Rola Nox2 w zwłóknieniu nerek wywołanym przez CNI (Nox2)

Inhibitory kalcyneuryny (CNI) i zwłóknienie nerek. CNI, w tym CsA i takrolimus, są podstawą podtrzymującej immunosupresji w transplantacji narządów miąższowych. Leki te są tak skuteczne, że opracowywane są CNI nowszej generacji, takie jak Voclosporin (Isotechnika Pharma, Inc, Edmonton, Alberta). Odgrywają swoją rolę immunosupresyjną poprzez hamowanie aktywności kalcyneuryny, fosfatazy serynowej, która normalnie defosforyluje czynnik jądrowy aktywowanych limfocytów T (NFAT). Defosforylowany NFAT przemieszcza się w jądrze i indukuje transkrypcję interleukiny-2, ważnej cytokiny dla aktywacji i proliferacji limfocytów T.

Pomimo ich korzystnego działania w transplantologii i wielu zaburzeniach autoimmunologicznych, kliniczne zastosowanie CNI jest ograniczone przez ich przewlekłą nefrotoksyczność. Stanowi to istotny problem zdrowia publicznego, ponieważ 10-letnia częstość występowania przewlekłej nefrotoksyczności CNI wynosi 100% u biorców nerki. Podobnie przewlekła nefrotoksyczność CNI jest dominującym czynnikiem sprawczym niewydolności nerek u biorców przeszczepów narządów innych niż nerki. W tej grupie 5-letnie ryzyko ESRD waha się od 7 do 21% i wiąże się z 4-krotnie większym ryzykiem zgonu. Patologiczne cechy przewlekłej nefrotoksyczności CNI obejmują postępujące i nieodwracalne zwłóknienie śródmiąższowe, zanik cewek nerkowych i zmiany hialinowe w tętniczkach. De novo lub postępujące hialinowe pogrubienie tętniczek (AH) jest najbardziej patognomoniczną zmianą przewlekłej nefrotoksyczności CNI. Ta zmiana polega na wakuolizacji komórek śródbłonka i mięśni gładkich oraz ogniskowych lub okrągłych grudkowatych złogów białka w ścianie tętniczki, które zwykle zastępują martwicze komórki mięśni gładkich i ostatecznie zwężają światło naczynia. Ta arteriolopatia jest ważna dla rozwoju zwłóknienia. Zazwyczaj zwłóknienie ma „pasiasty wzór” od rdzenia do kory i jest związane z wakuolizacją cytoplazmy w kanalikowych komórkach nabłonkowych.

Chociaż takrolimus przewyższa CsA w poprawie przeżywalności przeszczepu i zapobieganiu ostremu odrzuceniu przeszczepu nerki, indywidualne profile nefrotoksyczności tych leków są podobne. Na poziomie komórkowym i molekularnym CNI powodują akumulację macierzy i EMT poprzez szlaki zależne i niezależne od TGF-beta1. EMT jest ważnym procesem profibrotycznym i zastępczym markerem zwłóknienia nerki natywnej i przeszczepionej. TGF-beta1 jest główną cytokiną, która inicjuje i utrzymuje EMT poprzez aktywację szlaków sygnałowych i regulatorów transkrypcji, takich jak cząsteczki Smad 2/3. Podczas EMT kanalikowe komórki nabłonkowe są przekształcane w miofibroblasty poprzez stopniowy proces obejmujący utratę cząsteczek adhezyjnych komórka-komórka (np. E-kadheryna) oraz ekspresja de novo markerów mezenchymalnych (np. alfa-SMA). Po tych zdarzeniach następuje rozerwanie kanalikowej błony podstawnej, migracja komórek i inwazja fibroblastów w śródmiąższu z produkcją cząsteczek profibrotycznych, w tym kolagenu i fibronektyny. Lepsze zrozumienie mechanizmów molekularnych, które regulują EMT i zwłóknienie wywołane przez CNI, utoruje drogę do rozwoju strategii przeciwzwłóknieniowych.

Obiektywna ocena zwłóknienia nerek in vivo jest kluczowym krokiem w tym kierunku. Zostało to niedawno osiągnięte dzięki ilościowej ocenie zwłóknienia alloprzeszczepu nerki przy użyciu skomputeryzowanych analiz cyfrowych Sirius Red. Badania te wykazały, że zwłóknienie było wskaźnikiem prognostycznym długoterminowej funkcji alloprzeszczepu nerki i utraty. Jednak rola tej technologii w przewidywaniu wyników u pacjentów z przewlekłą toksycznością CNI jest nieznana.

CNI i niedotlenienie nerek. Zgromadzone dowody sugerują, że przewlekłe niedotlenienie cewkowo-śródmiąższowe jest ostateczną wspólną drogą prowadzącą do schyłkowej niewydolności nerek. CNI powodują zmniejszenie produkcji i biodostępności tlenku azotu (NO), prowadząc w ten sposób do zmniejszenia rozszerzenia naczyń i niepowstrzymanego zwężenia naczyń oraz niedotlenienia. W przebiegu przewlekłym arteriolopatia związana z CNI i zwężenie światła tętniczek przyczynia się do rozwoju pasiastego zwłóknienia śródmiąższowego, utraty naczyń włosowatych okołokanalikowych, zaniku kanalików i stwardnienia kłębuszków nerkowych. Z kolei niedotlenienie kompartmentu kanalikowo-śródmiąższowego może prowadzić do powstawania wolnych rodników lub reaktywnych form tlenu (ROS) powodujących uszkodzenie i śmierć komórek, sprzyjając EMT i zwłóknieniu nerek, uruchamiając błędne koło, które zakończy się schyłkową niewydolnością nerek .

Lepsze zrozumienie mechanizmów komórkowych i molekularnych, które powodują niedotlenienie nerek wywołane przez CNI, doprowadziłoby do opracowania strategii diagnostycznych i terapeutycznych, które opóźniają lub zapobiegają zwłóknieniu nerek wywołanemu przez CNI. Głównym ograniczeniem badań dotyczących utlenowania wewnątrznerkowego jest brak nieinwazyjnych technologii do ilościowego oznaczania i monitorowania biodostępności tlenu w nerkach. MRI zależny od poziomu tlenu we krwi lub BOLD MRI to innowacyjna metoda obrazowania, która wykorzystuje deoksyhemoglobinę jako endogenny środek kontrastowy do określenia biodostępności tlenu w tkankach. Związek między paramagnetyczną dezoksyhemoglobiną a relaksacją T2 został po raz pierwszy wykazany w 1982 roku. Ta technika została niedawno zastosowana, w tym przez naszą grupę, do oceny biodostępności tlenu wewnątrznerkowego u pacjentów z natywną i przeszczepioną chorobą nerek.

Obecnie proponujemy zastosowanie tej technologii do monitorowania utlenowania wewnątrznerkowego u pacjentów z przewlekłą toksycznością CNI. Ponadto sugerujemy połączenie BOLD MRI z molekularną oceną niedotlenienia nerek. Czynnik indukowany hipoksją jeden alfa to system odpowiedzi tlenowej, który ostatnio był używany jako molekularny marker niedotlenienia nerek. Cząsteczki HIF są regulowane na poziomie białek przez enzymy zależne od tlenu i dlatego umożliwiają wykrywanie niedotlenienia tkanek. Na przykład w alloprzeszczepie nerki silna korelacja między barwieniem HIF-1alfa a odrzuceniem klinicznym/subklinicznym sugeruje, że niedotlenienie bierze udział w patogenezie uszkodzenia nerek o podłożu immunologicznym i że immunohistochemia HIF-1alfa może poprawić specyficzną diagnozę ostrego odrzucenia .

Pimonidazol jest również biomarkerem molekularnym niedotlenienia, który po dostarczeniu in vivo wiąże się z grupami tiolowymi przy prężnościach tlenu poniżej 10 mmHg i jest wizualizowany za pomocą dostępnych w handlu przeciwciał antypimonidazolowych. Jest to mały, skuteczny i nietoksyczny radiosensybilizator stosowany jako marker niedotlenienia w ludzkich rakach płaskonabłonkowych szyjki macicy, głowy i szyi. W nerkach barwienie pimonidazolem zastosowano do zbadania niedotlenienia tkanek w eksperymentalnych modelach przewlekłej choroby nerek i ostrej nefrotoksyczności CNI. Rola BOLD MRI, HIF-1 alfa i pimonidazolu w ocenie mechanizmów przewlekłego niedotlenienia wywołanego CNI nie została oceniona.

CNI i Nox2. CsA jest cząsteczką prooksydacyjną, co potwierdzają badania eksperymentalne sugerujące, że witamina E hamuje indukowaną przez CsA peroksydację lipidów i uszkodzenie nerek. Podobnie, katalaza, enzym, który specyficznie rozkłada reaktywny nadtlenek wodoru (H2O2) na H2O i O2 i działa jako zmiatacz RFT, zmniejsza związane z CsA starzenie się komórek nabłonka kanalików nerkowych. Ponadto komórki nabłonka kanalików bliższych szczura wystawione na działanie CsA gromadzą wewnątrzkomórkowe produkty ROS i peroksydacji lipidów, wraz ze zmienionym stanem redoks glutationu. Jednak mechanizmy molekularne regulujące wytwarzanie RFT indukowane przez CNI pozostają niejasne.

Pierwotnie nazwany gp91phox, Nox2 jest klasyczną fagocytarną oksydazą NADPH, enzymem naturalnie zaangażowanym w odpowiedź immunologiczną, w tym „wybuch oksydacyjny”. Nox2 jest również oryginalnym zidentyfikowanym przykładem systemu, który generuje ROS jako podstawową funkcję enzymu, a nie jako produkt uboczny, taki jak mitochondrium lub peroksysomy. Jest to jedna z siedmiu obecnie znanych izoform Nox, jest konstytutywnie związana z przezbłonowym stabilizującym białkiem p22phox i wymaga rekrutacji składników cytozolowych p47phox, p67phox i p40phox do funkcjonowania.

Podsumowując, CNI, podstawa terapii przeciw odrzuceniu, są również cząsteczkami profibrotycznymi, co utrudnia skuteczne zarządzanie immunosupresją i długoterminowymi wynikami. Przedstawiamy badania naukowe, które rygorystycznie oceniają rolę Nox2 w zwłóknieniu nerek wywołanym przez CNI. Ponadto proponujemy współczesne i uzupełniające się strategie kliniczne i translacyjne w celu zbadania mechanizmów molekularnych regulujących aktywność Nox2 podczas fibrogenezy za pośrednictwem CNI. Jeśli się powiedzie, wyniki naszych badań zapewnią znaczący krok naprzód w projektowaniu nowych opcji diagnostycznych, monitorujących i terapeutycznych, mających na celu zrównoważenie szkodliwych skutków terapii immunosupresyjnej i poprawę długoterminowych wyników nerek w przeszczepianiu narządów.