteinen arteriolopatia ja arteriolaarisen luumenin kaventuminen edistävät raidallisen interstitiaalifibroosin kehittymistä, peritubulaaristen kapillaarien katoamista, tubulaarista atrofiaa ja glomerulaarista skleroosia. Tubulointerstitiaalisen osan hypoksia voi puolestaan ​​johtaa vapaiden radikaalien tai reaktiivisten happilajien (ROS) muodostumiseen, mikä aiheuttaa soluvaurioita ja -kuolemaa, edistää EMT:tä ja munuaisfibroosia ja käynnistää noidankehän, joka päättyy loppuvaiheen munuaissairauteen. .

CNI:n aiheuttamaan munuaisten hypoksiaan johtavien solu- ja molekyylimekanismien parempi ymmärtäminen johtaisi diagnostisten ja hoitostrategioiden kehittämiseen, jotka viivästävät tai estävät CNI:n aiheuttamaa munuaisfibroosia. Suurin rajoitus munuaistensisäistä hapetusta koskevissa tutkimuksissa on ei-invasiivisten teknologioiden puute hapen biologisen hyötyosuuden määrittämiseksi ja seuraamiseksi munuaisissa. Veren happipitoisuudesta riippuvainen MRI tai BOLD MRI on innovatiivinen kuvantamismenetelmä, joka käyttää deoksihemoglobiinia endogeenisenä varjoaineena kudosten hapen biologisen hyötyosuuden määrittämiseen. Paramagneettisen deoksihemoglobiinin ja T2-relaksaation välinen suhde osoitettiin ensimmäisen kerran vuonna 1982. Tätä tekniikkaa käytettiin äskettäin, mukaan lukien ryhmämme, arvioimaan munuaisten sisäisen hapen biologista hyötyosuutta potilailla, joilla on natiivi munuaissairaus tai transplantaatio.

Nyt ehdotamme tämän tekniikan käyttöä munuaistensisäisen hapetuksen seurantaan potilailla, joilla on krooninen CNI-toksisuus. Suosittelemme lisäksi yhdistämään BOLD MRI:n munuaisten hypoksian molekyyliarviointiin. Hypoxia Inducible Factor one alfa on happivastejärjestelmä, jota on viime aikoina käytetty munuaisten hypoksian molekyylimarkkerina. HIF-molekyylejä säätelevät proteiinitasolla hapesta riippuvaiset entsyymit ja mahdollistavat siksi kudosten hypoksian havaitsemisen. Esimerkiksi munuaisen allograftissa vahva korrelaatio HIF-1alfa-värjäytymisen ja kliinisen/subkliinisen hylkimisen välillä viittaa siihen, että hypoksia on osallisena immuunivälitteisen munuaisvaurion patogeneesissä ja että HIF-1-alfa-immunohistokemia voisi parantaa akuutin hylkimisen spesifistä diagnoosia. .

Pimonidatsoli on myös hypoksian molekyylibiomarkkeri, joka kerran annettuna in vivo sitoutuu tioliryhmiin alle 10 mmHg:n happijännityksillä ja visualisoidaan kaupallisesti saatavilla antipimonidatsolivasta-aineilla. Se on pieni, tehokas ja myrkytön radioherkistäjä, jota käytetään hypoksian merkkiaineena kohdunkaulan, pään ja kaulan okasolusyöpään. Munuaisissa pimonidatsolivärjäystä on käytetty kudosten hypoksian tutkimiseen kroonisen munuaissairauden ja akuutin CNI-nefrotoksisuuden kokeellisissa malleissa. BOLD MRI:n, HIF-1 alfan ja pimonidatsolin roolia kroonisen CNI:n aiheuttaman hypoksian mekanismien arvioinnissa ei ole arvioitu.

CNIs ja Nox2. CsA on prooksidanttimolekyyli, jota tukevat kokeelliset tutkimukset, jotka viittaavat siihen, että E-vitamiini estää CsA:n aiheuttamaa lipidiperoksidaatiota ja munuaisvaurioita. Samoin katalaasi, entsyymi, joka hajottaa spesifisesti reaktiivisen vetyperoksidin (H2O2) H2O:ksi ja O2:ksi ja toimii ROS:n poistajana, vähentää CsA:han liittyvää munuaisten tubulusepiteelisolujen vanhenemista. Lisäksi CsA:lle altistuneet rotan proksimaaliset tubulaariset epiteelisolut keräävät solunsisäisiä ROS- ja lipidiperoksidaatiotuotteita sekä muuttuneen glutationin redox-tilan. CNI:n aiheuttamaa ROS:n muodostumista säätelevät molekyylimekanismit ovat kuitenkin epäselviä.

Alunperin nimeltään gp91phox, Nox2 on klassinen fagosyyttinen NADPH-oksidaasi, entsyymi, joka on luonnollisesti mukana immuunivasteessa, mukaan lukien "hapetuspurske". Nox2 on myös alkuperäinen tunnistettu esimerkki järjestelmästä, joka tuottaa ROS:ia entsyymin ensisijaisena tehtävänä eikä sivutuotteena, kuten mitokondrio tai peroksisomi. Se on yksi seitsemästä tällä hetkellä tunnetusta Nox-isoformista, se liittyy konstitutiivisesti transmembraania stabiloivaan proteiiniin p22phox ja vaatii sytosolisten komponenttien p47phox, p67phox ja p40phox värväämistä toimiakseen.

Yhteenvetona voidaan todeta, että CNI:t, hylkimisen estohoitojen selkäranka, ovat myös profibroottisia molekyylejä, mikä vaikeuttaa immunosuppression ja pitkäaikaisten tulosten tehokasta hallintaa. Esittelemme tutkimuksia, joissa arvioidaan tarkasti Nox2:n roolia CNI:n aiheuttamassa munuaisfibroosissa. Lisäksi ehdotamme nykyaikaisia ​​ja täydentäviä kliinisiä ja translaatiostrategioita tutkiaksemme molekyylimekanismeja, jotka säätelevät Nox2-aktiivisuutta CNI-välitteisen fibrogeneesin aikana. Jos tutkimuksemme tulokset onnistuvat, ne tarjoavat merkittävän edistysaskeleen uusien diagnostisten, seuranta- ja hoitovaihtoehtojen suunnittelussa, joilla pyritään tasoittamaan immunosuppressanttihoidon haitallisia vaikutuksia ja parantamaan pitkän aikavälin munuaistuloksia elinsiirroissa.