Mitokondriaalse teraapia roll isheemilise reperfusioonikahjustuse ja ägeda neerukahjustuse korral
Feb 25, 2022
Abstraktne
Ägeneerukahjustus (AKI) on tavaline kliiniline häire, mis on seotud vähenemiseganeerufunktsioonisheemiliste ja nefrotoksiliste vigastuste tõttu. AKI patofüsioloogia hõlmab mitmeid rakulisi mehhanisme, naguneerudparenhüümirakkude (epiteeli ja endoteeli) düsfunktsioon ja immuunrakkude infiltratsioon. Mitokondriaalne kahjustus, mis põhjustab ATP ammendumist ja vallandab apoptoosi ja nekroosi, on isheemia reperfusioonikahjustuse (IRI) keskmes. Prekliinilistes mudelites on näidatud, et farmakoloogilised (SS-31 või MitoQ), rakulised (dendriitrakud või mesenhümaalsed tüvirakud) või geneetilised strateegiad, mis kas otseselt või kaudselt säilitavad mitokondriaalse terviklikkuse ja funktsiooni, leevendavad IRI-ga seotud AKI-d. Huvitaval kombel on hiljuti näidatud, et mitmesugused imetajarakud võtavad isoleeritud mitokondrid endasse, mille tulemuseks on siirdatud mitokondrite liitumine retsipientrakkude endogeensesse mitokondriaalsesse võrgustikku ja kaitseks isheemiliste kahjustuste eest mitmesugustes isheemia prekliinilistes mudelites, sealhulgas süda, maks ja maks.neerud. Miniülevaade võtab kokku praegused saadaolevad ravistrateegiad, mis paranevadneerufunktsioonsihtides mitokondrite tervist.
Märksõnad:Äge neerukahjustus; mitokondrid; Isheemia reperfusioonikahjustus; neerukahjustus; neerufunktsioon
Sissejuhatus
Neerisheemia-reperfusioonikahjustus (IRI) on akuutse haiguse peamine põhjusneerukahjustus(AKI), mis lisaksneeru siirdamineesineb mitmesugustes muudes kliinilistes olukordades, nagu südamekirurgia, sepsis ja šokk. IRI patofüsioloogia on keeruline ja hõlmab erinevaid aspekte, sealhulgas hüpoksilist vigastust, mille tulemuseks on reaktiivsete hapnikuliikide tootmine, käivitades rakutsükli AKI ja CRRT 2021 sümpoosionilt 26. rahvusvahelisel intensiivravi nefroloogia edusammude konverentsil, A Virtual/ Hübriidüritus San Diegos, CA, USA, 28. veebruar – 5. märts 2021. Seda sümpoosionit toetas osaliselt NIDDK rahastatud Alabama Ülikool (Birminghami Ülikool – California Ülikool) San Diego O'Brieni akuutne keskusNeerukahjustusUurimistöö (P30DK079337). surma ja põletikku epiteeli- ja immuunrakkude vahel. Lisaks oma funktsionaalsele rollile metaboolse energia tootjana võivad mitokondrid reguleerida ka rakusurma. IRI hõlmab keerulist sündmuste kaskaadi mitokondriaalsel tasemel, mis hõlmab kiiret energiakadu, mitokondriaalse membraani potentsiaali vähenemist ja ioonse hemostaasi kadu ning kulmineerub ROS-i tootmise ja rakusurmaga. Need tähelepanekud viitavad sellele, et mitokondrid on kriitilised organellid, mis läbivad IRI ajal suuri patofüsioloogilisi muutusi. Oluline on see, et mitokondritel on kriitiline roll mitte ainult isheemilise kahjustuse tekkimisel ja progresseerumisel, vaid nad osalevad ka taastumises ja protsessides, mis aitavad kaasa kroonilisele progresseerumisele.neeruhaigus.Mitokondritele suunatud farmakoloogilisi (SS-31 [1] või MitoQ), rakulisi (mesenhümaalsed stroomarakud [2] või luuüdist pärinevad dendriitrakud [3]) ja hiljuti on kasutatud mitokondrite siirdamise [4] ravistrateegiaid. testitud mitokondriaalse tervise parandamiseks, et lõpuks vähendada düsfunktsiooni prekliinilistes mudelitesneerudIRI. Kuigi need farmakoloogilised ja rakulised ravimid on säilitamisel näidanud mõningaid eeliseidneerude tervis, on nende progresseerumine kliinilises keskkonnas biosaadavuse ja kõrvalmõjude tõttu piiratud. Lisaks puudub neil uuringutel suurem loommudel (sead), et veelgi demonstreerida nende potentsiaalset kasutamist, eriti kui neid tarnitakse otseneerudon vaja. Mitokondriaalse siirdamise terapeutilist kasutamist vigastuste vältimiseks on demonstreeritud mitmete organite, sealhulgas südame, maksa ja isheemilise kahjustuse prekliinilistes mudelites.neerud, ja kopsud. Nende uuringute annustamis- ja ravistrateegiad on kokku võetud käesolevas ülevaates.
CISTANCHE PARANDAB neeru-/NEerupuudulikkust
Mitokondrite kaasamine neeru IRI-sseNormaalsetes tervislikes olekutes on elektronide transport mööda elektronide transpordiahelat (ETC) seotud oksüdatiivse fosforüülimisega ATP tootmiseks. Vesi on ETC-s tarbitava hapniku lõplik kõrvalsaadus, mis genereerib elektrone, kui see liigub läbi kompleksi I kompleksini IV. ETC-s toodetud väikesed ROS-i kogused on vajalikud rakkude redoksseisundi säilitamiseks ja on erinevate ensüümide toimimiseks üliolulised. Isheemia korral väheneb erinevate komplekside aktiivsus, mis põhjustab elektronide lekke ja vähendab hapnikku moodustavaid superoksiidi radikaale, kui hapnik on reperfusioonil saadaval, vähendades lõpuks saadaoleva ATP kogust. Piirkonnasneerud, on proksimaalsetel tuubulitel (PT) suurim mitokondrite tihedus ja PT epiteelirakud sõltuvad normaalse vedeliku ja lahustunud ainete transpordi läbiviimiseks suuresti oksüdatiivsest fosforüülimisest. Isheemia ajal näitab ultrastruktuurne analüüs lisaks mitokondriaalse funktsiooni vähenemisele ka fragmenteerunud mitokondreid 15 minuti jooksul pärast reperfusiooni, mille tulemuseks on mitokondrite turse ja tihedalt pakitud kristade katkemine [5, 6]. Need IRI-ga seotud patofüsioloogilised muutused näitavad, et mitokondriaalne morfoloogia ja funktsioon on väga kooskõlastatud ning võivad kiiresti reageerida metaboolsele ja rakulisele stressile. PatogeneesneerudIRI hõlmab mitmeid keerulisi interaktsiooneneerudparenhüümirakud ja infiltreeruvad immuunrakud [7]. Vastuseks ühelegi keemilisele vigastusele või toksiinidele võib rakufunktsioonide lagunemise käivitada ROS-i vabanemine kahjustatud mitokondritest. Mitokondrite struktuursed kahjustused tekivad mõne minuti jooksul pärast reperfusiooni, mis viib tsütokroom c vabanemiseni ja mitokondriaalse DNA edasise vabanemiseni, mis võib veelgi vallandada apoptoosi [8]. HiiremudelitesneerudIRI, PT mitokondriaalse membraani potentsiaal väheneb kiiresti, mille tulemuseks on lühemad killustatud mitokondrid kui fiktiivselt opereeritud hiirtel. Nende struktuurimuutuste jälgimiseks PT mitokondrites lõime PT-spetsiifilised mitokondrite reporterhiired, mida kasutada vahendina mitokondrite morfoloogia hindamiseks AKI erinevates hiiremudelites. Huvitaval kombel saab neid hiiri kasutada ka vabanenud mitokondrite hindamiseks pärast vigastust erinevates teistes sektsioonides, sealhulgas põrnas, maksas ja uriinis. Seega võimaldab see lisaks hinnata, kuidas mitokondrite sihipärane vabanemine kahjustatud elundist võib mõjutada elundi distaalset vigastust, kuna see võib toimida mitokondrite kahjustusega seotud molekulaarse mustrina. PepcKCre hiired (kingitus Dr. Volker Haase'lt, Vanderbilti ülikoolist) kasvatati Phamfl/fl-s (osteti Jacksoni laborist), et toota transgeenseid PepcKCrePhamfl/fl hiiri, millel on PT-mitokondrid, mis on märgistatud fluorestseeruva rohelise märgisega. Neid hiiri kasutati 26-minutilise fiktiivse või kahepoolse isheemia korral koos 24-tunnise reperfusiooniga. Veri koguti anesteesia all retroorbitaalsest siinusest ja plasma kreatiniin (mg/dL) määrati ensümaatilise meetodi abil tootja protokollist (Diazyme Laboratories, Poway, CA, USA) ja vere uurea lämmastikku (BUN) kasutades. ja kreatiniini mõõtmised viidi läbi QuantiChrom Urea Assay Kit (DIUR-100) abil. Võrreldes võltsitud hiirtega põhjustab IRI plasma kreatiniini (joonis 1a) ja BUN (joonis 1b) märkimisväärse tõusu. histoloogia jaoksneerudfikseeriti üleöö 10% formaliinis ja sisestati parafiini.Neerudolid H&E jaoks ette valmistatud. Torukujulise vigastuse skoori kvantifitseerimiseks (äge tubulaarne
nekroos), hinnati sektsioone, loendades tuubulite protsenti, millel oli rakunekroos, pintsli piiride kadu, kipsi moodustumine ja tuubulite laienemine järgmiselt: 0=normaalne; 1 =<10%; 2="10–25%;" 3="26–50%;" 4="51–75%;" and="" 5="">75 protsenti. Igast välimisest medullast hinnati viis kuni kümme välja ja hinnati pimesi.NeerudIRI hiirtel oli äge tubulaarnekroos suurenenud võrreldes võltsitud hiirtega (joonis 1c) ning võltsitud ja IRI tüüpiline H&Eneerud(joonis 1d). Lisaks on võltsitud hiirte mitokondrites näidatud PepcKCrePhamfl/fl hiirte mitokondrite morfoloogia muutused PT-des ühtlaselt joondatud, samas kui mitokondrite morfoloogia on pärast IRI-d häiritud (joonis 1e). Lisaks kinnitati, et mitokondrite signaali (roheline) olemasolu lokaliseerub PT segmendisneerudPepcKCrePhamfl/fl hiirtel, märgistades CD13-ga vastu PT-harja piiri ja CD31-ga (PECAM) endoteeli jaoks (joonis 1f).
Mitokondriaalne teraapia ja IRISeni on IRI erinevate prekliiniliste mudelite kohta tehtud vähe uuringuid, mis näitavad, et mitokondriaalset siirdamist saab kasutada ravimeetodina IRI-ga seotud düsfunktsiooni leevendamiseks või raviks. Allpool on loetletud isoleeritud mitokondrite mudelite, allikate, annuste ja tarneviisi põhjalik ülevaade erinevates mudelites.SüdaMitmetes uuringutes on McCully rühm näidanud, et südame IRI-d saab isoleeritud mitokondrite siirdamisega oluliselt parandada. Üldiselt näitab nende rühm südame-IRI mudelite (sead ja küülikud) puhul, et süstitud mitokondrid on spetsiifiliselt kardiomüotsüütide poolt haaratud ja aitavad kaasa hapniku tarbimise suurenemisele, suure energiasisaldusega fosfaadi sünteesile, üldisele vähenenud tsütokiinide tootmisele, müokardi energia säilimisele ja rakkude elujõulisusele, ja üldine paranenud infarktijärgne südamefunktsioon. McCully rühm aastal 2017 teatas terapeutiliste mitokondrite esimesest kliinilisest rakendusest müokardi akineesi või hüpokineesi piirkondadega lastel. Nendel viiel patsiendil eraldati elujõulised mitokondrid terve kõhu sirglihase autoloogsest 6 × 6- mm tükist ja süstiti annuses 1 × 108 ± 1 × 105 koos 1 × 107 ± 1 × 104 /0,1 ml ühikuga. sait [9]. Neli viiest ühe mitokondrite siirdamisega patsiendist, kuigi mitmesse kohta, parandasid ventrikulaarset funktsiooni ja need patsiendid eemaldati edukalt kehavälisest mehaanilisest toest.
AllikasMitokondrid eraldati lihastest (pectoralis major) McCully rühma välja töötatud standardprotokolli abil, mis võtab kõigi in vivo uuringute jaoks 30 minutit ilma diferentseeritud tsentrifuugimisetappideta [10].
MudelKüüliku südame IRI (30 min isheemiat 2 tunnist 28 päevani reperfusiooniga). Isoleeritud mitokondrid (9,7 × 106 ± 1,7 × 106 /mL, 1,2 × 106 /0,1 ml 8 kohta) süstiti reperfusiooni ajal [11]. Sigade südame IRI (25 min isheemia koos 28-päevase reperfusiooniga). Isoleeritud mitokondrid (9,9 × 107 ± 1,4 × 107 /mL, 1,3 × 107 /0,1 ml 8 kohta) süstiti reperfusiooni ajal [12]. Kõik mitokondrid süstitakse otse südamesse piirkondlikes isheemiakohtades.
NeersisseneerudIRI, 2 hiljuti avaldatud uuringud on näidanud väikeste ja suurte loommudelite puhul isoleeritud tervete mitokondrite terapeutilist kasutamist. Meie koostöös McCully rühmaga kasutasime suurt sigade mudelit [4] ja rotte [13]. Suuremas loomamudelis Doulamis et al. [4] järeldas, et süstitud mitokondrid kaitsesid oluliseltneerudisheemilise vigastuse tõttu paranenudneerufunktsioon, vähem histoloogilisi kahjustusi, madalam PT-de koagulatiivne nekroos ja madalamneerudIL6 tase [4]. Rottidel oli mitokondritega ravitud loomadel kreatiini ja BUN-i tase oluliselt madalam alates 12-tunnisest reperfusioonist ja püsis olulisena kuni 72 tunnini. Huvitav on see, et nii vehiikuliga kui ka mitokondritega töödeldud loomadel oli ühe nädala jooksul sarnane kreatiniini ja BUN tase. Üldiselt oli mitokondritega töödeldud rottidel oluliselt kõrgemneerudKi67, PCNA, akvaporiin 1 (AQP1, PT marker) ekspressioon ning Kim1, tsüstatiin C ja TUNEL madalamad tasemed [13]. Mõlemad uuringud lõppesid väitega, et isoleeritud tervete mitokondrite otsene süstimine kaitseb märkimisväärselt neere IRI eest ja võib aidata parandada vigastuse epiteeli proliferatsioonivõimet.
CISTANCHE PARANDAB NEERU/NEERU VALU
AllikasSigade mitokondrid eraldati sternocleidomastoid lihasest [10]. Rotid, mitokondrid isoleeriti rinnalihasest [10].MudelSiganeerudIRI (60 min isheemiat 24 h reperfusiooniga). Isoleeritud autoloogsed mitokondrid (1 × 109 / 6 ml, üks × 1 või mitu × 3) süstiti reperfusiooni ajal arterisse [4]. RottneerudIRI (ühepoolne, parem-neerudnefrektoomia ja 45 min vasak-neerudon keemia kuni 1 nädala pikkuse reperfusiooniga). Eraldatud mitokondrid (7,5 × 106 /1 ml, 0,4 ml süstitud) süstitineeru-arter reperfusiooni ajal [13].MaksLin jt uuringus. [14], näidati, et rotid, keda raviti värskelt isoleeritud mitokondritega 45 minutit pärast maksa IRI-d, on võrreldes kandjaga töödeldud hiirtega oluliselt kaitstud. Mitokondritega ravitud rottidel oli vähem maksakahjustusi, madalama ALAT tasemega, vähem ummikuid, hepatotsüütide nekroosi ja vähem TUNEL-positiivseid rakke.AllikasRoti maksast standardse diferentsiaaltsentrifuugimise meetodil eraldatud mitokondrid.MudelRoti maksa IRI (45 min isheemia koos 4 h reperfusiooniga). Isoleeritud mitokondrid (7, 7 × 106 ± 1, 5 × 106 / ml) süstiti reperfusiooni ajal põrnasisese süstiga.KopsSelles uuringus Zhu et al. [15] kasutas autor mitokondrite siirdamise terapeutilise kasutamise hindamiseks roti hüpoksilise pulmonaalse hüpertensiooni mudelit. Mitokondritega ravitud rottidel oli vähenenud kroonilise hüpoksiaga indutseeritud kopsuveresoonte ümberkujundamine, mille tulemusel välditi pulmonaalset hüpertensiooni. Lisaks näitas käesolev uuring ka, et mitokondrite siirdamist saab kasutada ka kroonilise hüpoksiaga rottide raviks.AllikasEksplanteeritud kopsu- ja reiearterite silelihasrakud. Mitokondrite isoleerimiseks kasutatud meetodeid ei olnud loetletud.MudelRotte hoiti hüpoksikambris (10 protsenti O2) 8 ha päevas 4 nädalat. Rottidele manustati intravenoosselt 2,25 × 108 (~ 2 µg valku) mitokondrit ülepäeviti 2 nädala jooksul, kas 2 nädalat või 4 nädalat pärast uuringu algust
JäreldusOn näidatud, et mitokondrite potentsiaalne kasutamine raviviisina parandab haiguse tulemusi erinevates prekliinilistes mudelites. Erinevalt mitokondrikesksetest farmakoloogilistest ja rakulistest ravistrateegiatest ei ole praegused eksogeenseid mitokondreid kasutavad uuringud teatanud kahjulikest kõrvalmõjudest. Üksmeelselt oli kõigi uuringute üheks tunnistatud piiranguks see, et eksogeensed mitokondrid tuleb värskelt isoleerida, hoida külmas ja mõne tunni jooksul ära kasutada. Eraldatud elujõuliste tervete mitokondrite kasutamine terapeutilise meetodina kahjustatud mitokondrite täiendamiseks ja funktsionaalseks parandamiseks ning potentsiaalselt asendamiseks on elujõuline võimalus. Märgistatud ja süstitud mitokondrid võtavad kas lokaalse või süsteemse süstimise teel endasse erinevad rakutüübid. Mitokondrite elujõulisus on kriitiline, kuna mitteelujõulised või kahjustatud mitokondrid ja mitokondrite tooted (DNA, RNA, valk, ATP ja kompleksid) ei paku mingit kaitset [16]. Süstitud mitokondrid parandavad retsipientrakkude energeetikat [11], indutseerivad mitokondriaalset biogeneesi (aktiveerib Pgc1a, Bajwa avaldamata tähelepanekud), suurendab proliferatsioonivõimet [13] ja vähendab üldiselt põletikulisi tsütokiine. Huvitav on see, et mõned kriitilised küsimused jäävad alles. Kuidas eksogeensed mitokondrid rakkudesse satuvad? In vitro tingimustes blokeerib makropinotsütoosi või makropinotsütoositaolise mehhanismi [17] või mikrotuubulite/tunnel-nanotorude või vaheühenduste [18] kasutamine osaliselt mitokondrite uuendamise. Kui kaua süstitud mitokondrid kestavad? Kuigi need uuringud on keerulised, saab neid teha, kasutades ära asjaolu, et mitokondrid on oma DNA-ga, nii et ksenotransplantaadi mitokondrite siirdamist süsteemselt süstitud mitokondrite asukoha hindamiseks saab kasutada nii selle uurimiseks, kus ja kui kaua süstitud mitokondrid püsivad. . Nendel uuringutel on ka täiendavaid piiranguid, kuna see meetod võimaldab tuvastada ainult süstitud mitokondriaalset DNA-d ja seda ei saa kasutada süstitud mitokondri funktsionaalse oleku testimiseks. Kui sageli tuleb mitokondreid süstida sõltuvalt haiguse mudelist? Ägeda seisundi korral näib ühekordne mitokondrite annus olevat piisav, kuid praegused uuringud pole mitokondrite kasutamist kroonilistes tingimustes hinnanud. Need väikesed mitokondrite annused pärssisid ägedat hüpoksiast põhjustatud pulmonaalset vasokonstriktsiooni ja nõrgendasid hüpoksiast põhjustatud veresoonte remodelleerumist, kuigi süsteemse mitokondrite süstimisega seotud signaal leitineerud, maks ja põrn. Kas süstimisviis on oluline? Enamikus prekliinilistes isheemilistes näriliste mudelites, välja arvatud süda, süstitakse isoleeritud eksogeenseid mitokondreid süsteemselt intravenoosselt. Siiski võiks katsetada suuremate loommudelite kasutamist, et kasutada lokaliseeritud kohaletoimetamist sihtorganisse, nagu hiljuti näitasid Doulamis et al. [4] kasutades sea intraarteriaalset süstineerudAKI IRI mudel. Mitokondrite lokaalne kohaletoimetamine võib samuti olla kasulik, kuna need sekkumised võivad vajada isoleeritud mitokondrite väiksemat annust. Kuigi hiljutised uuringud on lisanud meie praegustele teadmistele selle kohta, kuidas mitokondrite siirdamist saaks potentsiaalse ravistrateegiana kasutada, on endiselt palju muid küsimusi. Milline on optimaalne mitokondrite annus kliiniliseks kasutamiseks? Kas mitokondrite allikal on tähtsust? Kas see kutsub esile põletikueelse reaktsiooni, autoloogne versus süngeenne versus allogeenne versus ksenogeenne? Kõik avaldatud uuringud kasutavad värskelt isoleeritud mitokondreid tunni jooksul pärast isoleerimist. Kas mitokondreid saab pärast isoleerimist säilitada? Mitokondrite olemasolu, mida saab siirdamiseks kasutada valmisravistrateegiana, võib muuta viisi, kuidas me seda haiguste ravis terapeutilise meetodina kasutame. Lõpuks pakub elujõuliste tervete mitokondrite siirdamine uudse terapeutilise ravivõimaluse, et vältida ja ravida ning parandada haiguse progresseerumist erinevates prekliinilistes mudelites. Nendel ravivõimalustel, mis kasutavad haiguse tulemuste parandamiseks organelle, võib olla märkimisväärne kliiniline mõju.
CISTANCHE PARANDAB NEERU/NEERU FUNKTSIOONI
