De rol van Nox2 bij CNI-geïnduceerde nierfibrose (Nox2)

Calcineurineremmers (CNI's) en nierfibrose. CNI's, waaronder CsA en tacrolimus, vormen de hoeksteen van onderhoudsimmunosuppressie bij solide-orgaantransplantatie. Deze medicijnen zijn zo effectief dat nieuwere generatie CNI's zoals Voclosporin (Isotechnika Pharma, Inc, Edmonton, Alberta) in ontwikkeling zijn. Ze spelen hun immunosuppressieve rol door de activiteit van calcineurine te remmen, een serinefosfatase dat normaal gesproken de nucleaire factor van geactiveerde T-cellen (NFAT) defosforyleert. Gedefosforyleerd NFAT verplaatst zich in de kern en induceert de transcriptie van interleukine-2, een belangrijk cytokine voor de activering en proliferatie van T-lymfocyten.

Ondanks hun gunstige werking bij transplantatie en vele auto-immuunziekten, wordt het klinische gebruik van CNI's beperkt door hun chronische nefrotoxiciteit. Dit vormt een aanzienlijk probleem voor de volksgezondheid, aangezien de 10-jarige incidentie van chronische CNI-nefrotoxiciteit 100% is bij ontvangers van een niertransplantaat. Evenzo is chronische CNI-nefrotoxiciteit de dominante oorzakelijke factor voor nierfalen bij ontvangers van niet-nierorgaantransplantaties. In deze groep varieert het 5-jaarsrisico op ESRD van 7 tot 21% en gaat het gepaard met een 4 keer groter risico op overlijden. De pathologische kenmerken van chronische CNI-nefrotoxiciteit omvatten progressieve en onomkeerbare interstitiële fibrose, tubulaire atrofie en arteriolaire hyaliene veranderingen. De novo of progressieve arteriolaire hyaliene verdikking (AH) is de meest pathognomonische laesie van chronische CNI-nefrotoxiciteit. Deze laesie bestaat uit vacuolisatie van endotheliale en gladde spiercellen en focale of cirkelvormige klonterige eiwitafzettingen in de arteriolaire wand, die gewoonlijk necrotische gladde spiercellen vervangt en uiteindelijk het vasculaire lumen vernauwt. Deze arteriolopathie is belangrijk voor de ontwikkeling van fibrose. Typisch volgt fibrose een "gestreept patroon" van de medulla naar de cortex en wordt geassocieerd met vacuolisatie van het cytoplasma in tubulaire epitheelcellen.

Hoewel tacrolimus superieur is aan CsA wat betreft het verbeteren van de overleving van het transplantaat en het voorkomen van acute afstoting bij niertransplantatie, zijn de individuele nefrotoxiciteitsprofielen van deze geneesmiddelen vergelijkbaar. Op cellulair en moleculair niveau resulteren CNI's in matrixaccumulatie en EMT via TGF-beta1-afhankelijke en onafhankelijke routes. EMT is een belangrijk profibrotisch proces en een surrogaatmarker van inheemse en getransplanteerde nierfibrose. TGF-beta1 is het primaire cytokine dat EMT initieert en in stand houdt door signaalroutes en transcriptionele regulatoren zoals Smad 2/3-moleculen te activeren. Tijdens EMT worden tubulaire epitheelcellen getransformeerd in myofibroblasten via een stapsgewijs proces waarbij cel-celadhesiemoleculen verloren gaan (bijv. E-cadherine) en de novo expressie van mesenchymale markers (bijv. alfa-SMA). Deze gebeurtenissen worden gevolgd door verstoring van de tubulaire basaalmembraan, celmigratie en invasie van fibroblasten in het interstitium met productie van profibrotische moleculen, waaronder collageen en fibronectine. Een beter begrip van de moleculaire mechanismen die CNI-geïnduceerde EMT en fibrose reguleren, zal de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van antifibrotische strategieën.

Objectieve evaluatie van nierfibrose in vivo is een belangrijke stap in deze richting. Dit werd onlangs bereikt door kwantitatieve beoordeling van niertransplantaatfibrose met behulp van gecomputeriseerde digitale analyses van Sirius Red. Deze onderzoeken toonden aan dat fibrose een prognostische indicator was van de functie en het verlies van niertransplantaten op de lange termijn. De rol van deze technologie bij het voorspellen van uitkomsten bij patiënten met chronische CNI-toxiciteit is echter onbekend.

CNI's en nierhypoxie. Steeds meer bewijs suggereert dat chronische tubulo-interstitiële hypoxie een laatste gemeenschappelijke weg is naar nierziekte in het eindstadium. CNI's resulteren in verminderde productie van stikstofmonoxide (NO) en biologische beschikbaarheid, wat leidt tot verminderde vasodilatatie en ongehinderde vasoconstrictie en hypoxie. In de chronische setting dragen CNI-gemedieerde arteriolopathie en vernauwing van het arteriolaire lumen bij aan de ontwikkeling van gestreepte interstitiële fibrose, verlies van peritubulaire capillairen, tubulaire atrofie en glomerulaire sclerose. Op zijn beurt kan hypoxie van het tubulo-interstitiële compartiment leiden tot de vorming van vrije radicalen of reactieve zuurstofspecies (ROS) die cellulair letsel en dood veroorzaken, EMT en nierfibrose bevorderen, waardoor een vicieuze cirkel in gang wordt gezet die zal eindigen in nierziekte in het eindstadium .

Een beter begrip van de cellulaire en moleculaire mechanismen die resulteren in CNI-geïnduceerde nierhypoxie zou leiden tot de ontwikkeling van diagnostische en behandelingsstrategieën die CNI-geïnduceerde nierfibrose vertragen of voorkomen. Een belangrijke beperking van onderzoeken naar intrarenale oxygenatie is het ontbreken van niet-invasieve technologieën om de biologische beschikbaarheid van zuurstof in de nier te kwantificeren en te bewaken. Bloedzuurstofniveau-afhankelijke MRI of BOLD MRI is een innovatieve beeldvormingsmethode die deoxyhemoglobine gebruikt als een endogeen contrastmiddel om de biologische beschikbaarheid van weefselzuurstof te bepalen. De relatie tussen paramagnetisch deoxyhemoglobine en T2-relaxatie werd voor het eerst aangetoond in 1982. Deze techniek is onlangs gebruikt, onder meer door onze groep, om de biologische beschikbaarheid van intra-renale zuurstof te beoordelen bij patiënten met aangeboren en getransplanteerde nierziekte.

We stellen nu voor om deze technologie te gebruiken voor het monitoren van intrarenale oxygenatie bij patiënten met chronische CNI-toxiciteit. We stellen verder voor om BOLD MRI te combineren met moleculaire beoordeling van nierhypoxie. Hypoxie-induceerbaar Factor één alfa is een zuurstofresponssysteem dat onlangs is gebruikt als een moleculaire marker van renale hypoxie. HIF-moleculen worden op eiwitniveau gereguleerd door zuurstofafhankelijke enzymen en maken daardoor detectie van weefselhypoxie mogelijk. In het niertransplantaat bijvoorbeeld suggereert de sterke correlatie tussen HIF-1alpha-kleuring en klinische/subklinische afstoting dat hypoxie betrokken is bij de pathogenese van de immuungemedieerde nierbeschadiging en dat HIF-1 alfa-immunohistochemie de specifieke diagnose van acute afstoting zou kunnen verbeteren. .

Pimonidazol is ook een moleculaire biomarker van hypoxie die, eenmaal in vivo afgeleverd, zich bindt aan thiolgroepen bij zuurstofspanningen onder 10 mmHg en wordt gevisualiseerd met in de handel verkrijgbare antipimonidazol-antilichamen. Het is een kleine, effectieve en niet-toxische radiosensitizer die wordt gebruikt als hypoxie-marker voor menselijke plaveiselcelcarcinomen van de baarmoederhals, het hoofd en de nek. In de nier is pimonidazolkleuring gebruikt om weefselhypoxie te onderzoeken in experimentele modellen van chronische nierziekte en acute CNI-nefrotoxiciteit. De rol van BOLD MRI, HIF-1 alfa en pimonidazol bij het evalueren van de mechanismen van chronische CNI-geïnduceerde hypoxie is niet geëvalueerd.

CNI's en Nox2. CsA is een pro-oxidant molecuul zoals ondersteund door experimentele studies die suggereren dat vitamine E CsA-geïnduceerde lipideperoxidatie en nierbeschadiging remt. Evenzo verminderde catalase, een enzym dat specifiek het reactieve waterstofperoxide (H2O2) afbreekt in H2O en O2 en fungeert als een wegvanger van ROS, CsA-geassocieerde senescentie van niertubulaire epitheelcellen. Bovendien accumuleren proximale tubulaire epitheelcellen van ratten die zijn blootgesteld aan CsA intracellulaire ROS- en lipideperoxidatieproducten, samen met een veranderde glutathion-redoxtoestand. De moleculaire mechanismen die de door CNI geïnduceerde generatie van ROS reguleren, blijven echter onduidelijk.

Nox2, oorspronkelijk gp91phox genoemd, is de klassieke fagocytische NADPH-oxidase, een enzym dat van nature betrokken is bij de immuunrespons, waaronder de "oxidatieve burst". Nox2 is ook het origineel geïdentificeerde voorbeeld van een systeem dat ROS genereert als de primaire functie van het enzym en niet als een bijproduct zoals het mitochondrion of peroxisomen. Het is een van de zeven momenteel bekende Nox-isovormen, is constitutief geassocieerd met het transmembraanstabiliserende eiwit p22phox en vereist de rekrutering van cytosolische componenten p47phox, p67phox en p40phox voor functie.

Samengevat, CNI's, de ruggengraat van anti-afstotingstherapieën, zijn ook profibrotische moleculen, waardoor het moeilijk is om immunosuppressie en langetermijnresultaten effectief te beheersen. We schetsen onderzoeksstudies die de rol van Nox2 bij CNI-geïnduceerde nierfibrose rigoureus beoordelen. Daarnaast stellen we hedendaagse en complementaire klinische en translationele strategieën voor om de moleculaire mechanismen te onderzoeken die Nox2-activiteit reguleren tijdens CNI-gemedieerde fibrogenese. Indien succesvol, zullen de resultaten van onze onderzoeken een belangrijke stap voorwaarts zijn in het ontwerp van nieuwe diagnostische, monitoring- en behandelingsopties die gericht zijn op het compenseren van de schadelijke effecten van immunosuppressieve therapie en het verbeteren van nieruitkomsten op lange termijn bij orgaantransplantatie.