Rhan 1 Heme Oxygenase 1: Cyfryngwr Amddiffynnol mewn Clefydau Arennau

Rhan 1

Anne Grunenwald¹, Lubka T. Roumenina¹a Marie Frimat ^2,3,*

Crynodeb:Yr achosion oarenmae afiechyd yn cynyddu, gan greu baich sylweddol ar y system gofal iechyd a gwneud y gwaith o nodi targedau therapiwtig newydd yn fwyfwy brys. Mae'r system heme oxygenase (HO) yn cyflawni swyddogaeth bwysig wrth reoleiddio straen ocsideiddiol a llid a, thrwy'r mecanweithiau hyn, credir ei bod yn chwarae rhan mewn atal anafiadau amhenodol yn dilyn methiant arennol acíwt neu o ganlyniad i glefyd cronig yn yr arennau. Mae mynegiant HO-1 yn anwythol iawn gan ystod eang o ysgogiadau yn yaren, o ganlyniad i rôl hidlo'r aren sy'n golygu bod HO-1 yn agored i ystod eang o foleciwlau mewndarddol ac alldarddol, a dangoswyd ei fod yn amddiffynnol mewn amrywiaeth o fodelau anifeiliaid niwropatholegol. Yn ddiddorol, mae effaith gadarnhaol HO-1 yn digwydd mewn clefydau sy'n cael eu dominyddu gan hemolysis a rhabdomyolysis, lle mae'rarenyn agored iawn i heme (inducer HO-1 mawr), yn ogystal ag mewn clefydau nad ydynt yn ddibynnol ar heme megis pwysedd gwaed uchel, neffropathi diabetig, neu ddilyniant i glefyd arennol cyfnod olaf. Mae hyn yn amlygu cymhlethdod swyddogaethau HO, a ddangosir hefyd gan y ffaith, er gwaethaf y doreth o ddata rhag-glinigol, nad oes unrhyw gyffur sy'n targedu HO{-1 hyd yma wedi'i drosi'n ddefnydd clinigol. Amcan yr adolygiad hwn yw asesu gwybodaeth gyfredol yn ymwneud â rôl HO{-1 yn yr aren a'i diddordeb posibl fel cyfrwng neffroprotection. Bydd yr agoriadau therapiwtig posibl yn cael eu cyflwyno, yn enwedig trwy nodi treialon clinigol sy'n targedu'r ensym hwn neu ei gynhyrchion.

Geiriau allweddol:heme-oxygenase-1; heme;aren; hemolysis; rhabdomyolysis; gwenwyndra; isgemia-atlifiad

Cyswllt:ali.ma@wecistanche.com

Budd echdynnu Cistanche ar gyfer clefyd yr arennau, cliciwch yma i gael y sampl

1. Rhagymadrodd

Nifer y bobl ledled y byd sydd â chronigarenclefyd (CKD), anaf acíwt i'r arennau (AKI), neu sydd angen therapi amnewid arennol yn fwy na 850 miliwn [1]. Mae'r achosion a ragwelir yn achos pryder, a rhagwelir y bydd CKD yn dod yn bumed prif achos marwolaeth yn y byd erbyn 2040 [2]. Derbynnir yn gyffredinol hynnyarenmae clefydau yn fater iechyd cyhoeddus arwyddocaol a bod angen ar fyrder am ddull amlfoddol i ffrwyno'r esblygiad tybiedig hwn [3]. O bwysigrwydd allweddol yw nodi targedau therapiwtig newydd, i gyfyngu ar effaith digwyddiadau arennol acíwt ac i liniaru canlyniadau gwael mewn CKD, ar draws yr ystod o etiolegau sylfaenol. Mae sawl ymgeisydd ar gyfer nephroprotection yn cael eu hastudio ar hyn o bryd [4,5]. Mae'r system heme oxygenase (HO) yn un o'r targedau y gellid ei ddefnyddio i amddiffyn strwythurau'r arennau rhag difrod a achosir gan straen ocsideiddiol, cyfyngu ar lid ac o ganlyniad cyflymu heneiddio.

Darganfuwyd HO ym 1968 gan Tenhunen a chydweithwyr, a ddisgrifiodd yn gyntaf ei allu i gataleiddio dadansoddiad heme (Fe-protoporphyrin IX) i ryddhau haearn, carbon monocsid (CO), a biliverdin, sy'n cael ei drawsnewid yn gyflym i biliverdin [6]. Disgrifiwyd dau brif isoform o HO: HO-1 anwythol a HO-2 cyfansoddol. I ddechrau dim ond yn cael ei ystyried yn system ailgylchu ar gyfer heme o gelloedd gwaed coch oed, ers hynny mae HO wedi cael ei briodoli i nifer o briodweddau cytoprotective trwy ei metabolion a signalau i lawr yr afon, gan ehangu ei ddiffiniad o "bêl llongddrylliad moleciwlaidd" i sbardun "mesmeraidd" o digwyddiadau cellog, i ddyfynnu Maines et al. [7]

Wedi'i ysgogi gan ei alluoedd gwrthocsidiol a gwrthlidiol posibl, mae HO-1 yn destun diddordeb cynyddol am ei rôl mewn gwahanol batholegau dynol. Ymhlith yr organau a astudiwyd, mae'r aren yn aml wedi'i hamlygu dros y 30 mlynedd diwethaf, yn enwedig trwy nodi rôl ar gyfer HO-1 mewn amrywiol glefydau arennol, metabolaidd a fasgwlaidd o natur acíwt a chronig [8–11] ]. Mae HO-1 yn hanfodol ar gyfer effeithlonarenswyddogaeth, fel y dangosir gan niwed i'r arennau mewn pobl â diffyg HO{-1 a chan nifer o astudiaethau anifeiliaid (a ddisgrifir isod). Mae'rarennaumae swyddogaethau ffisiolegol yn dylanwadu'n benodol ar reoleiddio HO-1. Yn wir, mae meinwe arennol yn agored iawn i hypocsia [12], un o brif yrwyr mynegiant HO-1, ac mae'n arbennig o agored i foleciwlau gwenwynig oherwydd ei swyddogaethau hidlo ac adamsugno. Mae'r nodwedd arbennig hon o fod yn organ "dadwenwyno", a rennir gyda'r afu, yn golygu bod yr aren yn agored iawn i batrymau moleciwlaidd sy'n gysylltiedig â difrod (DAMPs) a chyfryngwyr straen. Yn ddiddorol, mae'rarenyn meddu ar allu ar gyfer synthesis albwmin, protein alffa, a haptoglobin o dan ddifrod isgemig neu isgemig gwenwynig, gan danlinellu'r paralel â'r afu [13,14]. Felly, mae angen strategaethau addasu ar gelloedd arennol i gadw eu swyddogaethau a'u cyfanrwydd mewn amgylchedd mor galed. Mae'r aren yn brif safle amlygiad i heme mewn achos o hemolysis allfasgwlaidd neu rhabdomyolysis, ac felly hefyd ar gyfer ysgogi mynegiant HO-1. O dan yr amodau hyn, mae gorfynegiant HO-1 yn cael ei esbonio'n hawdd gan yr angen i gataboleiddio'r gorlwytho heme rhad ac am ddim. Fodd bynnag, mae cyfranogiad HO-1 mewn clefydau arennau yn mynd y tu hwnt i fframwaith clefydau sy'n gysylltiedig â heme, gan ddangos cymhlethdod ei fecanweithiau gweithredu sy'n ymestyn y tu hwnt i gataboledd heme yn unig [15].

Nod yr adolygiad hwn yw crynhoi'r swm mawr o ddata arbrofol a chlinigol sy'n disgrifio pwysigrwydd HO-1 yn yaren, heb anghofio bod HO-2 hefyd yn arwyddocaol: wedi'i fynegi'n gyfansoddiadol yn yr aren o dan amodau homeostatig, mae yn y llinell amddiffyn gyntaf yn erbyn isgemia a sarhad eraill, ac mae ei effeithiau cytoprotective arennol wedi'u dangos mewn protein heme- a AKI a achosir gan isgemia [16]. O'i gymharu â'r llenyddiaeth am HO-1, fodd bynnag, ychydig iawn o astudiaethau sy'n archwilio arwyddocâd swyddogaethol HO-2 mewn clefydau arennau; felly, bydd yr adolygiad hwn yn canolbwyntio ar HO-1. Ar ôl cyflwyniad cyffredinol i nodweddion HO-1 yn yr aren, byddwn yn disgrifio rôl yr ensym hwn mewn gwahanol boblogaethau celloedd arennol ac mewn clefydau arennau. O ystyried ei brif swyddogaeth o ailgylchu heme, byddwn yn mynd at y cyflyrau patholegol hyn yn ôl a oes rhyddhad enfawr o heme am ddim ai peidio. Yn olaf, bydd cymwysiadau clinigol cyfredol yn cael eu cyflwyno, gan ddatgelu'r gwahaniaeth rhwng y doreth o ddata arbrofol sydd ar gael a phrinder cymharol cymwysiadau therapiwtig.

2. Am Heme Oxygenase-1 yn yr Arennau

2.1. Pam Mae HO-1 Yn Arbennig o Bwysig i'r Arennau?

Dros yr ychydig ddegawdau diwethaf, mae rôl allweddol y system HO-1 yn pathoffisiolegarenclefydau wedi cael ei gefnogi gan nifer o astudiaethau. Yn y ddau glaf HO-1-diffygiol diweddaraf yr adroddwyd amdanynt, roedd yr aren ymhlith yr organau a niweidiwyd. Roedd gan y ddau glaf hematuria a phroteinwria.Arennaudatgelodd biopsïau gynnydd mesangial a thewhau ffocal y dolenni capilari gan ficrosgopeg golau, a datodiad endothelaidd yn y capilari glomerwlaidd gan ficrosgopeg electron [17,18]. Roedd anafiadau arennol hefyd yn bresennol yn y ddau fodel anifeiliaid a annilysu ar gyfer HMOX1, gyda rhai gwahaniaethau'n amlwg rhwng y llygoden [19] a modelau llygod mawr [20]. Mewn llygod Hmox1-/-, roedd diffyg heme oxygenase swyddogaethol yn gyfrifol am fwy o dueddiad i straen ocsideiddiol [19], gostyngiad mewn hemophagocytosis o gelloedd gwaed coch senescent gan macroffagau meinwe, mwy o hemolysis, ac ailddosbarthu haearn o splenig a hepatig. macroffagau i hepatocytes a chelloedd tiwbyn procsimol arennol [21]. Yn yr un modd, roedd llygod mawr Hmox yn arddangos anemia, splenomegaly, a ymdreiddiadau celloedd ymfflamychol rhyng-raniadol amlwg a chreithiau ffibrosis yn eu harennau. Er bod briwiau glomerwlaidd yn anecdotaidd ym model y llygoden, roedd Atsaves et al. wedi canfod cynnydd mewn matrics mesangial a briwiau glomerwlosclerosis ffocal a segmentol mewn llygod mawr Hmox1-/-. Roedd y canfyddiadau morffolegol hyn yn gysylltiedig â mwy o nitrogen wrea yn y gwaed, creatinin serwm, ac albwminwria, ond yn ddiddorol nid oedd unrhyw gynnydd mewn dyddodion haearn yn y glomeruli, tiwbiau, neu interstitium [20].

Mae difrod arennol digymell mewn modelau dynol ac anifeiliaid a annilysu ar gyfer HMOX yn awgrymu bod HO-1 yn bwysig ar gyfer gweithrediad arennol effeithlon. Mae rôl amddiffynnol arennol yr ensym hwn wedi'i chadarnhau mewn modelau lluosog o her arennol mewn amodau annilysu/ataliaeth HO-1 neu orfynegiant [22]. Fodd bynnag, mae'r gwahaniaethau histolegol a ddyfynnwyd uchod yn dangos yr anawsterau o drawsnewid canlyniadau o un rhywogaeth i'r llall. Disgrifir gwahaniaethau mewn rheoleiddio HO-1 rhwng bodau dynol a llygod yn dda, sy'n cymell y genhedlaeth o lygod trawsenynnol HHO-1 BAC dynol [23]. Yn y model hwn, mae HO-1 wedi'i orfynegi, ac mae'n parhau i fod yn anhysbys a allai'r mynegiant cefndir uwch hwn guddio difrod cynnil dros gyfnodau hir o amser, neu hyd yn oed gael effeithiau andwyol ei hun.

Gwell dealltwriaeth o sut mae HO-1 yn gweithredu yn yaren, a sut mae ei fynegiant neu ei swyddogaeth yn cael ei reoli, yn hanfodol i'n dealltwriaeth oarenffisioleg a phatholeg ond mae'n bwysig (fel bob amser) cofio terfynau unrhyw astudiaeth o ran ei dehongli a'i chyfieithu: byddwn yn ceisio cynnal y safbwynt beirniadol hwn drwy gydol yr adolygiad hwn.

2.2. Rheoleiddio Mynegiant HO-1 yn yr Arennau

Mae protein HO-1 yn hollbresennol, yn cael ei hangori ym bilen y reticwlwm endoplasmig a hefyd wedi'i leoleiddio mewn niwclysau mitocondriaidd a caveolin, tra bod y genyn HO-1 (HMOX1), sy'n amgodio HO-1, wedi'i leoli ar Gromosom 22. Gall llawer o symbyliadau fodiwleiddio trawsgrifiad HMOX1, gan adlewyrchu'r sbectrwm eang o fotiffau rhwymo DNA o fewn ei hyrwyddwr a'r nifer fawr o lwybrau signalau sy'n arwain at ei drawsgrifio. Prif reoleiddiwr y genyn HMOX1 yw ffactor erythroid niwclear 2 (Nrf2), y mae ei actifadu yn dibynnu ar ei ryngweithio â phrotein sy'n gysylltiedig â math Kelch, sy'n gysylltiedig ag ECH (Keap1). Mae'r rhyngweithiad Keap-Nrf2 yn hyrwyddo diraddio Nrf2 (cyflwr iach), tra bod ansefydlogi'r cymhleth hwn yn rhyddhau Nrf2 sy'n trawsleoli i'r cnewyllyn ac yn uwchreoleiddio genynnau penodol, gan gynnwys HO-1 (cyflwr dan straen). Mae llawer o ysgogwyr neu repressors HO-1 eraill sy'n ffurfio rhwydwaith biomoleciwlaidd cymhleth (manylion mewn adolygiadau blaenorol [7,10]). Mae manylion am y rhain y tu hwnt i gwmpas yr adolygiad hwn a byddwn yn canolbwyntio yma ar nodweddion arennol-benodol mynegiant HO{-1.

Yn yaren, HO-1 mae lefelau protein yn anghanfyddadwy o dan amodau homeostatig, ac eithrio yn y tiwbiau lle mae'n parhau i fod yn isel serch hynny [24]. Mae'n hysbys bod llawer o gyflyrau straen yn uwch-reoleiddio'r trawsgrifiad arennol HO-1, gan gynnwys straen ocsideiddiol, sioc wres, hypocsia, metelau trwm, a thocsinau (a adolygwyd yn Bolisetty et al. [8]). O dan yr amodau hyn, mae mynegiant HO-1 yn parhau i fod yn heterogenaidd ymhlith y gwahanol adrannau arennol. Mae'r aren yn cynnwys dau brif faes: y cortecs allbwn a'r medwla yn y rhanbarth mwyaf mewnol. Mae'r medwla yn cynnwys y rhan fwyaf o hyd y neffronau, cydrannau swyddogaethol yr aren sy'n hidlo hylif o'r gwaed. Mae'r cortecs arennol yn cynnwys y glomerwli, y "tufts" hynny o gapilarïau lle mae plasma'n cael ei hidlo trwy'r bilen islawr glomerwlaidd. Yna mae'r hylif wedi'i hidlo yn llifo ar hyd y tiwbyn procsimol troellog i ddolen Henle, ac yna i'r tiwbyn distal troellog a'r dwythellau casglu, sy'n draenio i'r wreter (Ffigur 1). Mae hidlo glomerwlaidd ac adamsugniad hydoddion (dwy brif swyddogaeth yr aren) yn cael eu cefnogi gan lif gwaed arennol, sydd ymhlith yr uchaf yn y corff, gyda'r arennau'n derbyn tua 20 i 25 y cant o allbwn cardiaidd. O'i gymharu â'r cortecs, mae llif y gwaed i'r medwla arennol yn gymharol isel. Mae angen y gwahaniaeth hwn i alluogi mecanwaith canolbwyntio wrin effeithiol ac mae hefyd yn esbonio tueddiad penodol y medwla i ostyngiad yn llif y gwaed. O dan amodau straen, mae HO-1 felly yn cael ei fynegi'n uwch yn y medwla na'r cortecs [25]. Mae ei fynegiant yn gryf iawn mewn tiwbiau (yn enwedig tiwbiau procsimol), ond yn fach iawn neu'n absennol mewn glomeruli, fel y dangosir yn Ffigur 2 mewn cleifion hemolytig a llygod wedi'u chwistrellu â heme. Fodd bynnag, dangoswyd bod sefydlu HO-1 blaenorol o fewn y glomeruli wedi atal datblygiad dilynol glomerwloneffritis neffrotocsig mewn model llygod mawr Lewis, ond prif gynhyrchydd HO{-1 yn y glomeruli oedd y macroffagau ymdreiddiol, nid y celloedd glomerwlaidd cynhenid ​​[26]. Gallai'r gallu is hwn o glomeruli i fynegi HO-1, sy'n fecanwaith cytoprotective allweddol, esbonio sensitifrwydd arbennig glomeruli i straenwyr mewn rhai patholegau [27].

Gyda'i gilydd, mae'r data hyn yn dangos bod lefelau HO-1 fel arfer yn anganfyddadwy yn yarenond bod HO-1 yn anwythol iawn mewn tiwbiau yn ystod patholegau, yn enwedig trwy ei brif ffactor trawsgrifio Nrf2. Fodd bynnag, mae gallu glomerwli i gymell HO-1 yn is.

2.3. HO-1 a Nephroprotection

Fel HO-2, mae HO-1 yn gyrru'r ychwanegiad sy'n ddibynnol ar NADPH o foleciwl ocsigen i gylch porffyrin heme, gan gataleiddio ocsidiad heme a rhyddhau hafalaidd biliverdin, haearn rhydd, a charbon ocsid (CO). Mae'r holl ddigwyddiadau hyn yn sytoprotective trwy gael gwared ar heme rhad ac am ddim, rheoleiddio elifiant haearn, a chynyddu lefelau bilirubin a CO. Yn wir, mae effeithiau niweidiol heme rhad ac am ddim yn cael eu disgrifio'n dda, yn enwedig ar y safle fasgwlaidd trwy wenwyndra uniongyrchol, ond hefyd trwy ysgogi llwybrau signalau pro-llidiol (fel DAMPs) ac actifadu'r system ategu [28]. Yn debyg i gelloedd endothelaidd, adroddir effeithiau andwyol o'r fath gyda mathau eraill o gelloedd pan fyddant yn agored iawn i heme. Mae hyn yn wir am ffibrau cyhyr ysgerbydol dynol, lle mae dod i gysylltiad â heme yn achosi camweithrediad contractile [29], a chelloedd tiwbaidd arennol [30]. Yn ogystal, mae haearn yn arbennig o wenwynig hyd yn oed ar grynodiadau isel. Mae'n cymryd rhan yn adwaith Fenton, gan gynhyrchu hydroxyl, a gall arwain at farwolaeth celloedd gan ferroptosis, llwybr marwolaeth celloedd a nodweddir gan ostyngiad sy'n ddibynnol ar haearn mewn lefelau glutathione (GSH) a chroniad hydroperocsidau lipid i lefelau marwol [31]. Felly, adroddwyd bod cytoprotection HO-1 yn deillio, yn rhannol o leiaf, i fwy o fflwcs haearn [32], sydd ar ôl ei ryddhau naill ai'n cael ei storio mewn ferritin neu'n cael ei allforio o macroffagau i blasma ar gyfer ail-greu. -defnyddio trwy'r allforiwr fferrus transmembrane ferroportin. Mae CO yn gwrthweithio vasoconstriction ac mae ganddo briodweddau gwrthocsidiol pwerus, fel y mae biliverdin, sy'n cael ei drawsnewid yn enzymatically i bilirubin trwy biliverdin reductase [33].

Gan drawsnewid y priodweddau hyn i'r lefel arennol, mae'n hawdd deall diddordeb ymchwil mewn harneisio'r moleciwl hwn er mwyn ei drinarenclefyd. Disgrifiwyd yr effeithiau cadarnhaol ers bron i 30 mlynedd, yn dilyn gwaith Nath et al., a adroddodd fod HO-1 wedi rhoi amddiffyniad i fodel llygod mawr o fethiant arennol acíwt a achosir gan glyserol. Yn eu model, fe wnaeth un pigiad blaenorol o haemoglobin ysgogi HO-1 negesydd RNA a phrotein yn yr aren, a oedd yn atal dilyniant i fethiant arennol [34]. Ers hynny mae effeithiau nephroprotective HO-1 a'i metabolion wedi'u hadrodd mewn modelau gwahanol o glefyd arennol [8,35]. Mae pwysigrwydd posibl HO-1 yn pathogenesis clefydau'r arennau hefyd yn cael ei awgrymu gan y cysylltiad rhwng amryffurfeddau yn y genyn HO{-1 a chanlyniad arennol. Mae gan unigolion ag ailddarllediadau byrrach (GT)n yn rhanbarth hyrwyddwr HO-1 weithgarwch trawsgrifio uwch ac felly lefelau HO-1 uwch nag unigolion ag ailddarllediadau hirach (GT)n [36]. Yn ddiddorol, mae ailddarllediadau hir (GT)n wedi bod yn gysylltiedig â prognosis gwaeth mewn sawl cyd-destun, sef, risg uwch ar gyfer AKI ar ôl llawdriniaeth gardiaidd neu lai o swyddogaeth arennol ar ôl trawsblannu aren [37,38]. Fodd bynnag, nid oes tystiolaeth o effaith amddiffynnol o ailadrodd byr (GT)n ar gyfer goroesi impiad neu dderbynnydd yn dilyn trawsblaniad arennol [39], sy'n tanlinellu cymhlethdod y mecanweithiau dan sylw. Gall lefelau mynegiant HO{-1 hefyd amrywio yn ôl oedran. Roedd mynegiant arennol y genyn HO-1 yn rheoli llygod C57Bl6 wedi gostwng yn sylweddol yn 18 oed o gymharu â 3 mis oed [40]. Mewn astudiaeth arall, nid oedd mynegiant protein HO-1 yn arwyddocaol wahanol ar y llinell sylfaen rhwng llygod 6–8-wythnos oed a 1-llygod oed, ond gallu'r anifeiliaid hŷn i ddadreoleiddio HO Roedd -1 mewn ymateb i anafiadau isgemia-atlifiad (IRI) â nam (yn enwedig yn y medwla), ac roedd ganddynt swyddogaeth arennol gwaeth o gymharu ag anifeiliaid ifanc [41]. Mae'r canlyniadau hyn yn adleisio sensitifrwydd arennol bodau dynol oedrannus i gyfryngau neffrowenwynig.

I grynhoi, mae anwythiad ataliol neu enetig mynegiant HO-1 wedi'i ddangos mewn llawer o astudiaethau i roi amddiffyniad arennol. Gall gostyngiad mewn mynegiant arennol HO-1 gyfrannu at yarennausensitifrwydd i rai patholegau.

3. HO-1 mewn Poblogaethau Celloedd Arennol

Mae dadansoddiadau cymharol wedi datgelu nad yw HO-1 yn cael ei fynegi i'r un graddau ym mhoblogaethau celloedd penodol yarenar gyfer ysgogiad penodol (Ffigur 1). Yn ystod hemolysis mewnfasgwlaidd neu ym mhresenoldeb ysgogiadau straen neu gyffuriau sy'n achosi straen yn y cylchrediad, y celloedd endothelaidd yw'r celloedd cyntaf i gael eu herio gan y straenwyr systemig hyn. Os caiff y straenwr ei hidlo yn y glomeruli, yna mae'r podocytes yn agored a gallant gael eu difrodi, fel y gwelir mewn neffropathi diabetig. Ymhellach, gallai'r straenwr ddod ar draws celloedd mesangial sydd â rôl gyfrinachol ac imiwnofodiwlaidd ac sy'n cynyddu yn ystod diffyg HO-1. Yn olaf, gall y straenwr gyrraedd yr epitheliwm tiwbaidd sef y math o gell a astudiwyd fwyaf mewn perthynas â HO-1 (rhaid ystyried y tiwbynau procsimol a distal ar wahân mewn perthynas â'r epitheliwm). Celloedd epithelial tiwbaidd sydd â'r gallu mwyaf cryf i orfynegi HO-1 a dioddef yr anaf mwyaf difrifol rhag ofn ei fod yn ddiffygiol neu yn ystod hemolysis mewnfasgwlaidd a rhabdomyolysis. Mae'r adran hon yn disgrifio swyddogaethau allweddol y prif fathau o gelloedd yn yr arennau a rôl benodol HO-1 ynddynt.

3.1. Celloedd Endothelaidd

Mae'r endotheliwm yn cynnwys monolayer o gelloedd endothelaidd (EC) sy'n cyflawni swyddogaethau hanfodol yn y pibellau gwaed. Maent yn gorchuddio tu mewn pibellau gwaed ac yn cyflawni swyddogaethau rhwystr, ond maent hefyd yn gweithredu fel rhyngwyneb cyfnewid â meinweoedd cyfagos, synhwyrydd ar gyfer meinwe a straen mewnfasgwlaidd, ac fel ffynhonnell cyfryngwyr amddiffyn [42]. O'r herwydd, EC yw'r llinell gyntaf o gelloedd i ddod ar draws straenwyr sy'n cylchredeg ac mae mynegiant HO-1 yn hanfodol ar gyfer eu goroesiad, gyda chleifion diffygiol HO a modelau murine yn arddangos difrod endothelaidd helaeth [19,43]. Mae effeithiau pro-goroesiad HO{-1 yn EC yn digwydd ym mhob organ ac mae corff mawr o waith yn bodoli ynghylch ei anwythiad gan wahanol foleciwlau [44,45]. Yn ôl ei leoleiddio (mewn gwahanol organau, mewn llongau neu gapilarïau), mae strwythur, arbenigedd a swyddogaethau'r CE yn amrywio. Felly, mae gan EC o wahanol welyau fasgwlaidd broffiliau mynegiant deinamig (yn ofodol ac yn amserol) a gallai hyn esbonio eu rhan ddetholus mewn gwahanol brosesau afiechyd [42].

Yn yaren, gellir gwahaniaethu tri phrif fath o'r endotheliwm: glomerwlaidd, capilari peritubwl, ac endotheliwm llestr canolig/mawr [46], pob un â lefelau gwahanol o fynegiant neu swyddogaeth HO-1. Mae glomerwlaidd EC wedi'i "ffenestreiddio" ac wedi'i orchuddio â glycocalyx [47] sy'n gyfrifol am gyfyngu ar hynt macromoleciwl i'r siambr wrinol [48]. Er gwaethaf y glycocalyx, gall moleciwlau hydroffobig bach (ee, heme) fynd i mewn i gellbilenni ac actifadu llwybrau fflamadwy a phrothrombotig, gan gynnwys signalau TLR-4, gan hyrwyddo adlyniad celloedd gwaed a faso-occlusion (Schaer et al., 2013). Mae EC capilarïau peritubwlaidd hefyd wedi'i ffenestri ac yn gorwedd ar stroma tenau. Maent yn cludo cydrannau wedi'u hailamsugno, gan gynnal swyddogaeth celloedd epithelial tiwbaidd [46]. Yn olaf, mae endothelia llongau canolig a mawr yn gyfagos, gyda EC rhyng-gysylltiedig. Mae amrywiaeth strwythurol a swyddogaethol EC yn yr aren fel un o swyddogaethau eu lleoleiddio yn eu gwneud yn wahaniaethol sensitif i straenwyr penodol, megis moleciwlau gwenwynig neu anadlol wedi'u hidlo ar gyfer EC glomerwlaidd, hypocsia ar gyfer capilarïau periwbwl, neu newidiadau mewn straen cneifio, gydag ymatebion penodol cyfatebol i ymosodiadau o'r fath [46].

Y prif ffactorau sy'n effeithio ar fynegiant HO-1 yn EC yw hypocsia, straen cneifio, presenoldeb heme, a straenwyr sy'n cylchredeg eraill (amonia [49], S-adenosyl methionine [50], ac ati), sylweddau sy'n cylchredeg (statinau). [51], resveratrol [52], ac ati) neu gyffuriau. Mae gwasgedd rhannol ocsigen yn gostwng ar hyd y capilari peritubwl, yn enwedig o dan amodau straen gyda defnydd gormodol o O2. Yn ddiddorol, adroddwyd bod mynegiant HO-1 yn lleihau ar hypocsia tra bod mynegiant HO-2 wedi'i gadw yn wythïen umbilical dynol macro-fasgwlaidd EC (HUVEC) [53]. Fodd bynnag, mae mynegiant HO-1 yn anwythol mewn capilarïau peritubwlaidd microfasgwlaidd o dan amodau gwahanol a all achosi hypocsia (heme, Angiotensin II, ac ati). Mae straen cneifio ffisiolegol yn un o brif benderfynyddion goroesiad y CE, fel y dangosir yn vivo mewn placiau atherosglerotig carotid dynol [54] a charotidau cwningen â llai o lif gwaed [55]: mae hefyd yn cymell mynegiant o ffactorau gwrthlidiol (in vitro yn HUVEC a in vivo yn aorta cwningen [56]) a rhai fasodilatory (in vitro ac in vivo mewn llygod [57]). Yn ddiddorol, mae mynegiant HO-1 yn cael ei achosi gan straen cneifio, in vitro yn EC dynol macro-fasgwlaidd (aorta) a microfasgwlaidd (HMEC) [58], ac adroddwyd bod yr ymadrodd hwn mewn llygod mawr yn uniongyrchol gysylltiedig â lefel straen cneifio : mynegiant uwch ar lefelau llif uchel (mewn rhydwelïau), ond ei gwneud yn ofynnol i ffactorau eraill ar gyfer HO-1 gael eu mynegi ar lefelau llif isel (mewn microgynhwysydd) [59]. Hyd yn hyn dim ond mewn pibellau berfeddol y mae'r ffenomen hon wedi'i hadrodd. Fodd bynnag, os caiff y canlyniadau hyn eu gwirio mewn organau eraill, efallai y bydd yn esbonio anwythiad HO{-1 gostyngol mewn capilarïau fel EC glomerwlaidd dan straen [27]. Mae EC yn agored iawn i gynhyrchion sy'n deillio o hemolysis sytotocsig ac mae ymatebion endothelaidd i'r sarhadau hyn yn adlewyrchu heterogeneity EC. Mae EC micro-fasgwlaidd, ac yn enwedig EC glomerwlaidd, yn llai tebygol o uwch-reoleiddio HO-1 o gymharu â EC macro-fasgwlaidd, mewn vitro ac mewn model llygoden o hemolysis [27]. Mae hyn yn eu gwneud yn arbennig o agored i anaf oherwydd gwahaniaethau yn eu rheoliad cyflenwad C3 a diraddio heme o'i gymharu â macro-fasgwlaidd EC [27]. Ychydig a wyddys am gapasiti anwytho HO{-1 y CE capilarïau peritwbwl.

Mae EC macrofasgwlaidd arennol yn parhau i fod wedi'i astudio'n wael o ran mynegiant a swyddogaeth HO-1. Y model a ddefnyddir amlaf wrth astudio EC macro-fasgwlaidd yw'r wythïen umbilical dynol EC (HUVEC). Mae bod yn agored i heme yn HUVEC yn gyfrifol am drawsgludiad signal cyflym, mobileiddio cyrff endothelaidd Weibel Palade, ac actifadu NF-kB, gan roi ffenoteip pro-inflamatory a pro-thrombotig iddynt [60-62]. Fodd bynnag, mae amlygiad hirach yn caniatáu iddynt ddatblygu mecanweithiau addasu a dod yn hynod o wrthiannol i anafiadau ocsideiddiol-gyfryngol-straen a chynhyrchion perocsidiad lipid. Mae'r rhain yn cynnwys sefydlu ferritin a HO-1 [63], er bod sefydlu HO{-1 yn in vitro EC glomerwlaidd ac mewn modelau llygoden o hemolysis yn llawer gwannach [27,64]. HO-1 ymsefydlu mewn EC macro-fasgwlaidd yn arbennig actifadu cyflenwad wedi'i fodiwleiddio [27,65], mynegiant thrombomodulin mewn cyflyrau hemolysis [27] ac yng nghyd-destun septigarenanaf [66], a mynegiant moleciwlau adlyniad sy'n gysylltiedig ag actifadu EC [67].

Gyda'i gilydd, mae'r data hyn yn dangos bod yarenMae endotheliwm yn cael ei ddylanwadu'n gryf gan docsinau a straenwyr o ganlyniad i'w ffwythiant hidlo. Mae'n ymddangos bod straenwyr o'r fath yn sbarduno mecanweithiau addasu cryf mewn EC macro-fasgwlaidd sy'n caniatáu iddynt wrthsefyll sarhad i lefel benodol, yn bennaf trwy ddadreoleiddio HO-1 a'i enynnau cysylltiedig. Er bod diffyg data amlwg yn y llenyddiaeth, mae astudiaethau sydd ar gael yn awgrymu, yn wahanol i EC macro-fasgwlaidd, bod y dadreoleiddiad HO-1 hwn yn llai amlwg yn yr endotheliwm micro-fasgwlaidd glomerwlaidd, gan ei wneud yn arbennig o sensitif i straen amgylcheddol.

3.2. Podocytes

Mae podocytes yn gelloedd hyper-arbenigol sy'n cynnal y rhwystr hidlo glomerwlaidd trwy synthesis cydrannau pilen islawr glomerwlaidd (GBM) a ffurfio'r diaffram hollt trwy gysylltu prosesau eu traed â'r celloedd endothelaidd glomerwlaidd [68] (Ffigur 1). Mae eu lleoleiddio strategol, gan alluogi eu swyddogaeth hidlo, yn eu gwneud yn arbennig o sensitif i straen mecanyddol, ocsideiddiol ac imiwnolegol. Mae gan podocytes ymatebion addasol unigryw, gan gynnwys upregulation vimentin a desmin [69], neu broteinau gwrthocsidiol fel Sirtuin1 a metallothionein. Mae Sirtuin yn dadreoleiddio Nrf2, gan wella mynegiant HO-1. [70,71] Yn ddiddorol, adroddwyd bod mynegiant sirtuin-1 (ynghyd â Nrf2 a HO-1) wedi'i gynyddu gan amlygiad i gynhyrchion terfynol glyciad datblygedig [71], a HO{{14} } wedi'i ddangos i gael ei wella'n benodol mewn podocytes mewn cleifion diabetes [72]. Er bod llai wedi'i astudio, mae mynegiant HO{-1 hefyd wedi'i ddisgrifio o dan amodau hemolytig [27,73], gyda heme yn achosi mynegiant HO{-1 mewn modd dibynnol Nrf{{{{68}mewn podocytau). Yn ddiddorol, datblygodd llygod diffygiol Nrf broteinwria yn ddigymell gydag elifiad prosesau traed yn lleihau mynegiant synaptopodin a neffrin, ac apoptosis podocyte [73].

Er nad yw'r llenyddiaeth ar HO-1 mewn podocytes yn helaeth, mae'r dystiolaeth sydd ar gael yn awgrymu rôl ffisiolegol amddiffynnol ar gyfer echelin Nrf2/HO{-1 trwy gadw pedicels ac atal marwolaeth a datgysylltu podocytau. Mewn cyd-destunau patholegol, mae HO-1 yn cael ei or-fynegi fel mecanwaith amddiffyn ond gallai hefyd fod yn sgil-gynnyrch o fecanweithiau ymwrthedd dihysbyddu sy'n deillio o straen llethol, ac yn y cyd-destun hwnnw nid yw'n ddigon i atal anaf podocyte.

3.3. Celloedd Mesangial

Mae celloedd mesangial, ynghyd â'r matrics mesangial y maent yn ei gynhyrchu, yn ffurfio'r mesangium, meinwe cynnal ar gyfer y glomerulus flocwlws. Ymhlith celloedd mesangial mae celloedd imiwn, monocyte / macrophage-debyg (5 i 15 y cant), a chelloedd contractile, sy'n debyg i gelloedd cyhyrau llyfn (85 i 95 y cant) ac yn darparu cefnogaeth strwythurol a chrebachiad [74,75]. Mae Heme yn hyrwyddo amlhau celloedd cyhyrau llyfn [76] ac mae ei dderbynnydd TLR4 yn cael ei fynegi ar gelloedd mesangial [77], ond mae rôl HO-1 yn y celloedd hyn yn cael ei astudio'n wael. Dangoswyd bod ocsid nitrig (NO) yn cymell HO-1 mewn celloedd mesangial [78], mae gan gleifion diffygiol nifer ysgafn o mesangial [17,18,43], a HO{{17} } wedi cael ei dangos i fodiwleiddio amlhau celloedd mesangial trwy upregulation p21 [79]. Mae angen gwaith pellach i benderfynu a yw'r corff mawr o wybodaeth a gasglwyd ar gyfer macroffagau yn berthnasol i'r celloedd mesangial tebyg i macrophage.

3.4. Celloedd Tiwbwl

Os disgrifiwyd mynegiant HO-1 mewn tiwbiau beth amser yn ôl, dim ond yn ddiweddar y disgrifiwyd ei reoliad fel un segment penodol; Mae HO-1 hefyd yn chwarae rolau gwahanol mewn gwahanol segmentau o'r tiwbyn er mwyn cynnal swyddogaethau arennol [80].

3.4.1. Tiwbwl Procsimol

Y tiwbynau procsimol yw'r celloedd yn yarensy'n dangos y cynhwysedd uchaf ar gyfer gorfynegiant HO-1. Yn wir, dangoswyd bod celloedd epithelial tiwbaidd procsimol yn arbennig o sensitif i straen ocsideiddiol in vitro [81]. Maent yn dibynnu'n gryf ar HO-1 am amddiffyniad rhag, ac addasu i, straenwyr, fel y dangosir gan y ffaith mai anaf tiwbaidd yw'r nodwedd pathologig cardinal mewn diffyg HO{-1 dynol [82]. Prif swyddogaeth y tiwbyn procsimol arennol yw cymeriant dŵr, ïonau, asidau amino, a phroteinau wedi'u hidlo. Yn absenoldeb difrod glomerwlaidd, mae proteinau wedi'u hidlo yn bennaf o faint o dan 68kDa. Mae mewnoli proteinau, gan gynnwys rhai sy'n gysylltiedig â heme fel myoglobin neu haemoglobin, ond hefyd hemopexin, yn digwydd trwy'r derbynyddion megalin a thiwbwlin [83]. Mae'r swyddogaeth adamsugno hon yn gofyn am lawer iawn o egni (ATP) a ddarperir gan beta-ocsidiad mitocondriaidd [84]. Fodd bynnag, mae disbyddiad ATP difrifol yn arwain at anaf mitocondriaidd, gan achosi disbyddiad pellach o siopau ynni a ffurfio rhywogaethau ocsigen adweithiol [85]. Mae'r galw metabolaidd uchel hwn yn cynhyrchu cyflwr o hypocsia cymharol ym medwla'r arennau, ac mae'r tiwbiau cyfagos yn arbennig o sensitif i isgemia/atlifiad a gormodedd o heme [86,87]. Mae'r sensitifrwydd i heme hefyd yn cael ei esbonio gan fynegiant cyfansoddol TLR4 (derbynnydd heme) gan y tiwbiau procsimol [61], a chynyddir mynegiant TLR4 mewn anaf arennol isgemia-atlifiad ac anafiadau septig [77].

Er bod HO-1 yn cael ei fynegi'n wan yn unig yn yareno dan amodau arferol, mae'n anwythol iawn mewn tiwbiau procsimol o dan wahanol fathau o straen [88], proteinwria yn eu plith [80]. Gall y cydadwaith rhwng y nifer sy'n derbyn proteinau sy'n cynnwys heme, mewnlifiad heme sy'n gyrru pwysau osmotig, mynegiant TLR4, a mwy o synthesis o heme mewn tiwbiau procsimol gyda'i gilydd esbonio'r uwchreoleiddiad cryf, penodol hwn o HO-1. Awgrymwyd bod mynegiant HO-1 mewn celloedd epithelial tiwbaidd yn dibynnu'n fwy ar amlygiad gwaelodochrol i heme (o'r capilarïau peritubwl o dan amodau hemolytig) na chynnwys heme mewnluminol. Fodd bynnag, o dan amodau hypocsia a pholaredd newidiol EC arennol, adroddwyd bod dadreoleiddiad HO-1 yn dibynnu mwy ar amlygiad apical i heme [89]. Mewn celloedd epithelial tiwbaidd, mae HO-1 upregulation by heme yn dibynnu ar sefydlogi Nrf2 [90]. Mae gan HO-1 rôl ddeuol mewn EC tiwbaidd, gan ei fod ar yr un pryd yn wrthocsidydd ac yn rheolydd marwolaeth celloedd. Yn wir, mae HO-1 yn gyfrifol am upregulation p21, atalydd kinase sy'n ddibynnol ar cyclin sy'n gyfrifol am atal dilyniant cylchred celloedd, sy'n lleihau apoptosis mewn EC tiwbaidd [91,92]. Ar ben hynny, mae mynegiant HO-1 yn lleihau ferroptosis mewn celloedd tiwbaidd procsimol, marwolaeth celloedd rheoledig anapoptotig sy'n gysylltiedig â chronni rhywogaethau ocsigen adweithiol (ROS) sy'n deillio o berocsidiad lipid [93]. Yn olaf, dangoswyd bod HO{-1 yn atal awtoffagi mewn celloedd tiwbaidd procsimol [94].

Gyda'i gilydd, mae celloedd tiwbaidd procsimol yn agored iawn i anwythyddion HO mewn cyd-destunau patholegol (hidlo haemoglobin, myoglobin, cymhlygion hemopexin-heme; isgemia, hidlo cynhyrchion neu gyffuriau gwenwynig, ac ati) ac yn dibynnu ar HO{{2 }} er mwyn eu hamddiffyn, ond mae HO-1 hefyd yn arwydd o straen tiwbaidd ac anafiadau pan fydd eu gallu i addasu wedi'i lethu.

3.4.2. Tiwbwl Distal

Mae EC tiwbaidd distal ar hyd y medwla, yn enwedig yng nghorwm esgynnol trwchus dolen Henle (mTAL) a'r tiwbyn troellog distal (DCT), yn ymwneud â chrynhoi a gwanhau wrin a chynnal lefelau halen homeostatig a hydoddyn trwy mynegi gwahanol sianeli sy'n benodol i'w lleoleiddio ac is-deip cell. Yn ystod adamsugniad dŵr, mae crynodiad y tocsinau (yn enwedig heme) yn dod yn llawer uwch yn y segmentau neffron distal. Oherwydd gwasgedd rhannol ocsigen isel ar hyd y capilarïau peritubwl, mae'r EC tiwbaidd distal hyn yn arbennig o agored i hypocsia ac yn dibynnu'n fwy ar gynhyrchu ATP anaerobig, glycolytig na chelloedd procsimol. Mae gan diwbiau distal fwy o allu i oroesi ac addasu i straen hypocsig [95], gan fod yn llai sensitif i farwolaeth celloedd, yn enwedig ar ôl anaf isgemig [96].

Mae tiwbyn distal, fel tiwbiau procsimol, ond yn mynegi HO-1 yn wan ar lefel waelodol; o gael ei ysgogi, fodd bynnag, mae ei sefydlu gan heme wedi'i gwestiynu [88]. (Yn ddiddorol, gall HO-2 gael ei wella gan heme mewn tiwbiau distal [97].) Fodd bynnag, nid yw rôl HO- 1 mewn tiwbiau distal wedi'i hegluro'n llawn gan fod ei fynegiant hefyd wedi'i gysylltu â gwell swyddogaeth arennol ar ôl isgemia/atlifiad mewn trawsblaniad rhoddwr cedafarig [98], yn ogystal ag mewn CKD [99]. Gall hyn fod yn gysylltiedig â swyddogaeth adfywio celloedd epithelial tiwbaidd distal, ond mae angen astudiaethau pellach i ddisgrifio'r berthynas rhwng HO-1 a swyddogaethau celloedd epithelial tiwbaidd distal yn well.

I gloi, er bod data ynghylch tiwbiau distal yn brin, mae peth tystiolaeth yn awgrymu y gallai mynegiant HO-1 gwell roi amddiffyniad i EC tiwbyn distal.