Penuaan Sel Tubular Setelah Cedera Ginjal Dimediasi oleh Imunitas Bawaan Epitel

Abstrak

Cedera ginjal akut (AKI) adalah penyakit klinis yang umum dengan insiden yang meningkat. Pasien dengan cedera ginjal akut yang parah memiliki risiko fibrosis interstisial seumur hidup yang lebih tinggi, penyakit ginjal kronis, dan penyakit ginjal stadium akhir. Penuaan sel adalah penangkapan siklus sel yang persisten dan perubahan pola ekspresi gen, yang disebabkan oleh berbagai stresor. Jumlah sel tua meningkat seiring bertambahnya usia, dan bahkan dalam jumlah kecil, sel ini dapat menyebabkan peradangan kronis dan fibrosis; Faktanya, penting dalam beberapa kasus, termasuk di ginjal, bahwa meskipun inaktivasi Myd88 setelah cedera memperbaiki fibrosis, hal itu tidak mengurangi kerusakan tubulus. Untuk menguji efek farmakologi cistanche pada ginjal, status sel ginjal tikus yang diberi dan tanpa ekstrak cistanche diverifikasi dalam percobaan tikus.

Perkenalan

Cedera ginjal akut (AKI) adalah kondisi klinis umum dan penyebab kematian yang meningkat. Meskipun AKI selalu dianggap sebagai penyakit yang sembuh sendiri, baru-baru ini telah diketahui hubungan antara kekambuhan, keparahan serangan AKI, dan perkembangan penyakit ginjal kronis selanjutnya. Perbaikan tubular adalah peristiwa umum setelah cedera ginjal, tetapi sering dikaitkan dengan peradangan interstitial dan proses maladaptif yang menyebabkan fibrosis, yang merupakan ciri khas dari semua bentuk penyakit ginjal dan prediktor perkembangan CKD yang dapat diandalkan. Fibrosis ginjal juga berhubungan dengan terhentinya sel epitel tubular pada fase G2/M dari siklus sel, menunjukkan bahwa sel epitel memainkan peran utama dalam perkembangan penyakit ginjal. Penangkapan siklus sel adalah ciri umum dari penuaan sel dan disebabkan oleh berbagai stresor, termasuk aktivasi onkogen, stres replikasi, kegagalan replikasi, disfungsi telomer, dan stres oksidatif. Sel-sel tua resisten terhadap apoptosis, dan kehadirannya yang terus-menerus di jaringan, bahkan dalam jumlah kecil, menyebabkan peradangan kronis dan fibrosis, fenotip terkait penuaan di banyak organ, termasuk ginjal. Sel tua berkomunikasi dengan jaringan tetangga dengan mengeluarkan berbagai jenis molekul. Studi telah menunjukkan bahwa polisakarida cistanche dan D-manitol dapat mengaktifkan SOD dan mengurangi akumulasi lipofuscin, sedangkan total glukosida fenilat dapat meningkatkan aktivitas SOD dan koefisien ginjal in vivo.

Hasil kami menunjukkan bahwa penuaan TEC adalah peristiwa awal yang umum setelah cedera ginjal, dan bahwa jalur pensinyalan jalur TLR/IL-1R dalam sel epitel mengontrol fenomena ini dengan cara otonom seluler. Temuan kami juga menunjukkan bahwa intervensi dini setelah cedera mungkin diperlukan untuk mengurangi kerusakan organ setelah AKI. Selain itu, berbeda dengan penelitian yang diterbitkan yang berfokus pada peran pensinyalan imun bawaan dalam pericytes, penelitian ini mengungkapkan fungsi baru cistanche dalam mengendalikan permulaan penuaan TEC dengan cara otonom seluler dan dalam kontrol otonom non-seluler dari proliferasi pericyte dan nasib sel, konsisten dengan konsep bahwa epitel tubular menginduksi penyakit ginjal setelah cedera dan mendorong perkembangannya.

Foto: Ekstrak Cistanche

Hasil

AKI menginduksi penuaan sel TEC. Untuk menguji apakah penuaan seluler merupakan peristiwa umum setelah cedera ginjal, kami mencari dua fitur penuaan yang mapan: peningkatan aktivitas enzim yang berkaitan dengan usia, galaktosidase (SA-beta-gal), dan penurunan kelimpahan protein B1 (LAMNB1) di membran inti tengah. Kami menggunakan empat model tikus cedera ginjal: nefrotoksisitas yang diinduksi asam folat, cedera iskemia / reperfusi (IRI), nefrotoksisitas yang diinduksi cisplatin (cp), dan cedera ginjal tikus yang diberi cistanches. Kami menilai penuaan pada 28 hari setelah cedera awal. Dalam TEC dari tiga model cedera pertama, aktivitas SA- -Gal meningkat dan level LAMNB1 menurun, tetapi kebalikannya terjadi pada tikus yang diberi cistanche. Hal ini menunjukkan bahwa cistanche memiliki efek meringankan cedera ginjal.

Penuaan sel tubulus ginjal terjadi lebih awal setelah cedera ginjal. Untuk lebih mengkarakterisasi terjadinya penuaan sel tubular setelah AKI, kami menggunakan galur tikus transgenik p16-3mr. Tikus-tikus ini dihasilkan dengan mengkloning gen yang mengkode protein fusi reporter tiga mode yang mengandung domain fungsional Renilla luciferase (LUC) sintetik, protein fluoresen merah monomer (mRFP), dan virus herpes simpleks 1 yang terpotong (HSV{{ 3}}) timidin kinase (HSV-TK), Dibingkai dengan promotor gen penekan tumor p16Ink4a, yang ekspresinya diaktifkan dalam sel tua. mRFP memungkinkan klasifikasi sel pengekspresi dari jaringan berdasarkan flow cytometry, dan HSV-TK memungkinkan pembunuhannya oleh ganciclovir (GCV), analog nukleosida dengan afinitas tinggi untuk TK dari HSV tetapi afinitas rendah untuk rekan mamalianya (sel TK). HSV-TK mengubah GCV menjadi terminator untai DNA beracun yang menginduksi kerusakan DNA mitokondria dalam sel tua yang tidak terbagi dan menyebabkan kematian melalui apoptosis (26). Untuk eksperimen yang dijelaskan di bawah ini, kami memilih untuk tidak menggunakan model kerusakan CP atau IRI karena CP menginduksi kerusakan dan penuaan DNA, sementara kerusakan yang diinduksi IRI tidak terbatas pada sel tubular. Oleh karena itu, kami fokus pada model FA di mana penggunaan injeksi FA tunggal beracun bagi TEC hewan pengerat karena menyebabkan pengendapan kristal asam folat intracavitary dan stres oksidatif. Anehnya, kuantifikasi fluoresensi mRFP pada ginjal yang ditransplantasikan menunjukkan bahwa dalam kasus cedera FA, tingkat penuaan secara signifikan lebih tinggi daripada kelompok kontrol injeksi kendaraan sedini 3 hari setelah cedera FA, dan tingkat penuaan meningkat perlahan pada titik waktu berikutnya. . SA- -Pewarnaan Gal mengkonfirmasi sel-sel tua dalam tubulus dari hari ke-2 hingga hari ke-3 setelah cedera, menunjukkan bahwa penuaan TEC adalah peristiwa awal setelah cedera.

Pic: Efek cistanche:memperbaiki fungsi ginjal

Penghapusan Myd88 spesifik epitel mengurangi penuaan sel tubulus setelah cedera. Mempertimbangkan bahwa aktivasi NF-κB yang bergantung pada TLR/ IL-1- menyebabkan efek parakrin pada sel tua, dan sel tua menginduksi penuaan sekunder pada sel tetangga, kami bertanya apakah inaktivasi epitel Myd88 dapat menghambat penyebaran penuaan ginjal. Memang, 28 hari setelah cedera, tidak adanya Myd88 dalam sel tubular mengakibatkan penurunan aktivitas SA- -Gal, peningkatan kelimpahan LAMNB1, dan proliferasi sel tubular. Hasil ini menunjukkan bahwa cistanche dapat membuka jalur pensinyalan TLR/IL-1R epitel untuk mengontrol terjadinya penuaan tubulus ginjal, dan penghambatan jalur pensinyalan ini cukup untuk membatasi akumulasi sel tubulus pikun setelah cedera ginjal.

Diskusi

Di sini kami melaporkan pemeriksaan kami tentang terjadinya penuaan seluler setelah cedera ginjal pada tikus dan apakah penuaan berkontribusi terhadap perkembangan cedera tubulus ginjal dan fibrosis setelah AKI. Kepositifan penanda penuaan sel dalam empat model cedera ginjal yang berbeda menunjukkan bahwa penuaan sel adalah peristiwa umum yang tidak tergantung pada jenis cedera. Menggunakan pelabelan laporan transgenik sel tua, kami menunjukkan bahwa penuaan terjadi terutama pada sel tubulus proksimal berdasarkan lokalisasi dan morfologi penanda ini. Temuan yang menarik dan tak terduga adalah bahwa penuaan sel tubular terjadi relatif dini, terlepas dari jenis cedera, dan beban sel tua meningkat perlahan seiring waktu. Pada saat yang sama, cistanche dapat mengurangi tingkat apoptosis sel ginjal dan memainkan efek perlindungan yang baik pada ginjal.

Hasil kami juga menyoroti kemanjuran terbatas obat anti penuaan yang menginduksi apoptosis pada sel tua untuk membatasi kerusakan ginjal. Eksperimen kami dengan tikus transgenik p16-3mr dan peptida FOXO4-DRI telah menghasilkan hasil yang beragam dalam mencegah fibrosis. Temuan ini menunjukkan bahwa berbagai jenis sel tua dapat hidup berdampingan dan bahwa subpopulasi sel ini mungkin memiliki fungsi berbeda dalam jaringan yang rusak. Yang penting, dalam kedua rangkaian percobaan, menghilangkan sel-sel tua, setidaknya pada tahap awal setelah cedera, tidak memengaruhi kerusakan dan perbaikan ginjal. Ini bertentangan dengan apa yang telah dilaporkan untuk penuaan alami atau patologis, di mana pengangkatan sel tua meningkatkan homeostasis jaringan. Alasan untuk hasil yang berbeda ini tidak jelas. Satu kemungkinan adalah bahwa, mengingat beban sel tua yang lebih tinggi dalam konteks cedera akut, apoptosis yang diinduksi secara luas dalam sel tubulus dapat mengimbangi manfaat dari rangsangan pro-inflamasi yang berkurang, seperti yang dihasilkan oleh akumulasi lambat sel tua pada jaringan yang menua. , menyebabkan peningkatan kerusakan tubulus dan inisiasi proses maladaptif. Namun, eliminasi tubulus dan sel tua non-epitel dengan obat anti penuaan juga dapat mengganggu proses persiapan pasca cedera.

Pic: Kurangi apoptosis sel ginjal Anda

Kesimpulan

Kami telah mengidentifikasi penuaan sel tubular sebagai mekanisme sentral awal yang mengarah pada akumulasi lebih lanjut dari sel-sel tua setelah cedera ginjal dan kemajuan dalam pengobatan cedera ginjal dan fibrosis dengan aktivasi otonom seluler dari sinyal imun bawaan dan cistanche. Yang penting, efek parsial menghilangkan sel-sel tua setelah cedera dalam mengurangi peradangan dan fibrosis, tetapi bukan kerusakan tubulus, menunjukkan bahwa penuaan sel juga dapat berkontribusi pada perbaikan jaringan setelah AKI.

Klik di sini untuk melindungi ginjal Anda

Referensi:

1. Coca SG, Singanamala S, Parikh CR. Penyakit ginjal kronis setelah cedera ginjal akut: review sistematis dan meta-analisis.Ginjal Int. 2012;81(5):442–448.

2. Chawla LS, Amdur RL, Amodeo S, Kimmel PL, Palant CE. Tingkat keparahan cedera ginjal akut memprediksi perkembangan menjadi kronispenyakit ginjal. Ginjal Int. 2011;79(12):1361–1369.

3. Wang HE, Muntner P, Chertow GM, Warnock DG. Cedera ginjal akut dan kematian pada pasien rawat inap. Am J Nephrol.2012;35(4):349–355.

4. Liu Y. Mekanisme seluler dan molekuler fibrosis ginjal. Nat Rev Nephrol. 2011;7(12):684–696.

5. Kramann R, dkk. Perivaskular Gli1 plus progenitor adalah kontributor utama fibrosis organ akibat cedera. Sel Induk Sel.2015;16(1):51–66.

6. Kramann R, dkk. Penghambatan GLI2 farmakologis mencegah perkembangan siklus sel myofibroblast dan mengurangi fibrosis ginjal.Investasi J Clin. 2015;125(8):2935–2951.

7. Yang L, Besschetnova TY, Brooks CR, Shah JV, Bonventre JV. Penangkapan siklus sel epitel pada G2/M memediasi fibrosis ginjal setelahnyacedera. Nat Med. 2010;16(5):535–543.

8. Daun IA, Duffield JS. Apa yang bisa menargetkan fibrosis ginjal? Transplantasi Nephrol Dial. 2017;32(sup_1):i89–i97.

9. Liu BC, Tang TT, Lv LL, Lan HY. Cedera tubulus ginjal: kekuatan pendorong menuju penyakit ginjal kronis. Ginjal Int.2018;93(3):568–579.

10. Kuilman T, Michaloglou C, Mooi WJ, Peeper DS. Inti dari penuaan. Gen Dev. 2010;24(22):2463–2479.

11. Campisi J, d'Adda di Fagagna F. Penuaan sel: ketika hal buruk terjadi pada sel yang baik. Nat Rev Mol Sel Biol.2007;8(9):729–740.

12. Campisi J. Penuaan, penuaan seluler, dan kanker. Annu Rev Physiol. 2013;75:685–705.

13. van Deursen JM. Peran sel tua dalam penuaan. Alam. 2014;509(7501):439–446.

14. Acosta JC, dkk. Program sekretori kompleks yang diatur oleh inflammasome mengontrol penuaan parakrin. Bio Sel Nat.2013;15(8):978–990.

15. Tchkonia T, Zhu Y, van Deursen J, Campisi J, Kirkland JL. Penuaan seluler dan fenotip sekretori tua: peluang terapeutik. Investasi J Clin. 2013;123(3):966–972.

16. Chien Y, dkk. Kontrol fenotip sekretori terkait penuaan oleh NF-κB mendorong penuaan dan meningkatkan kemosensitivitas. Gen Dev. 2011;25(20):2125–2136.

17. Campisi J. Penuaan seluler: menempatkan paradoks dalam perspektif. Curr Opin Genet Dev. 2011;21(1):107–112.

18. Herranz N, Gil J. Mekanisme dan fungsi penuaan seluler. Investasi J Clin. 2018;128(4):1238–1246.

19. Braun H, dkk. Penuaan seluler membatasi kapasitas regeneratif dan kelangsungan hidup allograft. J Am Soc Nephrol. 2012;23(9):1467–1473.

20. Westhoff JH, dkk. Hipertensi menginduksi penuaan seluler somatik pada tikus dan manusia dengan menginduksi inhibitor siklus selp16INK4a. Hipertensi. 2008;52(1):123–129.

21. Liu J, dkk. Percepatan penuaan sel epitel tubulus ginjal dikaitkan dengan perkembangan penyakit pasien dengan nefropati imunoglobulin A (IgA). Terjemahan Res. 2012;159(6):454–463.

22. Sturmlechner I, Durik M, Sieben CJ, Baker DJ, van Deursen JM. Penuaan seluler pada penuaan dan penyakit ginjal. Nat PdtNefrol. 2017;13(2):77–89.

23. Coppé JP, Desprez PY, Krtolica A, Campisi J. Fenotipe sekretori terkait penuaan: sisi gelap dari penekanan tumor. Annu Rev Pathol. 2010;5:99–118.

24. Demaria M, dkk. Peran penting sel-sel tua dalam penyembuhan luka yang optimal melalui sekresi PDGF-AA. Sel Pengembang.2014;31(6):722–733.

25. Ray P, De A, Min JJ, Tsien RY, Gambhir SS. Pencitraan ekspresi gen reporter multimodalitas tri-fusi pada subjek hidup. KankerRes. 2004;64(4):1323–1330.