PGC-1 inhibira NLRP3 inflamasome putem očuvanja mitohondrijalne vitalnosti radi zaštite fibroze bubrega Ⅱ

DISKUSIJA

Ova studija je pokazala da je PGC-1 ublažio oštećenje mitohondrija i nivoe oksidativnog stresa, obnovio integritet mitohondrija i TNFAIP3, te umanjio aktivaciju puta NLRP3 inflamasoma u TGF- -tretiranim RTEC-ovima i životinjskim modelimapovreda bubrega. Ova poboljšanja su istovremeno rezultiralasmanjeno oštećenje stanica i fibroza. Šematski prikaz koji prikazuje potencijalni mehanizam regulacije NLRP3 inflamasoma od strane PGC-1 predstavljen je na Dodatnoj slici 11. Nalazi ove studije otkrivaju ulogu PGC-1 u regulaciji NLRP3 inflamasoma signaliziranje putem moduliranja mitohondrijalne vitalnosti i dinamike i također sugeriraju mogućeterapeutski potencijal PGC-1 za ozljedu bubrega.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

NABAVITE PRIRODNI ORGANSKI EKSTRAKT CISTANCHE SA 25% EHINAKOZIDA I 9% AKTEOZIDA ZA INFEKCIJU BUBREGA

NLRP3 inflamasom je upleten upatogeneza stanične povrede, upalai fibroza urazne povrede bubregamodeli [15–19, 27–29]. U skladu sa prethodnim studijama, pokazali smo da su nivoi ekspresije NLRP3 inflamazomskih puteva uključujući NLRP3, ASC, IL-1 i IL-18 povećani zajedno sa povišenim nivoima ekspresije markera ćelijskih povreda u TGF{{ 8}}tretirali RTEC i životinjske modele adenin dijetom i UUO. Nekoliko molekularnih uzoraka povezanih s oštećenjem (DAMP) koji se oslobađaju tokom ozljede bubrežnih tubularnih stanica sugerira se da aktiviraju NLRP3 inflamazom [27, 30–37]. Značajno je da intrinzične ćelije bubrega eksprimiraju komponente puta NLRP3 inflamasoma [38], a aktivacija ove signalizacije može doprinijeti ozljedi bubrega [15, 29]. Međutim, neizvjesno je kako se NLRP3 aktivira u ovim ćelijama. U ovoj studiji posebno smo se fokusirali na regulatore mitohondrijalne biogeneze jer disregulirani mitohondriji mogu pokrenuti aktivaciju NLRP3 inflamazomskog puta [39, 40].

S obzirom na obilan mitohondrijski sadržaj koji se nalazi u bubrezima, sve veća pažnja se poklanja PGC-1 u polju istraživanja bolesti bubrega. U bubrezima, ekspresija PGC-1 je lokalizirana u korteksu i vanjskoj meduli, što odgovara regijama visoke mitohondrijalne aktivnosti [41]. Kako se oštećene mitohondrije očito primjećuju u različitim oblicima oštećenja bubrega, nekoliko studija je pokazalo ključnu zaštitnu ulogu PGC-1 protiv modela bolesti bubrega [41–43]. Štaviše, akumulirani su dokazi da gubitak PGC-1 doprinosi razvoju bubrežne fibroze i naknadne CKD [9, 44, 45]. U modelu ozljede bubrega izazvane Notchom, PGC-1 je također štitio ozljedu tubula i poboljšao fibrozu [9]. Ovdje smo demonstrirali ulogu PGC-1 u prevenciji ozljede bubrega u svjetlu regulacije puta NLRP3 inflamasoma. Prekomjerna ekspresija PGC-1 sa plazmidom i metforminom atenuirala je oštećenje ćelija izazvano TGF- 1-, kao i aktivaciju NLRP3 inflamasoma. Ovi rezultati su bili u skladu sa modelima miševa hranjenih adeninom i UUO. Suprotno tome, regulacija naniže PGC-1 povećala je aktivaciju NLRP3 inflamasoma i ćelijsku ozljedu.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

Do danas, nekoliko studija je ispitalo odnos između PGC-1 i NLRP3. U studiji Diaoa et al. [46], stres endoplazmatskog retikuluma izazvan ozbiljnom ozljedom opekotina u hepatocitima je aktivirao NLRP3 inflamazom. Zanimljivo je da je aktivacija hepatičnog NLRP3 inflamasoma bila paralelna sa inhibicijom PGC-1. Oni su dalje ispitali gornje regulatore PGC-1 kao što su katalizator protein kinaze A, AMPK i sirtuin-1, od kojih su svi značajno smanjeni nakon opekotine. Oni su sugerirali da nedostatak PGC-1 može igrati važnu ulogu u metaboličkom poremećaju i doprinosi aktivaciji puta NLRP3 inflamasoma. Međutim, ova studija nije razjasnila kako je PGC-1 uključen u NLRP3 put.

U ovoj studiji demonstrirali smo nekoliko mehanizama koje PGC-1 reguliraNLRP3 put inflamasomau bubregu. S obzirom da PGC-1 igra ključnu ulogu u regulaciji mitohondrijalne biogeneze i mitohondrijalne dinamike i neregulirane mitohondrije pokreću NLRP3 put, može se pretpostaviti da bi PGC-1 mogao regulirati NLRP3 inflamasomski put putem modulacije mitohondrije. Kao što je pokazano u našim eksperimentima, nivoi ekspresije mitohondrijalnih dinamičkih gena su bili neregulisani u RTEC-ovima tretiranim TGF- 1-. Ove promjene su obnovljene prekomjernom ekspresijom PGC-1 i metformina, dok je smanjena regulacija PGC-1 pogoršala ovu disregulaciju. Strukturno poboljšanje TGF- 1-indukovanog oštećenja mitohondrija od strane PGC-1 također je uočeno MitoTracker bojenjem i elektronskom mikroskopom. Funkcionalni test mitohondrija pokazao je da je restauracija PGC-1 značajno poboljšala smanjeni potencijal mitohondrijske membrane i smanjenu stopu potrošnje kiseonika u RTEC-ovima tretiranim TGF- 1-. Konačno, pokazali smo oslobađanje mtDNA u citosol iz mitohondrijalne frakcije u RTEC-ovima tretiranim TGF- 1-. Ovo oslobađanje mtDNA je spriječeno prekomjernom ekspresijom Ppargc1a.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

Treba napomenuti da je poznato da mtDNA vođena mitohondrijama aktivira NLRP3 inflamazom [39, 47]. Ovi nalazi zajedno sugeriraju da disregulirana mitohondrijska dinamika doprinosi aktivaciji NLRP3 inflamasoma i posljedičnoj bubrežnoj tubulointersticijskoj upali i fibrozi. Međutim, može postojati recipročna interakcija između ozljede mitohondrija i NLRP3 inflamasoma. Prethodna studija Yu et al. pokazali su da aktivacija inflamasoma NLRP3 uzrokuje oštećenje mitohondrija putem više puteva [39]. Slično, također smo pokazali da je utišavanje NLRP3 umanjilo aktivaciju NLRP3 signalnog puta i dovelo do poboljšanja mitohondrijalne dinamike. Ovi nalazi ukazuju na mogućnost dvosmjerne interakcije između NLRP3 i mitohondrija.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

Slika 8 PGC-1 reguliše oslobađanje mtDNA, oksidativni stres i TNFAIP3 da reguliše inflamazom NLRP3. Broj kopija mtDNA smanjen je u mitohondrijskoj frakciji, dok je povećan u citosolnoj frakciji u RTEC-ovima tretiranim TGF- 1-, koji su poništeni prekomjernom ekspresijom Ppargc1a. B Konfokalna mikroskopska analiza sa MitoSOX bojenjem otkrila je povećanu proizvodnju ROS-a generiranih mitohondrijama u RTEC-ovima tretiranim TGF- 1-, koji su smanjeni prekomjernom ekspresijom Ppargc1a i metformina. Suprotno tome, siPGC-1 je pogoršao proizvodnju ROS-a u mitohondrijima. C Detekcija ROS-a generiranih mitohondrijama u RTEC-ovima tretiranim TGF- 1- pomoću FACS analize. D Mjerenje nivoa oksidativnog stresa pomoću MDA pokazalo je smanjenje nivoa oksidativnog stresa u TGF- 1-tretiranim RTECs sa prekomjernom ekspresijom Ppargc1a i metformina, koji su povećani siPGC-1 . E Nivoi oksidativnog stresa mjereni MDA smanjeni su kod miševa hranjenih adeninom s metforminom. Nivoi ekspresije F, G mRNA i proteina TNFAIP3 u RTEC-ovima tretiranim TGF- 1-povećani su prekomjernom ekspresijom Ppargc1a i metformina, koji su smanjeni siPGC-1 . H mRNA i nivo ekspresije proteina TNFAIP3 kod miševa hranjenih adeninom povećan je metforminom. Napomena: *P < 0.05 u odnosu na kontrolu; **P < 0,05 u odnosu na TGF- -tretirane RTEC ili miševe hranjene adeninom. PGC-1 peroksizomalni proliferator-koaktivator- 1 ; mtDNA mitohondrijalna DNK; NLRP3 familija receptora sličnih NOD-u, pirin domen sadrži 3; RTEC; bubrežna tubularna epitelna stanica; ROS reaktivne vrste kiseonika; MDA malondialdehid; TNFAIP3 protein 3 izazvan faktorom tumorske nekroze; FACS fluorescentno aktivirano sortiranje ćelija; Ade adenin; Metformin.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

PGC-1 također ima kritičnu ulogu u esencijalnim metaboličkim procesima kao što su oksidacija masnih kiselina, oksidativna fosforilacija i detoksikacija ROS-a [48–50]. Pored toga, nekoliko stimulansa koji aktiviraju NLRP3- su povezani sa proizvodnjom ROS-a [32]. Stoga, regulacija nivoa oksidativnog stresa pomoću PGC-1 može uticati na NLRP3aktivacija inflamasoma. Nedavno, mitohondrijskiROS proizvodnjaopisano je da izaziva aktivaciju NLRP3 inflamasoma tokom bubrežne tubulointersticijalne fibroze. Zhuang et al. [22] izvijestili su da je mitohondrijalna disfunkcija uzrokovana albuminom izazvana oksidativnim stresom uzrokovana mitohondrijama i naknadnom ozljedom bubrežnih tubula. Nadalje, inflamasom NLRP3 aktiviran je u bubrezima preopterećenjem albuminom, koje je u potpunosti ukinuo MnTBAP, mitohondrijski čistač ROS. U skladu s ovim nalazima, pokazali smo da je pojačani oksidativni stres povezan s aktivacijom puta NLRP3 inflamasoma tokom ozljede bubrega. Ovaj povećani nivo oksidativnog stresa je oslabljen prekomjernom ekspresijom Ppargc1a i metformina, dok je povećan nakon smanjenja Ppargc1a. Smanjenje nivoa oksidativnog stresa metforminom također je potvrđeno na dva različita životinjska modela. Uzeti zajedno, povećani nivoi oksidativnog stresa uključujući proizvodnju mitohondrijalnog ROS-a zbog nedostatka PGC-1 mogu dovesti do aktivacije inflamasoma NLRP3 i posljedične bubrežne tubulointersticijalne upale i fibroze.

Poznato je da TNFAIP3 direktno reguliše PGC-1 i da ima ulogu u inaktivaciji NLRP3 inflamasomskog puta u inflamatornim ćelijama kao što su makrofagi. Kang et al. [51] su pokazali da disfunkcionalne telomere uzrokuju mitohondrijski distres makrofaga, metaboličku neravnotežu i hiperaktivaciju NLRP3 inflamasoma. Identificirali su PGC-1 /TNFAIP3 osovinu kao mehanizam odgovoran za homeostatsku ulogu telomera, a poremećaj u ovoj osi doveo je do upalnih Terc−/− makrofaga i teške bakterijske pneumonije kod Terc−/− miševa. U ovoj studiji, TGF- 1 je smanjio nivo transkripta Tnfaip3 u RTEC. PGC-1 je vratio ove promjene, dok je Ppargc1a knock-down dodatno smanjio nivo Tnfaip3. Zanimljivo je da smo otkrili da oba skidanja Ppargc1a i Drp1 u RTEC-ovima tretiranim TGF- 1- nisu smanjila aktivnost inflamasoma NLRP3, dok su RTEC sa prekomjernom ekspresijom Ppargc1a i oborenim Drp1 pokazali manju aktivaciju NLRP3 inflamasoma. Ovi nalazi sugeriraju da PGC-1 može modulirati NLRP3 signalizaciju putem drugih puteva kao što je TNFAIP3 izvan mitohondrijalne dinamike.

Koristili smo metformin kao indirektni aktivator za PGC-1. Farmakološka doza metformina može aktivirati AMPK i povećati sintezu ATP-a u različitim stanicama, uključujući intrinzične ćelije bubrega [52-55]. U ovoj studiji smo koristili 1 mM metformina na osnovu prethodnih studija koje su pokazale da ova doza metformina smanjuje fibrozu bubrega, ER stres i aktivira aktivnost AMPK. U bubrezima miševa hranjenih adeninom i RTEC liječenih TGF- 1, ekspresija p-AMPK je smanjena. Nasuprot tome, liječenje metforminom preokrenulo je smanjenu ekspresiju p-AMPK. Ove promjene su bile u skladu sa PGC-1 . Uz dokaze da metformin aktivira osovinu AMPK–PGC-1, pojavljuju se kliničke studije o blagotvornim efektima metformina protiv oštećenja bubrega. U posthoc analizi Trial to Reduce Cardiovascular Events with Aranesp Therapy (TREAT), upotreba metformina je nezavisno povezana sa 23% manjim rizikom od kompozitnog ishoda bolesti bubrega [56]. Osim toga, nedavna opservacijska studija Kwon et al. pokazalo je da je upotreba metformina povezana sa značajno nižim rizikom od zatajenja bubrega u završnoj fazi među 10.426 pacijenata sa dijabetesom tipa 2 [57]. Sposobnost metformina da aktivira AMPK nedavno je privukla pažnju kod policistične bolesti bubrega jer je ovo djelovanje metformina smanjilo proliferaciju stanica putem inhibicije cilja sisara rapamicinskog puta i cikličkih nivoa AMP u pretkliničkim studijama [58, 59]. Ipak, upotreba metformina u uznapredovaloj CKD nosi rizik od laktacidoze [60]. Stoga bi buduća ispitivanja trebala odmjeriti korisne efekte metformina protiv laktacidoze.

U zaključku, demonstrirali smo ulogu PGC-1 u regulaciji aktivacije inflamasoma NLRP3 putem modulacije mitohondrijalne dinamike i vitalnosti, te TNFAIP3 tokom ozljede bubrega. Ovi rezultati sugeriraju da inhibicija NLRP3 inflamasoma od strane PGC-1 može biti budući terapeutski cilj protiv CKD.

CISTANCHE EXTRACT WITH 25% ECHINACOSIDE AND 9% ACTEOSIDE FOR KIDNEY

REFERENCE

1. Saran R, Robinson B, Abbott KC, Agodoa LYC, Bragg-Gresham J, Balkrishnan R,et al. Američki sistem podataka o bubrezima za 2018. Godišnji izvještaj o podacima: epidemiologija bolesti bubregau Sjedinjenim Američkim Državama. Am J Kidney Dis. 2019;73:A7–a8. 2. Coresh J, Selvin E, Stevens LA, Manzi J, Kusek JW, Eggers P, et al. Prevalencija odhronična bolest bubrega u Sjedinjenim Državama. JAMA. 2007;298:2038–47.

3. Levey AS, Atkins R, Coresh J, Cohen EP, Collins AJ, Eckardt KU, et al. Hroničnibolest bubrega kao globalni javnozdravstveni problem: pristupi i inicijative - aizjava o stavu iz Kidney Disease Improving Global Outcomes. Kidney Int.2007;72:247–59.

4. Tonelli M, Wiebe N, Culleton B, House A, Rabbat C, Fok M, et al. Hronični bubregrizik od bolesti i smrtnosti: sistematski pregled. J Am Soc Nephrol.2006;17:2034–47.

5. Park S, Lee S, Jo HA, Han K, Kim Y, An JN, et al. Epidemiologija kontinuirane bubrežne funkcijezamjenska terapija u Koreji: rezultati Nacionalne službe zdravstvenog osiguranjabaza zahtjeva od 2005. do 2016. Kidney Res Clin Pract. 2018;37:119–29.

6. Boor P, Ostendorf T, Floege J. Renalfibrosis: novi uvidi u mehanizme iterapijski ciljevi. Nat Rev Nephrol. 2010;6:643–56.

7. Liu BC, Tang TT, Lv LL, Lan HY. Povreda bubrežnih tubula: pokretačka snaga ka hroničnoj bolestibolest bubrega. Kidney Int. 2018;93:568–79.

8. Ghayur A, Margetts PJ. Transformirajući faktor rasta-beta i glomerularna filtracijabarijera. Kidney Res Clin Pract. 2013;32:3–10.

9. Han SH, Wu MY, Nam BY, Park JT, Yoo TH, Kang SW, et al. PGC-1alfa štitiiz bubrega izazvanog zarezomfirazvoj broze. J Am Soc Nephrol.2017;28:3312–22.

10. Galvan DL, Green NH, Danesh FR. Obilježja mitohondrijalne disfunkcije uhronična bolest bubrega. Kidney Int. 2017;92:1051–7.

11. Bhatia D, Capili A, Choi ME. Mitohondrijska disfunkcija kod ozljede bubrega, upalai bolest: potencijalni terapijski pristupi. Kidney Res Clin Pract.2020;39:244–58.