Emodin regulerer MiR-21-medieret autofagi for at afhjælpe oxidative skader på nyrerne hos mus med diabetesnefropati
Diabetesnefropati (DN) er den mest almindelige alvorlige sekundære glomerulære sygdom ved diabetes og den almindelige årsag til kronisk nyresvigt. For højt blodsukker kan udløse oxidativ stress i nyrerne, hvilket fører til ophobning af reaktive iltarter (ROS) i nyrernes indre celler. Dette kan forårsage oxidativ skade på podocytter, endotelceller, rørformede epitelceller og mesangiale celler, hvilket forværrer forekomsten og udviklingen af diabetisk nefropati. Autofagi er en vigtig intern nedbrydningsmekanisme, som opretholder stabiliteten i det intracellulære miljø i eukaryote celler. Den virker ved at nedbryde lysosomale proteiner, rydde beskadigede strukturer eller overudtrykte proteiner og deltage i opretholdelsen af cellefornyelse og homeostase. De patologiske og fysiologiske processer i DN er tæt forbundet med stress i det endoplasmatiske retikulum, mitokondriel dysfunktion og inflammatorisk respons. Autofagi fjerner fejlfoldede proteiner og beskadigede organeller, fremmer autofagosomdannelse og autofagi-lysosomfusion og afhjælper endoplasmatisk retikulumstress og celleapoptose. ROS genereret under oxidativ stress kan fremkalde autofagi, som kan fjerne frie radikaler og afhjælpe oxidativ stressskade på nyrevæv og celler. Autofagi er en vigtig overlevelsesfremmende mekanisme for celler. Effektiv induktion af autofagi og kontrol af den inflammatoriske proces er effektive strategier til behandling af DN.

I de senere år har undersøgelser vist, at mikroRNA'er (miRNA'er) udtrykkes unormalt hos DN-patienter og deltager i patologiske processer såsom mesangial ekstracellulær matrix (ECM) aggregering og podocytskade, især mikroRNA-21 (miR-21), som er blevet et varmt forskningsemne. MiR-21 er vidt udbredt og regulerer celledifferentiering, proliferation og apoptose. Flere undersøgelser i ind- og udland har vist, at serumkoncentrationen af miR-21 hos DN-patienter er betydeligt højere end hos normale individer, og miR-21 er positivt korreleret med renal tubulointerstitiel fibrose i DN-patienters nyrevævsbiopsier. Derfor er dæmpning af miR-21 eller hæmning af dets udtryk af stor betydning for at hæmme langsigtede eller kortsigtede komplikationer af diabetes. MiR-21 er blevet rapporteret at regulere cellulær autofagi ved at modulere signalveje som Akt/mTOR og PTEN. Der er dog ingen rapporter om reduktion af oxidativ nyreskade i diabetesnefropati ved at regulere miR-21-medieret autofagi.

Emodin (EM) er en effektiv aktiv ingrediens i Polygonaceae-planterne Rheum palmatum L., Rheum tanguticum Maxim. ex Balf. og Rheum officinale Baill. Det tilhører anthraquinonklassen af forbindelser og har farmakologiske virkninger som antibakteriel, antiinflammatorisk, immunregulering, antitumor og forbedring af nyrefunktionen. Tidligere undersøgelser har vist, at emodin kan forsinke udviklingen af diabetisk nefropati ved at hæmme højglukoseinduceret proliferation af glomerulære membranceller og fremme apoptose af mesangiale celler. De foreløbige eksperimentelle resultater viste også, at 25 mmol/L glukose kan fremme ekspressionen af miR-21 i glomerulære mesangialceller betydeligt. Denne undersøgelse har til formål at udforske emodins mekanisme til at lindre oxidativ nyreskade hos diabetesnefropati-mus ved at regulere miR-21-medieret autofagi.

Modellen for diabetesnefropati hos mus blev induceret ved intraperitoneal injektion af kost med højt sukker- og fedtindhold plus streptozotocin. De succesfulde mus blev tilfældigt opdelt i modelgruppe, glimepiridgruppe (0,6 mg/kg/d, ig), emodin højdosisgruppe (50 mg/kg/d, ig), emodin lavdosisgruppe (25 mg/kg/d, ig) og normalgruppe (10 i hver gruppe). Efter en uges behandling blev blodsukker, nyrevægtskoefficient og patologisk morfologi målt i hver eksperimentel gruppe af mus; fluorescenssondemetoden blev brugt til at måle ROS-indholdet i nyrerne, mens Elisa-metoden blev brugt til at måle BUN-, Cr- og uAE-indholdet i nyrerne; Transmissionselektronmikroskopi blev brugt til at observere graden af autofagi i nyreceller, og Western blot blev brugt til at måle ekspressionen af P62-, Atg7- og LC3-proteiner. De repræsentative resultater er som følger.

Oxidativt stress og apoptose er blevet bekræftet i nyrevævet hos patienter med diabetesnefropati og i dyremodeller. In vitro-eksperimenter har også vist, at et højt glukosemiljø kan få podocytter til at undergå oxidativ stress, apoptose, inflammation og andre hændelser. Renale podocytter spiller en vigtig rolle i at opretholde integriteten af den glomerulære filtreringsbarriere og regulere den glomerulære permeabilitet. I denne proces er glomerulær podocyt-autofagi tæt forbundet med patogenesen af diabetesnefropati. Når podocytternes autofagiaktivitet ændres, overaktiveres eller hæmmes, kan det forårsage inflammatorisk skade på podocytter og skade på filtreringsbarrieren. I dette eksperiment observerede vi også, at podocyt-autofagien i nyrerne hos DN-mus er alvorligt utilstrækkelig, og at ROS øges betydeligt. ROS er et signalmolekyle i podocytternes mitokondrier og er det første led i forekomsten og udviklingen af diabetes og dens komplikationer. At reducere produktionen af ROS er en potentiel metode til at forhindre udviklingen af DN. Efter oral administration af emodin til mus observerede vi et signifikant fald i renal ROS og en stigning i autofagi, hvilket førte til en forbedring af en række kaskade-reaktioner, såsom en signifikant reduktion i renal inflammatorisk patologisk skade og et signifikant fald i BUN-, Cr- og uAE-niveauer. Derfor kan fremme af autofagi for at rydde højglukoseinducerede ROS i musenyrer være en vigtig mekanisme for emodin til at forbedre DN-mus. I mellemtiden observerede vi også, at Glim kan reducere niveauerne af BUN, Cr og uAE i DN-mus betydeligt. Glim er et sulfonylureabaseret hypoglykæmisk lægemiddel, som virker ved at binde sig til sulfonylurea-receptorer på overfladen af betaceller i bugspytkirtlen og frigive det ensartet og langsomt in vivo. Samtidig kan Glim øge de omgivende vævs følsomhed over for insulin og forbedre insulinresistensen. Udnyttelsen af glukose i det omgivende væv øges, og blodsukkerniveauet falder markant. Når blodsukkerstandarden er nået, falder produktionen af glykationsslutprodukter, og skaden på nyrerne reduceres.

MiR-21, som er et bredspektret gen, har vist sig at være positivt korreleret med udbruddet af diabetisk nefropati. Tidligere litteratur fra både ind- og udland har vist, at miR-21 kan deltage i forekomsten og udviklingen af diabetisk nefropati ved at formidle signalveje som TGF - β/Smad, PTEN/Akt og MMP-S/TIMPS. Med hensyn til autofagi er der også litteraturrapporter om, at miR-21 kan gribe ind i Akt/mTOR-signalvejen for at hæmme autofagi i nyrepodocytter og forværre patogenesen af diabetisk nefropati. Disse beviser tyder på, at hæmning af miR-21 og regulering af dens downstream-veje er en effektiv strategi til at forbedre DN. Denne undersøgelse observerede også, at udtrykket af miR-21 i nyrerne hos DN-mus var signifikant opreguleret sammenlignet med den normale gruppe, hvilket kan være relateret til den svækkede autofagi i nyrerne hos DN-mus. I ikke-DN-sygdomme har miR-21 også vist sig at deltage i vitale aktiviteter såsom lungefibrose, makrofager og hypoksiske ovale celler gennem negativ regulering af autofagi. Efter indgift af emodin blev udtrykket af miR-21 i nyrerne hos DN-mus signifikant nedreguleret, mens hæmningen af autofagi blev lettet. Hvorvidt emodin direkte medierer autofagi eller regulerer miR-21-medieret cellulær autofagi, skal dog bekræftes gennem målgenforudsigelsesanalyse, da nogle forskere har rapporteret, at emodin kan regulere autofagi gennem lysosomale og mitokondrielle veje, men om det er relateret til regulering af miR-21 kræver yderligere forskning.

Med hensyn til at udforske autofagi-mekanismer opdagede vi udtrykket af tre klassiske autofagi-markørproteiner, P62, Atg7 og LC3. Disse tre proteiner er nøglemedlemmer af den autofagosomale vej, som spiller en vigtig rolle i at eliminere og nedbryde beskadigede organeller, denaturerede proteiner og andre biomolekyler, og som er en vigtig reparationsmekanisme for celler. Derfor spekulerer vi i, at den øgede autofagi og genoprettelse af nyrepatologiske og fysiologiske funktioner hos DN-mus med emodin kan være relateret til den autofagosomale vej. Resultaterne viste, at ekspressionen af P62-, Atg7- og LC3-proteiner i nyrerne hos DN-mus blev opreguleret efter administration af emodin, hvilket tyder på, at emodin kan virke på den autofagiske lysosomvej i renale podocytter for at beskytte nyrerne hos DN-mus.