Роль Nox2 в индуцированном CNI фиброзе почек (Nox2)

Ингибиторы кальциневрина (CNI) и почечный фиброз. КНИ, включая ЦсА и такролимус, являются краеугольным камнем поддерживающей иммуносупрессии при трансплантации паренхиматозных органов. Эти препараты настолько эффективны, что ингибиторы кальциневрина нового поколения, такие как воклоспорин (Isotechnika Pharma, Inc, Эдмонтон, Альберта), находятся в стадии разработки. Они играют свою иммунодепрессивную роль, ингибируя активность кальциневрина, серинфосфатазы, которая обычно дефосфорилирует ядерный фактор активированных Т-клеток (NFAT). Дефосфорилированный NFAT транслоцируется в ядро ​​и индуцирует транскрипцию интерлейкина-2, важного цитокина для активации и пролиферации Т-лимфоцитов.

Несмотря на их благотворное действие при трансплантации и многих аутоиммунных заболеваниях, клиническое применение ИКН ограничено их хронической нефротоксичностью. Это представляет собой серьезную проблему для общественного здравоохранения, поскольку 10-летняя частота хронической нефротоксичности CNI составляет 100% у реципиентов почечного трансплантата. Точно так же хроническая нефротоксичность CNI является доминирующим причинным фактором почечной недостаточности у реципиентов трансплантата органов, не относящихся к почкам. В этой группе 5-летний риск ТХПН колеблется от 7 до 21% и связан с 4-кратным увеличением риска смерти. Патологические особенности хронической нефротоксичности CNI включают прогрессирующий и необратимый интерстициальный фиброз, канальцевую атрофию и артериолярные гиалиновые изменения. De novo или прогрессирующее гиалиновое утолщение артериол (АГ) является наиболее патогномоничным поражением хронической нефротоксичности CNI. Это поражение состоит из вакуолизации эндотелиальных и гладкомышечных клеток и очаговых или циркулярных комковатых белковых отложений в стенке артериол, которые обычно замещают некротические гладкомышечные клетки и в конечном итоге сужают просвет сосуда. Эта артериопатия важна для развития фиброза. Как правило, фиброз проходит по «полосатому рисунку» от мозгового вещества к коре и связан с вакуолизацией цитоплазмы в эпителиальных клетках канальцев.

Хотя такролимус превосходит CsA в улучшении выживаемости трансплантата и предотвращении острого отторжения трансплантата почки, индивидуальные профили нефротоксичности этих препаратов сходны. На клеточном и молекулярном уровнях CNI приводят к накоплению матрикса и EMT через TGF-бета1-зависимые и независимые пути. ЕМТ является важным профибротическим процессом и суррогатным маркером фиброза нативной почки и трансплантата. TGF-бета1 является первичным цитокином, который инициирует и поддерживает EMT путем активации сигнальных путей и регуляторов транскрипции, таких как молекулы Smad 2/3. Во время ЕМТ тубулярные эпителиальные клетки трансформируются в миофибробласты посредством поэтапного процесса, включающего потерю молекул межклеточной адгезии (например, Е-кадгерин) и экспрессии мезенхимальных маркеров de novo (например, альфа-СМА). За этими событиями следует разрыв базальной мембраны канальцев, миграция клеток и инвазия фибробластов в интерстиций с образованием профибротических молекул, включая коллаген и фибронектин. Лучшее понимание молекулярных механизмов, которые регулируют индуцированную CNI EMT и фиброз, проложит путь к разработке антифибротических стратегий.

Объективная оценка почечного фиброза in vivo является ключевым шагом в этом направлении. Недавно это было достигнуто путем количественной оценки фиброза почечного аллотрансплантата с использованием компьютеризированного цифрового анализа Sirius Red. Эти исследования показали, что фиброз является прогностическим индикатором долгосрочной функции почечного аллотрансплантата и потери. Однако роль этой технологии в прогнозировании исходов у пациентов с хронической токсичностью CNI неизвестна.

ИКН и почечная гипоксия. Накопленные данные свидетельствуют о том, что хроническая тубулоинтерстициальная гипоксия является окончательным общим путем к терминальной стадии почечной недостаточности. ИКН приводят к снижению продукции и биодоступности оксида азота (NO), что приводит к уменьшению вазодилатации и беспрепятственной вазоконстрикции и гипоксии. В хронических условиях CNI-опосредованная артериолапатия и сужение просвета артериол способствуют развитию полосатого интерстициального фиброза, утрате перитубулярных капилляров, атрофии канальцев и гломерулярному склерозу. В свою очередь, гипоксия тубулоинтерстициального компартмента может привести к образованию свободных радикалов или активных форм кислорода (АФК), вызывающих повреждение и гибель клеток, способствуя ЭМП и почечному фиброзу, запуская порочный круг, который заканчивается терминальной стадией почечной недостаточности. .

Лучшее понимание клеточных и молекулярных механизмов, которые приводят к почечной гипоксии, вызванной CNI, может привести к разработке диагностических и лечебных стратегий, которые отсрочат или предотвратят почечный фиброз, вызванный CNI. Основным ограничением исследований, посвященных внутрипочечной оксигенации, является отсутствие неинвазивных технологий для количественного определения и мониторинга биодоступности кислорода в почках. МРТ, зависящая от уровня кислорода в крови, или BOLD MRI — это инновационный метод визуализации, в котором дезоксигемоглобин используется в качестве эндогенного контрастного вещества для определения биодоступности кислорода в тканях. Связь между парамагнитным дезоксигемоглобином и релаксацией Т2 была впервые продемонстрирована в 1982 году. Эта методика была недавно использована, в том числе и нашей группой, для оценки внутрипочечной биодоступности кислорода у пациентов с заболеваниями нативной и трансплантированной почек.

Теперь мы предлагаем использовать эту технологию для мониторинга внутрипочечной оксигенации у пациентов с хронической токсичностью CNI. Мы также предлагаем сочетать BOLD MRI с молекулярной оценкой почечной гипоксии. Hypoxia Inducible Factor one alpha представляет собой систему кислородного ответа, которая недавно использовалась в качестве молекулярного маркера почечной гипоксии. Молекулы HIF регулируются на белковом уровне с помощью кислородзависимых ферментов и, таким образом, позволяют обнаруживать тканевую гипоксию. Например, в почечном аллотрансплантате сильная корреляция между окрашиванием HIF-1-альфа и клиническим/субклиническим отторжением позволяет предположить, что гипоксия участвует в патогенезе иммуноопосредованного повреждения почек и что иммуногистохимия HIF-1-альфа может улучшить специфический диагноз острого отторжения. .

Пимонидазол также является молекулярным биомаркером гипоксии, который после доставки in vivo связывается с тиоловыми группами при напряжении кислорода ниже 10 мм рт.ст. и визуализируется с помощью имеющихся в продаже антипимонидазольных антител. Это небольшой, эффективный и нетоксичный радиосенсибилизатор, используемый в качестве маркера гипоксии для плоскоклеточного рака шейки матки, головы и шеи человека. В почках окрашивание пимонидазолом использовалось для изучения тканевой гипоксии в экспериментальных моделях хронического заболевания почек и острой нефротоксичности CNI. Роль BOLD MRI, HIF-1 альфа и пимонидазола в оценке механизмов хронической гипоксии, вызванной CNI, не оценивалась.

CNI и Nox2. CsA является прооксидантной молекулой, что подтверждается экспериментальными исследованиями, предполагающими, что витамин E ингибирует CsA-индуцированное перекисное окисление липидов и повреждение почек. Точно так же каталаза, фермент, который специфически расщепляет реактивную перекись водорода (H2O2) на H2O и O2 и действует как поглотитель АФК, снижает CsA-ассоциированное старение эпителиальных клеток почечных канальцев. Кроме того, эпителиальные клетки проксимальных канальцев крыс, подвергнутые воздействию CsA, накапливают внутриклеточные АФК и продукты перекисного окисления липидов, а также изменяют окислительно-восстановительное состояние глутатиона. Однако молекулярные механизмы, которые регулируют индуцированную CNI генерацию ROS, остаются неясными.

Первоначально названный gp91phox, Nox2 представляет собой классическую фагоцитарную НАДФН-оксидазу, фермент, который естественным образом участвует в иммунном ответе, включая «окислительный взрыв». Nox2 также является первоначальным идентифицированным примером системы, которая генерирует АФК в качестве основной функции фермента, а не в качестве побочного продукта, такого как митохондрии или пероксисомы. Это одна из семи известных в настоящее время изоформ Nox, конститутивно связанная с трансмембранным стабилизирующим белком p22phox и требующая для своего функционирования рекрутирования цитозольных компонентов p47phox, p67phox и p40phox.

Таким образом, CNI, основа терапии против отторжения, также являются профибротическими молекулами, что затрудняет эффективное лечение иммуносупрессии и долгосрочных результатов. Мы описываем исследования, которые тщательно оценивают роль Nox2 в индуцированном CNI почечном фиброзе. Кроме того, мы предлагаем современные и дополнительные клинические и трансляционные стратегии для изучения молекулярных механизмов, которые регулируют активность Nox2 во время CNI-опосредованного фиброгенеза. В случае успеха результаты наших исследований обеспечат значительный шаг вперед в разработке новых вариантов диагностики, мониторинга и лечения, направленных на компенсацию вредных эффектов иммунодепрессивной терапии и улучшение долгосрочных результатов трансплантации органов.