Rollen til Nox2 i CNI-indusert nyrefibrose (Nox2)

Calcineurin-hemmere (CNI) og nyrefibrose. CNI-er inkludert CsA og takrolimus er hjørnesteinen i vedlikeholdsimmunsuppresjon ved solid organtransplantasjon. Disse stoffene er så effektive at nyere generasjons CNI-er som Voclosporin (Isotechnika Pharma, Inc, Edmonton, Alberta) er under utvikling. De spiller sin immundempende rolle ved å hemme aktiviteten til kalsineurin, en serinfosfatase som normalt defosforylerer nukleær faktor til aktiverte T-celler (NFAT). Defosforylert NFAT translokerer i kjernen og induserer transkripsjon av interleukin-2, et viktig cytokin for aktivering og proliferasjon av T-lymfocytter.

Til tross for deres fordelaktige virkninger ved transplantasjon og mange autoimmune lidelser, er den kliniske bruken av CNI begrenset av deres kroniske nefrotoksisitet. Dette representerer et betydelig folkehelseproblem siden 10-års forekomsten av kronisk CNI nefrotoksisitet er 100 % hos nyretransplanterte. Tilsvarende er kronisk CNI nefrotoksisitet den dominerende årsaksfaktoren for nyresvikt hos ikke-nyreorgantransplanterte mottakere. I denne gruppen varierer 5-årsrisikoen for ESRD fra 7 til 21 % og er assosiert med en 4 ganger større risiko for død. De patologiske trekk ved kronisk CNI nefrotoksisitet inkluderer progressiv og irreversibel interstitiell fibrose, tubulær atrofi og arteriolære hyalinforandringer. De novo eller progressiv arteriolær hyalinfortykkelse (AH) er den mest patognomoniske lesjonen av kronisk CNI nefrotoksisitet. Denne lesjonen består av vakuolisering av endotelceller og glatte muskelceller og fokale eller sirkulære klumpete proteinavleiringer i arteriolveggen, som vanligvis erstatter nekrotiske glatte muskelceller og til slutt innsnevrer det vaskulære lumen. Denne arteriolopatien er viktig for utviklingen av fibrose. Typisk følger fibrose et "stripete mønster" fra medulla til cortex og er assosiert med vakuolisering av cytoplasma i tubulære epitelceller.

Selv om takrolimus er overlegen CsA når det gjelder å forbedre transplantatoverlevelsen og forhindre akutt avstøtning ved nyretransplantasjon, er de individuelle nefrotoksisitetsprofilene til disse legemidlene like. På cellulære og molekylære nivåer resulterer CNI i matriseakkumulering og EMT via TGF-beta1-avhengige og uavhengige veier. EMT er en viktig profibrotisk prosess og en surrogatmarkør for innfødt og transplantert nyrefibrose. TGF-beta1 er det primære cytokinet som initierer og opprettholder EMT ved å aktivere signalveier og transkripsjonelle regulatorer som Smad 2/3-molekyler. Under EMT blir tubulære epitelceller transformert til myofibroblaster gjennom en trinnvis prosess som involverer tap av celle-celle-adhesjonsmolekyler (f. E-cadherin) og de novo uttrykk for mesenkymale markører (f.eks. alfa-SMA). Disse hendelsene blir fulgt av tubulær basalmembranavbrudd, cellemigrasjon og fibroblastinvasjon i interstitium med produksjon av profibrotiske molekyler inkludert kollagen og fibronektin. En bedre forståelse av de molekylære mekanismene som regulerer CNI-indusert EMT og fibrose vil bane vei for utvikling av antifibrotiske strategier.

Objektiv evaluering av nyrefibrose in vivo er et nøkkelsteg i denne retningen. Dette ble nylig oppnådd ved kvantitativ vurdering av renal allograft fibrose ved bruk av datastyrte digitale analyser av Sirius Red. Disse studiene viste at fibrose var en prognostisk indikator på langsiktig nyreallograftfunksjon og tap. Rollen til denne teknologien i å forutsi utfall hos pasienter med kronisk CNI-toksisitet er imidlertid ukjent.

CNI og nyrehypoksi. Akkumulerende bevis tyder på at kronisk tubulointerstitiell hypoksi er en siste vanlig vei til nyresykdom i sluttstadiet. CNI-er resulterer i redusert nitrogenoksid (NO) produksjon og biotilgjengelighet, og fører dermed til redusert vasodilatasjon og uimotsagt vasokonstriksjon og hypoksi. I kroniske omgivelser bidrar CNI-mediert arteriolopati og innsnevring av arteriolærlumen til utvikling av stripete interstitiell fibrose, tap av peritubulære kapillærer, tubulær atrofi og glomerulær sklerose. I sin tur kan hypoksi i det tubulointerstitielle kammeret føre til dannelse av frie radikaler eller reaktive oksygenarter (ROS) som forårsaker cellulær skade og død, fremmer EMT og nyrefibrose, og setter i gang en ond syklus som vil ende i sluttstadiet av nyresykdom .

En bedre forståelse av de cellulære og molekylære mekanismene som resulterer i CNI-indusert nyrehypoksi vil føre til utvikling av diagnostiske og behandlingsstrategier som forsinker eller forhindrer CNI-indusert nyrefibrose. En stor begrensning av studier som tar for seg intrarenal oksygenering er mangelen på ikke-invasive teknologier for å kvantifisere og overvåke biotilgjengeligheten av oksygen i nyrene. Blodoksygennivåavhengig MR eller BOLD MRI er en innovativ bildebehandlingsmetode som bruker deoksyhemoglobin som et endogent kontrastmiddel for å bestemme vevs oksygenbiotilgjengelighet. Forholdet mellom paramagnetisk deoksyhemoglobin og T2-avslapning ble først demonstrert i 1982. Denne teknikken ble nylig brukt, inkludert av vår gruppe, for å vurdere intrarenal oksygenbiotilgjengelighet hos pasienter med innfødt og transplantert nyresykdom.

Vi foreslår nå å bruke denne teknologien for overvåking av intrarenal oksygenering hos pasienter med kronisk CNI-toksisitet. Vi foreslår videre å kombinere FET MRI med molekylær vurdering av nyrehypoksi. Hypoksi-induserbar faktor en alfa er et oksygenresponssystem som nylig har blitt brukt som en molekylær markør for nyrehypoksi. HIF-molekyler reguleres på proteinnivå av oksygenavhengige enzymer og tillater derfor påvisning av vevshypoksi. I nyre-allotransplantatet for eksempel antyder den sterke korrelasjonen mellom HIF-1alfa-farging og klinisk/subklinisk avvisning at hypoksi er involvert i patogenesen av den immunmedierte nyreskaden og at HIF-1 alfa-immunhistokjemi kan forbedre den spesifikke diagnosen akutt avstøtning .

Pimonidazol er også en molekylær biomarkør for hypoksi som en gang levert in vivo, binder seg til tiolgrupper ved oksygenspenninger under 10 mmHg og visualiseres med kommersielt tilgjengelige antipimonidazol-antistoffer. Det er en liten, effektiv og ikke-toksisk radiosensibilisator som brukes som hypoksimarkør for humane plateepitelkarsinomer i livmorhalsen, hodet og nakken. I nyrene har pimonidazolfarging blitt brukt for å undersøke vevshypoksi i eksperimentelle modeller for kronisk nyresykdom og akutt CNI nefrotoksisitet. Rollen til BOLD MRI, HIF-1 alfa og pimonidazol i evaluering av mekanismene for kronisk CNI-indusert hypoksi har ikke blitt evaluert.

CNI og Nox2. CsA er et pro-oksidant molekyl som støttes av eksperimentelle studier som tyder på at vitamin E hemmer CsA-indusert lipidperoksidasjon og nyreskade. Tilsvarende reduserte katalase, et enzym som spesifikt bryter ned det reaktive hydrogenperoksidet (H2O2) til H2O og O2 og fungerer som en renser for ROS, CsA-assosiert renal tubulær epitelcelle senescens. I tillegg akkumulerer proksimale tubulære epitelceller fra rotte eksponert for CsA intracellulære ROS og lipidperoksidasjonsprodukter, sammen med en endret glutationredokstilstand. Imidlertid forblir de molekylære mekanismene som regulerer CNI-indusert generasjon av ROS uklare.

Opprinnelig kalt gp91phox, Nox2 er den klassiske fagocytiske NADPH-oksidase, et enzym som er naturlig involvert i immunresponsen inkludert den "oksidative utbruddet". Nox2 er også det opprinnelige identifiserte eksemplet på et system som genererer ROS som den primære funksjonen til enzymet og ikke som et biprodukt som mitokondriet eller peroksisomer. Det er en av de syv for tiden kjente Nox-isoformene, er konstitutivt assosiert med det transmembrane stabiliserende proteinet p22phox og krever rekruttering av cytosoliske komponenter p47phox, p67phox og p40phox for funksjon.

Oppsummert er CNIs, ryggraden i anti-avvisningsterapier, også profibrotiske molekyler, noe som gjør det vanskelig å effektivt håndtere immunsuppresjon og langsiktige utfall. Vi skisserer forskningsstudier som nøye vurderer rollen til Nox2 i CNI-indusert nyrefibrose. I tillegg foreslår vi moderne og komplementære kliniske og translasjonsstrategier for å undersøke de molekylære mekanismene som regulerer Nox2-aktivitet under CNI-mediert fibrogenese. Hvis de lykkes, vil resultatene av våre studier gi et betydelig skritt fremover i utformingen av nye diagnostiske, overvåkings- og behandlingsalternativer som tar sikte på å oppveie de skadelige effektene av immunsuppressiv terapi og forbedre langsiktige nyreresultater ved organtransplantasjon.