Hem gromadzi się w nerkach i zaostrza ostre uszkodzenie nerek, powodując odkładanie się hemoglobiny i toksyczność żelaza w proksymalnych cewkach nerkowych

Artykuł, który studiujemy dzisiaj, to artykuł opublikowany w Kidney International przez zespół profesora Xiaominga Fana z University of Toronto School of Medicine w lipcu 2022 r.: Hemopexin gromadzi się w nerkach i pogarsza ostre uszkodzenie nerek przez powodowanie odkładania się hemoglobiny i nasilenia toksyczności żelaza w kanalikach proksymalnych

Kliknij, aby cistanche herba na chorobę nerek

W ostrym uszkodzeniu nerek (AKI) związanym z hemolizą, krwotokiem i transfuzją krwi często występuje wolna hemoglobina lub hem, a żelazo o aktywności katalitycznej może mieć potencjalne skutki toksyczne. Wolny hem może być usuwany przez hemopeksynę (Hpx), ale jej rola w AKI pozostaje kontrowersyjna.

Naukowcy wykorzystali model AKI indukowany cisplatyną i myszy z nokautem Hpx (KO), aby zbadać rolę Hpx w AKI i dalej określić lokalizację tkanki i funkcjonalne znaczenie odkładania się Hpx w nerce po AKI.

rysunek 1

     To study the renal accumulation of Hpx in AKI, the researchers first induced AKI in Hpx WT and KO mice with cisplatin and evaluated the accumulation of Hpx in the kidney. After cisplatin-induced AKI, renal Hpx protein in Hpx WT mice increased by an average of 2.5-fold (Fig. 1A–B). In contrast, Hpx KO mice did not express Hpx either at baseline or after cisplatin induction. On this basis, the researchers further detected Hpx in plasma and its mRNA expression in the liver and kidney and found that plasma Hpx increased significantly after cisplatin-induced AKI (Fig. 1C). Furthermore, after cisplatin-induced AKI, the expression of Hpx mRNA was increased >2000-fałdowanie w wątrobie, ale nieistotne zmiany w nerkach (ryc. 1D).

Rysunek 2

obraz 3

Oceniliśmy funkcjonalną rolę Hpx w AKI i stwierdziliśmy, że Hpx WT miał wyższe średnie wyniki uszkodzenia nerek niż Hpx KO w modelu AKI indukowanym cisplatyną (ryc. 2A-B). Następnie badacze ocenili kreatyninę w osoczu i stwierdzili, że kreatynina w osoczu była podwyższona u myszy po AKI indukowanej cisplatyną (ryc. 2C). Pomiar azotu mocznikowego w osoczu w WT i KO po leczeniu cisplatyną potwierdził, że myszy WT po uszkodzeniu nerek AKI wywołanym przez cisplatynę (ryc. 2D). Ponadto odkryliśmy, że AKI indukowało ekspresję Kim -1 i HO -1, ale ekspresja była osłabiona w Hpx KO (ryc. 3B – C), dostarczając dalszych dowodów na osłabienie uszkodzenia nerek u myszy Hpx KO.

Rysunek 4

Badacze barwili nerki pod kątem hemoglobiny (Hb) i markera komórek kanalików proksymalnych Megaliny i stwierdzili, że Hb odkładała się w kanalikach proksymalnych w tym modelu AKI (ryc. 4A-B). Jednak u myszy Hpx KO obszar pozytywnej kolokalizacji był znacznie niższy niż u myszy WT AKI, co sugeruje, że odkładanie Hb w nerkach u myszy AKI indukowanych cisplatyną zależy od Hpx. Następnie zmierzyliśmy wolną Hb w komórkach osocza i stwierdziliśmy, że poziomy wolnej Hb w komórkach osocza były podwyższone zarówno u myszy WT, jak i KO w AKI indukowanej cisplatyną (ryc. 4C).

Nie było znaczącej różnicy w poziomach ekspresji RNA Hb w nerkach między dwiema grupami, co sugeruje, że odkładanie Hb w nerkach pochodzi raczej z krążenia ogólnoustrojowego niż z produkcji endogennej. Poziomy 4- HNE (powszechnie stosowany marker peroksydacji lipidów i ferroptozy w tkance nerkowej po AKI indukowanej cisplatyną) były znacząco wyższe u myszy WT niż u myszy KO (ryc. 4D, E). Powyższe wyniki sugerują, że hemoglobina gromadzi się w proksymalnych kanalikach nerkowych w sposób zależny od Hpx po AKI indukowanej cisplatyną.

Rysunek 5

Rysunek 6

Przy użyciu linii komórkowej kanalików proksymalnych HK -2 dalsze badania interakcji Hb i Hpx in vitro ujawniły, że Hb i Hpx kolokalizowały się i pojawiały na błonie komórkowej (ryc. 5A). Ponadto połączenie Hb i Hpx skutkowało większym odkładaniem się Hb na komórkach HK -2 (ryc. 5B). A połączenie Hb i Hpx może prowadzić do przesady indukowanych przez Hb reaktywnych form tlenu (ROS) (ryc. 6A). Co ważne sam Hpx nie miał żadnych szkodliwych skutków. 24 godziny po traktowaniu Hb i Hb w połączeniu z Hpx, komórki wykazywały wyraźną apoptozę (Figura 6B) i martwicę (Figura 6C), zwłaszcza w grupie Hb połączonej z grupą Hpx. Obserwacja traktowanych komórek pod mikroskopem fluorescencyjnym wykazała, że ​​komórki w grupie Hb plus Hpx były nekrotyczne (ryc. 6D). Następnie naukowcy wykorzystali pierwotnie hodowane ludzkie komórki nabłonkowe proksymalnych kanalików nerkowych RPTEC, aby zademonstrować wpływ Hpx na uszkodzenie komórek wywołane przez hb, a wyniki pokazały, że połączenie Hpx i Hb znacznie zwiększyło RPTEC wywołane przez Hb po 24 godzinach leczenia ROS , apoptoza i martwica (ryc. 6E-G).

Rysunek 7

Aktywne żelazo jest kluczowym mediatorem toksyczności indukowanej Hb. W komórkach HK{3}} traktowanych Hb i Hpx wykazaliśmy, że ROS indukowane Hb plus Hpx mogą być hamowane przez chelator żelaza DFO i inhibitor ferroptozy Fer-1 (ryc. 7A). Dalsza ocena działania ochronnego DFO na AKI wywołane cisplatyną u myszy WT i KO wykazała, że ​​DFO osłabiło uszkodzenie nerek u myszy Hpx WT po AKI wywołanej cisplatyną. Jednak w porównaniu z Hpx WT uszkodzenie nerek zostało zmniejszone u myszy Hpx KO, podczas gdy ochronne działanie DFO zostało utracone u myszy Hpx KO (ryc. 7B – C). Eksperymenty te sugerują, że DFO chroni przed uszkodzeniem za pośrednictwem Hpx w AKI i że gromadzenie się Hpx w nerkach jest źródłem reaktywnego żelaza w AKI.

Podsumowując, akumulacja hemopeksyny w nerkach w modelach AKI pogarsza uszkodzenie nerek, a hamowanie akumulacji hemopeksyny w nerkach lub celowanie w ferroptozę może być korzystne dla AKI.