Część 1: Ochronny wpływ siarkowodoru na nerki (recenzja)

Aby uzyskać więcej informacji. kontakttina.xiang@wecistanche.com

Abstrakt. Siarkowodór (H2S) jest fizjologicznie ważnym przekaźnikiem gazu, który pełni różne funkcje biologiczne w organizmie, w sposób podobny do tlenku węgla i tlenku azotu. Cystationine-β-syntaza, cystationina-y-liaza i transaminaza cysteinowa / sulfotransferaza 3-merkaptopirogronianowa są ważnymi enzymami zaangażowanymi w produkcję H2S in vivo, a mitochondria są głównymi miejscami metabolizmu. Doniesiono, że H i S pełnią ważną rolę fizjologiczną wnerka. W warunkach chorobowych, takich jak uszkodzenie niedokrwienno-reperfuzyjne, nefrotoksyczność leków i nefropatia cukrzycowa, H2S odgrywa ważną rolę zarówno w występowaniu, jak i rozwoju choroby. Niniejszy przegląd miał na celu podsumowanie produkcji, metabolizmu i funkcji fizjologicznych H2S oraz postępów w badaniach w odniesieniu do jego roli wuszkodzenie nereki zwłóknienie nerek w ostatnich latach.

Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się cistanche tubulosa reddit

1. Wprowadzenie

Siarkowodór (H2S) był początkowo uważany za toksyczny gaz; jednak wraz z kontynuacją badań okazało się, że pełni ważną rolę w organizmach żywych, stając się kolejnym ważnym przekaźnikiem gazu, obok tlenku węgla (CO) i tlenku azotu (NO) (1,2). Ponieważ potwierdzono obecność H2S w tkankach ssaków, wiele badań sugeruje, że H2S może wywierać wpływprzeciwzapalne,antyoksydacyjnestres i działanie przeciwzwłóknieniowe w organizmie (3,4). Wcześniejsze badania potwierdziły, że H, S pełni fizjologiczną i patologiczną rolę wUkładu krążeniaukład, mózg i układ nerwowy (5-7). Jednak ze względu na nierównomierny rozkład enzymów generujących H2S w różnych narządach i tkankach, stężenie H,2S różni się znacznie w różnych narządach (8). Badanie mechanizmów leżących u podstaw H2S w procesach fizjologicznych i patologicznych w nerkach może pomóc w systematycznym zrozumieniu jego mechanizmów molekularno-biologicznych, szczególnie w odniesieniu do jego renoprotekcyjnej roli.

2. Ogólne właściwości fizykochemiczne H2S.

H2S jest bezbarwnym gazem, który pachnie podobnie do zgniłych jaj; zapach H2S może być wychwytywany przez ludzki układ węchowy, gdy stężenie w powietrzu osiągnie 1/400 jego toksycznego poziomu (9). Jako słaby kwas, H2S dysocjuje w wodzie, aby osiągnąć równowagę w temperaturze pokojowej (25 ° C) z pKa, 6,97-7,06 i pKa, 12,35-15,0. Ponadto H2S w roztworze wodnym jest lotny, a jego wzajemna konwersja między fazą ciekłą a fazą gazową osiąga równowagę, jak pokazano na rys. 1; na tę równowagę wpływa temperatura otoczenia, ciśnienie i inne substancje rozpuszczone w roztworze wodnym (10). Ponadto H2S jest wysoce lipofilowy, co nie tylko pozwala mu uzyskać wyższe stężenie w warunkach obfitujących w tłuszcz, ale także pozwala mu swobodnie przenikać biofilmy lipidowe bez polegania na kanałach błonowych w celu wywierania aktywności biologicznej (11). Ponieważ H2S i HS współistnieją w roztworze, trudno jest dokonać wyraźnego rozróżnienia między tym, który z nich odgrywa rolę w mechanizmach biologicznych, czy też oba mają skutki biologiczne.

3. Wytwarzanie i metabolizm H2S

Generacja H2S. Synteza H_S u ssaków opiera się przede wszystkim na szlakach enzymatycznych. Trzy tradycyjne systemy enzymatyczne, które katalizują produkcję H2S, obejmują synergistyczne działanie syntazy cystationinowo-β (CBS), cystationiny-y-liazy (CSE) i aminotransferaz cysteinowych (CAT) z sulfotransferazą 3-merkaptopirogronianową (3-MP) (3-MST) (12,13). Z fosforanem pirydoksalu (znanym również jako witamina B6) jako kofaktorem, CSE i CBS są odpowiedzialne za większość endogennych H2S generowanych, jak pokazano na ryc. 2.L-cysteina jest katalizowana przez CSE lub CBS w celu wytworzenia HS i L-seryny lub przez CBS w celu wytworzenia pirogronianu, NH; i H2S. CSE może polimeryzować dwie pozostałości L-cysteiny do L-cystyny, a następnie CSE wykorzystuje L-cystynę jako substrat do rozkładu na tiocysteinę, pirogronian i NH3. Wytworzona tiocysteina reaguje z innymi tiolami, wytwarzając H2S poprzez reakcję nieenzymatyczną. Ponadto L-cysteina polimeryzuje z L-homocysteiną jako substratami dla CSE lub CBS do produkcji L-cystationiny i H2S. L-cystationina jest dalej rozkładana przez CSE na L-cysteinę, a-ketomaślan i NH i L-cysteinę uzyskuje się krążenie NH i L-cysteiny (12,13). Doniesiono, że w reakcji, w której L-cysteina jest metabolizowana do H2S przez CBS, ilość H2S wytwarzanego przez zastąpienieβ jest 50 razy większa niż w przypadku eliminacji β (14). Podczas produkcji H2S przez CSE, α,β eliminacja cysteiny jest głównym źródłem HS, stanowiąc 70% produkcji H2S [15].

W przeciwieństwie do CSE i CBS, 3-MST wykorzystuje metaliczny jako kofaktor (14). Ponadto L-cysteina musi zostać przekształcona w kwas 3-MP i L-glutaminowy w reakcji CAT z α-ketoglutaranem, a 3-MP jest następnie odsiarczany przez 3-MST jako bezpośredni substrat do produkcji HS i pirogronianu (16,17). W peroksysomach oksydaza D-aminokwasowa katalizuje D-cysteinę, zamiast L-cysteiny, do produkcji 3-MP, NH3 i H2O, w obecności wody i tlenu, a powstały 3-MP jest przenoszony do mitochondriów w celu wykorzystania 3-MST do generowania H2S (18). Wejście 3-MP w peroksydazie do mitochondriów ma na ogół postać pęcherzyków, jak pokazano na ryc. 2. Obserwacje kliniczne wykazały, że synteza CSE i CBS u pacjentów z przewlekłą chorobą nerek jest zmniejszona, podczas gdy ekspresja 3-MST i krwotocznej homocysteiny jest zwiększona (19). Można to wytłumaczyć specyficznym mechanizmem działania wykorzystywanym przez wyżej wymienione enzymy do generowania H2S. Gdy produkcja H2S przez CBS i CSE za pośrednictwem szlaku L-homocysteiny / L-cystationiny jest zmniejszona, wykorzystanie L-homocysteiny jest ograniczone, a pacjent może wykazywać hiperhomocysteinemię.

Metabolizm H2S. H2S w organizmie jest metabolizowany głównie przez mitochondria(20). Oksydoreduktaza sulfochinonowa (SQOR) w mitochondriach może wykorzystywać H2S i metabolizować go do tiosiarczanu za pomocą siarki tiosiarczanowej (TST) i dioksygenazy tiolowej (ETHEl). Podczas tego procesu zredukowany glutation odgrywa ważną rolę, a tiosiarczan jest dalej utleniany pod działaniem reduktazy tiosiarczanowej i oksydazy siarczynowej (SUOX), a ostatecznie wydalany w postaci siarczanu przez nerki, jak pokazano na ryc. 3.Rola O w tym procesie jest niezastąpiona (21,22). Warto zauważyć, że koenzym Q (CoQ) jest blisko spokrewniony z wyżej wymienionymi enzymami. Poprzednie badanie ujawniło, że brak CoQ może indukować obniżenie poziomów ekspresji oksydoreduktazy tiochinonowej, TST, ETHE1 i SUOX (23). We wczesnych stadiach niedoboru CoQ poziomy SQOR są znacznie zmniejszone, wpływając na utlenianie H2S, a suplementacja CoQ może uratować metabolizm H2S bez wpływu na jego produkcję (24). Podczas gdy aktywność SQOR i poziomy białek zmniejszają się, poziomy białek innych enzymów mitochondrialnych (TST, ETHEl i SUOX) w szlaku utleniania H2S zwiększają się w fibroblastach; nie jest jednak jasne, czy wzrost poziomu kilku enzymów jest tymczasowym wzrostem kompensacji, czy odwrotnie proporcjonalnym do spadku poziomów SQOR (23). Dlatego ważne jest, aby zbadać wpływ niedoboru CoQ na enzymy metaboliczne H2S, które mogą pomóc w badaniu regulacji stężenia H2S poprzez szlaki metaboliczne H2S, aby wpłynąć na kilka szlaków sygnałowych w organizmie.

W normalnych warunkach fizjologicznych, gdy produkcja H2S w tkankach przekracza metabolizm wykorzystania, wymagany jest inny szlak metaboliczny, metylacja cytoplazmatycznej metylotransferazy. Do tej pory znanymi metylotransferazami w organizmie człowieka są metylotransferaza tiopurynowa (TPMT) i metylotransferaza tiolowa (TMT). TPMT selektywnie metyluje związki tiopuryny, podczas gdy TMT selektywnie metyluje alifatyczne substraty merkaptanu. Wykorzystując spektrometrię mas do bezpośredniego pomiaru powstawania siarczku metylu, wcześniej oceniono metylację H2S i otrzymane krzywe kinetyczne; Km metylacji HS wynosiło 146,2+29,2 μmol(25). Wykazano również, że ludzkie białko 7B podobne do metylotransferazy może katalizować transfer grupy metylowej z S-adenozyny 1-metioniny do H2S i innych egzogennych małych cząsteczek merkaptanu, metabolizując w ten sposób H2S (25). Ponadto H2S można usunąć za pomocą methemoglobiny lub cząsteczek metalicznych / niemetalicznych, takich jak utleniony glutation (26).

4. Fizjologiczna rola H2S w nerkach

Funkcja wydalnicza nerek. Badania kliniczne potwierdziły, że poziomy H2S w osoczu są dodatnio skorelowane ze współczynnikiem filtracji kłębuszkowej u pacjentów z przewlekłą chorobą nerek (PChN). Ponadto stwierdzono, że zawartość homocysteiny w surowicy u pacjentów z zaawansowaną PChN (CKD3-5) jest znacznie wyższa niż u pacjentów z wczesną PChN (CKD1-2), a wzrost stężenia homocysteiny w surowicy jest związany ze zmniejszoną czynnością nerek (19). Wykazano, że hiperhomocysteinemia pogarsza odkładanie się białek macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) i niszczenie koneksyny oraz prowadzi do fosforylacji syntazy NO śródbłonka (eNOS) w komórkach śródbłonka nerkowego, zmniejszając w ten sposób biodostępność NO do indukowania zwężenia naczyń krwionośnych i zmniejszenia przepływu krwi przez nerki, co objawia się spadkiem poziomu H2S w osoczu i szybkością filtracji kłębuszkowej (GFR) (27). H2S może zwiększać wydalanie sodu i potasu z moczem poprzez hamowanie kotransporterów Na-K-2Cl i Na-K-ATPazy. Eksperymenty in vivo wykazały, że wlew do tętnicy nerkowej dawcy H2S NaHS może zwiększać przepływ krwi w nerkach, GFR i wydalanie sodu z moczem [U(Na)x objętość] i potasu [U(K)x objętość), a wlew L-cysteiny przez tętnicę nerkową w celu zwiększenia stężenia substratu H2S może symulować ten efekt (28). Ponadto H2S może blokować otwarcie zależnych od trifosforanu fosfatydyloinozytolu 3,4,5-trifosforanowych dystalnych kanałów sodowych nabłonka nerkowego indukowanych przez H2O, zmniejszać wchłanianie zwrotne sodu przez nefrony i zwiększać wydalanie sodu z moczem (29). Ponadto wykazano, że stosowanie inhibitorów enzymów CSE i CBS propargyloglicyny i aminooksooctanu zwiększa objętość moczu i zmniejsza ciśnienie osmotyczne moczu u myszy; jest to związane z wywołanym przez HS zmniejszeniem ekspresji akwaporyny (AQP)-2 w rdzeniu nerkowym. Po leczeniu GYY4137, środkiem o przedłużonym uwalnianiu dawcy H2S, poziomy ekspresji AQP-2 były znacznie podwyższone (30).

H2S może bezpośrednio celować w niektóre wrażliwe na H2S wiązania dwusiarczkowe w receptorze naskórkowego czynnika wzrostu (EGFR), który może indukować endocytozę i hamowanie Na-K-ATPazy w komórkach nabłonka kanalików nerkowych poprzez regulację szlaku EGFR / GAB1 / PI3K / Akt, zmniejszając w ten sposób wymianę jonową sodu i potasu komórek nabłonka kanalików nerkowych i promując wydalanie sodu (31). Jednak sposób, w jaki szlak EGFR/GAB1/PI3K/Akt działa na Na-K-ATPazę, pozostaje do ustalenia. Wiadomo, że EGFR posiada aktywność kinazy tyrozynowej, a członkowie jej rodziny mogą wiązać się z różnymi ligandami, tworząc homodimery lub heterodimery, co prowadzi do fosforylacji specyficznych reszt tyrozyny w domenach wewnątrzkomórkowych. W komórkach śródbłonka naczyń nerkowych zgłaszano hamowanie EGFR w celu rozszerzenia naczyń nerkowych i poprawy przepływu krwi przez nerki; w podocytach hamowanie EGFR może zmniejszyć uszkodzenia i utratę podocytów wywołane wysokim poziomem glukozy i zmniejszyć białkomocz, podczas gdy w komórkach nabłonka kanalików nerkowych wykazano, że hamowanie EGFR łagodzi uszkodzenie kanalików nerkowych i przejście nabłonkowo-mezenchymalne (EMT) (32,33). Jednak badania nad inhibitorami aktywności kinazy tyrozynowej EGFR wykazały, że hamowanie EGFR może również prowadzić do uszkodzenia kanalików nerkowych i zaburzeń elektrolitowych [34]. W związku z tym konieczne są bardziej dogłębne badania, szczególnie w odniesieniu do zalet i wad H2S w regulacji aktywności szlaku EGFR.

Tak więc te wyżej wymienione wcześniejsze badania wykazały, że H2S odgrywa rolę w metabolizmie wody i elektrolitów za pomocą różnych metod. Ogólnie rzecz biorąc, zasugerowano, że zwiększone stężenie H_S sprzyja regulacji wydalania elektrolitów przez nerki, podczas gdy hamowanie jego produkcji może zachować drenaż sodu. Dlatego enzym generujący H2S CBS i inhibitory CSE mogą być potencjalnymi lekami moczopędnymi.

Wykrywanie tlenu. Zmysł O za pośrednictwem H2S wykryto w różnych tkankach wykrywających O2 w układzie sercowo-naczyniowym i oddechowym kręgowców (35,36). Wpływ dalszych zdarzeń sygnalizacyjnych HSon jest zgodny z wpływem aktywacji niedotlenienia (37,38). W normalnych nerkach, z powodu tętniczo-żylnego zastawki tlenowej, nerka jest w stanie niskiego ciśnienia parcjalnego tlenu w porównaniu z innymi narządami, a ciśnienie parcjalne tlenu w rdzeniu nerkowym jest niższe niż ciśnienie parcjalne miąższu nerek (39,40). Dlatego H2S jest uważany za czujnik tlenu w nerkach, szczególnie w rdzeniu (41). Jako czujnik tlenu, H2S jest nierozerwalnie związany z jego wytwarzaniem i oksydacyjną równowagą metaboliczną. Generacja H2S nie jest zależna od O, ale jej metabolizm oksydacyjny w mitochondriach zależy od tlenu, jak wspomniano powyżej; dlatego niedotlenienie może prowadzić do wzrostu stężenia H2S i istnieje odwrotna zależność między nimi (37). Mitochondrialny oksydacyjny oddechowy łańcuch transportu elektronów jest podstawowym środkiem wytwarzania energii; dlatego konieczne i znaczące jest udowodnienie, że H2S uczestniczy w wytwarzaniu energii w warunkach fizjologicznych w rdzeniu nerkowym przy normalnym niedotlenieniu. Jako czujnik tlenu, H2S może wpływać na dopływ krwi i regulować równowagę tlenową w sercu i płucach. To, czy H2S reguluje również dystrybucję tlenu w korze nerkowej i rdzeniu w warunkach fizjologicznych za pomocą tego mechanizmu lub za pomocą innych środków, pozostaje do ustalenia. Badanie lokalizacji i mechanizmu molekularnego H2S jako czujnika tlenu wpływającego na występowanie dalszych zdarzeń sygnalizacyjnych jeszcze bardziej wzbogaci naszą wiedzę na temat H2S jako czujnika tlenu.