1. osa: Vesiniksulfiidi kaitsev toime neerudele (ülevaade)
May 19, 2022
Lisateabe saamiseks. kontaktitina.xiang@wecistanche.com
Abstraktne. Vesiniksulfiid (H2S) on füsioloogiliselt oluline gaasisaatja, mis täidab organismis erinevaid bioloogilisi funktsioone sarnaselt süsinikmonooksiidi ja lämmastikoksiidi omaga. Tsüstationiin- -süntaas, tsüstationiin-y-lüaas ja tsüsteiini transaminaas/3-merkaptopüruvaatsulfotransferaas on olulised ensüümid, mis osalevad H2S tootmises in vivo ja mitokondrid on peamised ainevahetuskohad. On teatatud, et H ja S mängivad olulist füsioloogilist rollineerud. Haigustingimustes, nagu isheemia-reperfusioonikahjustus, ravimite nefrotoksilisus ja diabeetiline nefropaatia, on H2S-l oluline roll nii haiguse esinemisel kui ka arengul. Käesoleva ülevaate eesmärk oli võtta kokku H2S tootmine, metabolism ja füsioloogilised funktsioonid ning edusammud teadusuuringutes seoses selle rolliganeerukahjustusja neerufibroos viimastel aastatel.
Cistanche tubulosa redditi õppimiseks klõpsake siin
1. Sissejuhatus
Vesiniksulfiidi (H2S) peeti algselt mürgiseks gaasiks; uuringute jätkudes on aga selgunud, et sellel on elusorganismides oluline roll, muutudes süsinikmonooksiidi (CO) ja lämmastikoksiidi (NO) (1,2) kõrval veel üheks oluliseks gaasi edastajaks. Kuna on kinnitust leidnud H2S esinemine imetajate kudedes, on paljud uuringud näidanud, et H2S võibpõletikuvastane, antioksüdatiivnestress ja antifibrootiline toime organismis (3,4). Varasemad uuringud on kinnitanud, et H, S täidab füsioloogilist ja patoloogilist rollisüdame-veresoonkonnasüsteem, aju ja närvisüsteem (5-7). Kuid H2S-i tekitavate ensüümide ebaühtlase jaotumise tõttu erinevates elundites ja kudedes on H,2S kontsentratsioon erinevates organites väga erinev (8). H2S-i aluseks olevate mehhanismide uurimine neerude füsioloogilistes ja patoloogilistes protsessides võib aidata süstemaatiliselt mõista selle molekulaarbioloogilisi mehhanisme, eriti seoses selle renoprotektiivse rolliga.
2. H2S üldised füüsikalis-keemilised omadused.
H2S on värvitu gaas, mis lõhnab sarnaselt mädamunadele; H2S lõhna võib inimese haistmissüsteem tajuda, kui kontsentratsioon õhus jõuab 1/400 selle mürgisuse tasemest (9). Nõrga happena dissotsieerub H2S vees, et saavutada toatemperatuuril (25 kraadi) tasakaal, mille pKa on 6.97-7.06 ja pKa on 12.35-15.0. Veelgi enam, H2S vesilahuses on lenduv ning selle vastastikune muundamine vedelfaasi ja gaasifaasi vahel saavutab tasakaalu, nagu on näidatud joonisel 1; seda tasakaalu mõjutavad ümbritseva õhu temperatuur, rõhk ja muud vesilahuses lahustunud ained (10). Lisaks on H2S väga lipofiilne, mis mitte ainult ei võimalda sellel olla kõrgem kontsentratsioon rasvarohketes tingimustes, vaid võimaldab sellel ka vabalt liikuda. tungida läbi lipiidide biokile, ilma et see tugineks oma bioloogilise aktiivsuse avaldamiseks membraanikanalitele (11). Kuna H2S ja HS eksisteerivad lahuses koos, on raske selget vahet teha, kummal neist on roll bioloogilistes mehhanismides või kas neil mõlemal on bioloogiline toime.
3. H2S teke ja metabolism
H2S teke. H_S süntees imetajatel põhineb peamiselt ensümaatilistel radadel. Kolm traditsioonilist ensüümsüsteemi, mis katalüüsivad H2S tootmist, hõlmavad tsüstationiini - -süntaasi (CBS), tsüstationiin-y-lüaasi (CSE) ja tsüsteiini transaminaasi (CAT) sünergistlikku toimet 3-merkaptopüruvaadiga ({{7). }}MP) sulfotransferaas (3-MST)(12,13). Kui kofaktor on püridoksaalfosfaat (tuntud ka kui vitamiin B6), vastutavad CSE ja CBS enamiku endogeense H2S tekke eest, nagu on näidatud joonisel 2. L-tsüsteiini katalüüsib CSE või CBS, et toota HS-i ja L-seriini. või CBS abil püruvaadi, NH, tootmiseks; ja H2S.CSE suudab polümeriseerida kaks L-tsüsteiini jääki L-tsüstiiniks ja seejärel kasutab CSE L-tsüstiini substraadina, et lagundada see tiotsüsteiiniks, püruvaadiks ja NH3-ks. Tekkinud tiotsüsteiin reageerib teiste tioolidega, tekitades mitteensümaatilise reaktsiooni kaudu H2S. Lisaks polümeriseerub L-tsüsteiin L-homotsüsteiiniga kui CSE või CBS substraatidega, et toota L-tsüstationiini ja H2S. L-tsüstationiin laguneb CSE abil L-tsüsteiiniks, a-ketobutüraadiks ning saavutatakse NH ja L-tsüsteiini ringlus. (12,13). On teatatud, et reaktsioonis, milles L-tsüsteiin metaboliseeritakse CBS-i kaudu H2S-ks, on -asendamise teel toodetud H2S kogus 50 korda suurem kui -eliminatsioonil (14). CSE poolt H2S tootmise ajal on tsüsteiini elimineerimine HS-i peamine allikas, mis moodustab 70 protsenti H2S toodangust (15).
Erinevalt CSE-st ja CBS-ist kasutab 3-MST kofaktorina metallist tsinki(14). Lisaks peab L-tsüsteiin muutuma 3-MP-ks ja L-glutamiinhappeks CAT-i reaktsioonil ketoglutaraadiga ning 3-MP desulfureeritakse seejärel 3-MST-ga otsese substraadina. HS ja püruvaadi (16,17) tootmiseks. Peroksisoomides katalüüsib D-aminohappe oksüdaas L-tsüsteiini asemel D-tsüsteiini, et toota vee ja hapniku juuresolekul 3-MP, NH3 ja H2O, ja saadud 3-MP kantakse mitokondritesse 3-MST kasutamiseks H2S genereerimiseks(18). Peroksidaasis sisalduv 3-MP sisenemine mitokondritesse toimub üldiselt vesiikulite kujul, nagu on näidatud joonisel 2. Kliinilised vaatlused on teatanud, et kroonilise neeruhaigusega patsientidel on CSE ja CBS süntees vähenenud, samas kui 3-MST ja hemorraagilise homotsüsteiini ekspressioon on suurenenud (19). Seda võib seletada spetsiifilise toimemehhanismiga, mida ülalnimetatud ensüümid H2S genereerimiseks kasutavad. Kui H2S tootmine CBS ja CSE poolt L-homotsüsteiini/L-tsüstationiini raja kaudu väheneb, on L-homotsüsteiini kasutamine piiratud ja patsiendil võib tekkida hüperhomotsüsteineemia.
H2S metabolism. H2S metaboliseeritakse organismis peamiselt mitokondrite kaudu (20). Mitokondrites olev sulfokinoonoksidoreduktaas (SQOR) saab kasutada H2S ja metaboliseerida selle tiosulfaadi vääveltransferaasi (TST) ja tiooldioksigenaasi (ETHEl) abil tiosulfaadiks. Selle protsessi käigus on redutseeritud glutatioonil oluline roll ning tiosulfaat oksüdeeritakse edasi tiosulfaatreduktaasi ja sulfitoksüdaasi (SUOX) toimel ning lõpuks eritub see sulfaadina neerude kaudu, nagu on näidatud joonisel 3. Roll O on selles protsessis asendamatu (21,22). Eelkõige on koensüüm Q (CoQ) tihedalt seotud ülalnimetatud ensüümidega. Eelmine uuring näitas, et CoQ puudumine võib indutseerida tiokinoonoksidoreduktaasi, TST, ETHE1 ja SUOX (23) ekspressioonitasemete allareguleerimist. CoQ puudulikkuse varases staadiumis on SQORi tase oluliselt vähenenud, mõjutades H2S oksüdatsiooni, ja CoQ lisamine võib säästa H2S metabolismi, mõjutamata selle tootmist (24). Samal ajal kui SQORi aktiivsus ja valgutasemed vähenevad, suureneb fibroblastides H2S oksüdatsiooniraja teiste mitokondriaalsete ensüümide (TST, ETHEl ja SUOX) valgu tase; samas pole selge, kas mitme ensüümi taseme tõus on ajutine kompensatsiooni tõus või pöördvõrdeline SQOR taseme langusega (23). Seetõttu on oluline uurida CoQ defitsiidi mõju H2S metaboolsetele ensüümidele, mis võib aidata uurida H2S kontsentratsiooni reguleerimist H2S metaboolsete radade kaudu, et mõjutada mitmeid keha signaaliülekande radu.
Normaalsetes füsioloogilistes tingimustes, kui H2S tootmine kudedes ületab kasutamise metabolismi, on vajalik teine metaboolne rada, tsütoplasmaatiline metüültransferaasi metüülimine. Praeguseks on inimkehas teadaolevad metüültransferaasid tiopuriinmetüültransferaas (TPMT) ja tioolmetüültransferaas (TMT). TPMT metüleerib selektiivselt tiopuriini ühendeid, samas kui TMT metüleerib selektiivselt alifaatseid merkaptaani substraate. Massispektromeetria abil metüülsulfiidi moodustumise otseseks mõõtmiseks on eelnevalt hinnatud H2S metüülimist ja saadud kineetilisi kõveraid; HS metüülimise Km oli 146,2 pluss 29,2 μmol (25). Samuti on näidatud, et inimese metüültransferaasilaadne valk 7B võib katalüüsida metüülrühma ülekannet S-adenosiin 1-metioniinilt H2S-ile ja teistele eksogeensetele merkaptaani väikestele molekulidele, metaboliseerides seeläbi H2S (25). Lisaks võib H2S saab eemaldada methemoglobiini või metalliliste/mittemetalliliste molekulidega, nagu oksüdeeritud glutatioon (26).
4. H2S füsioloogiline roll neerudes
Neerude eritusfunktsioon. Kliinilised uuringud on kinnitanud, et plasma H2S tase on positiivses korrelatsioonis glomerulaarfiltratsiooni kiirusega kroonilise neeruhaigusega (CKD) patsientidel. Lisaks on teatatud, et kaugelearenenud kroonilise neeruhaigusega (CKD3-5) patsientidel on seerumi homotsüsteiinisisaldus märkimisväärselt kõrge. kõrgem kui varajase kroonilise neeruhaigusega (CKD1-2) patsientidel ning seerumi homotsüsteiinitaseme tõus on seotud neerufunktsiooni langusega (19). On näidatud, et hüperhomotsüsteineemia süvendab ekstratsellulaarse maatriksi (ECM) valkude ladestumist ja konneksiini hävimist ning viib endoteeli NO süntaasi (eNOS) fosforüülimiseni neeru veresoonte endoteelirakkudes, vähendades seeläbi NO biosaadavust vasokonite indutseerimiseks ja vähenemiseks. neerude verevool, mis väljendub plasma H2S taseme ja glomerulaarfiltratsiooni kiiruse (GFR) (27) vähenemises. H2S võib suurendada naatriumi ja kaaliumi eritumist uriiniga, inhibeerides Na-K-2Cl kaastransportereid ja Na- K-ATPaas. In vivo katsed on näidanud, et H2S-doonori NaHS-i intrarenaalne arterite infusioon võib suurendada neerude verevoolu, GFR-i ja naatriumi [U(Na)x maht] ja kaaliumi [U(K)x maht] eritumist ning infusiooni. L-tsüsteiini manustamine neeruarteri kaudu, et suurendada H2S substraadi kontsentratsiooni, võib seda efekti simuleerida (28). Lisaks võib H2S blokeerida fosfatidüülinositool-3,4,5-trifosfaadist sõltuvate distaalsete neeruepiteeli naatriumikanalite avanemise. H2O poolt indutseeritud, vähendavad naatriumi reabsorptsiooni nefronite poolt ja suurendavad naatriumi eritumist uriiniga (29). Lisaks on näidatud, et CSE ja CBS ensüümi inhibiitorite propargülglütsiini ja aminooksoatsetaadi kasutamine suurendab uriini mahtu ja vähendab uriini osmootset rõhku hiired; see on seotud HS-indutseeritud akvaporiini (AQP)-2 ekspressiooni vähenemisega neeru medullas. Pärast ravi H2S doonori püsivalt vabastava ainega GYY4137 oli AQP -2 ekspressioonitase oluliselt ülesreguleeritud (30).
H2S võib otseselt sihtida mõningaid H2S-tundlikke disulfiidsidemeid epidermise kasvufaktori retseptoris (EGFR), mis võib indutseerida endotsütoosi ja Na-K-ATPaasi inhibeerimist neerutuubulite epiteelirakkudes, reguleerides EGFR/GAB1/PI3K/Akt rada, seega neerutuubulite epiteelirakkude naatriumi- ja kaaliumiioonivahetuse vähendamine ja naatriumi eritumise soodustamine (31). Siiski tuleb veel kindlaks teha, kuidas EGFR / GAB1 / PI3K / Akt rada Na-K-ATPaasile toimib. EGFR-il on teadaolevalt türosiinkinaasi aktiivsus ja selle pereliikmed võivad seostuda mitmesuguste liganditega, moodustades homodimeere või heterodimeere, mis viib spetsiifiliste türosiinijääkide fosforüülimiseni rakusisestel domeenidel. Neerude veresoonte endoteelirakkudes on EGFR-i pärssimine teatatud neeruveresoonte laienemisest ja neerude verevoolu parandamisest; podotsüütides võib EGFR-i inhibeerimine vähendada podotsüütide kahjustusi ja kõrgest glükoositasemest põhjustatud kadu ning proteinuuriat, samas kui neerutuubulite epiteelirakkudes leevendab EGFR-i inhibeerimine neerutuubulite vigastusi ja epiteeli-mesenhümaalset üleminekut (EMT) (32). ,33). EGFR-i türosiinkinaasi aktiivsuse inhibiitorite uuringud on aga näidanud, et EGFR-i inhibeerimine võib samuti põhjustada neerutuubulite kahjustusi ja elektrolüütide tasakaaluhäireid (34). Seetõttu on vaja põhjalikumaid uuringuid, eriti H2S eeliste ja puuduste osas EGFR-i raja aktiivsuse reguleerimisel.
Seega näitasid need eelnimetatud varasemad uuringud, et H2S omab rolli vee ja elektrolüütide metabolismis erinevate meetodite kaudu. Üldiselt on väidetud, et H_S suurenenud kontsentratsioon soodustab elektrolüütide neerude kaudu eritumise reguleerimist, samas kui selle tootmise pärssimine võib säilitada naatriumi äravoolu. Seetõttu võivad H2S-i tekitavad ensüümi CBS ja CSE inhibiitorid olla potentsiaalsed diureetikumid.
Hapnikusensing.H2S-vahendatud O, sensatsioon on tuvastatud erinevates O2-senseerivates kudedes selgroogsete südame-veresoonkonna ja hingamissüsteemides (35,36). HSoni allavoolu signaalisündmuste mõju on kooskõlas hüpoksia aktiveerimise mõjuga (37, 38). Normaalsetes neerudes on neerusisese arteriovenoosse hapniku šundi tõttu neer võrreldes teiste organitega madala hapniku osarõhu seisundis ja neeru medulla hapniku osarõhk on madalam kui neeru parenhüümis (39,40). Seetõttu peetakse H2S-i hapnikuanduriks neerudes, eriti medullas (41). Hapnikusensorina on H2S lahutamatu selle tekkest ja oksüdatiivsest metaboolsest tasakaalust. H2S teke ei sõltu O-st, kuid selle oksüdatiivne metabolism mitokondrites sõltub hapnikust, nagu eelpool mainitud; seetõttu võib hüpoksia põhjustada H2S kontsentratsiooni suurenemist ja nende kahe vahel on pöördvõrdeline seos (37). Mitokondriaalne oksüdatiivne hingamisteede elektronide transpordiahel on peamine energiatootmise vahend; seega on vajalik ja oluline tõestada, et H2S osaleb normaalse hüpoksia korral neeru medulla füsioloogilistes tingimustes energia tootmises. Hapnikusensorina võib H2S mõjutada verevarustust ning reguleerida hapniku tasakaalu südames ja kopsudes. Kas H2S reguleerib selle mehhanismi või muude vahenditega ka hapnikuvarustuse jaotumist neerukoores ja medullas füsioloogilistes tingimustes, tuleb veel kindlaks teha. H2S-i kui hapnikuanduri asukoha ja molekulaarse mehhanismi uurimine, mis mõjutab allavoolu signaalisündmuste esinemist, rikastab veelgi meie arusaama H2S-ist kui hapnikuandurist.
