Shanna phenol regulerer AMPK/NOX4-vejen for at hæmme højglukoseinduceret oxidativ stress og ekstracellulær matrixakkumulering i glomerulære mesangiale celler
Diabetesnefropati (DN) er en mikrovaskulær komplikation af diabetes og en vigtig årsag til nyresvigt i slutstadiet. Unormal funktion af glomerulære mesangiale celler (GMC'er) kan fremme patologiske og fysiologiske ændringer i diabetisk nefropati. Under nyrepatologiske forhold fører langvarig hyperglykæmi til ophobning af en stor mængde reaktive iltarter (ROS) i kroppen, som aktiverer downstream-glukosesignalresponser, fremmer ophobning af ekstracellulær matrix (ECM) og direkte stimulerer unormal spredning af GMC'er. Det tyder på, at indgreb i oxidativ stress (OS) og ECM-akkumulering i GMC'er kan være en effektiv strategi til forebyggelse af diabetisk nefropati.

DN har flere patogenesemekanismer, blandt hvilke OS er en vigtig patogen faktor i DN, forårsaget af forhøjede ROS-niveauer. Den reducerede nicotinamid-adenin-dinukleotidfosfat (NADPH)-familie (NOX 1-5 og Duox 1-2) overfører elektroner til iltmolekyler gennem plasmamembranen for at generere ROS, som er en af de vigtigste kilder til ROS i DN. NADPH-oxidase 4 (NOX4) er en stærkt udtrykt subtype af NADPH i nyrerne hos DN-patienter og er hovedårsagen til høj glukoseinduceret OS-produktion i GMC'er. Forhøjede niveauer af NOX4 kan direkte forårsage glomerulær fibrose. Hvis NOX4-ekspressionen dæmpes, vil det svække udvidelsen af den glomerulære membran, glomerulosklerose og ophobning af ECM. Det er af stor betydning at afsløre den molekylære mekanisme for høj glukoseinduceret opregulering af NOX4-ekspression og de involverede opstrøms- og nedstrøms-effektorfaktorer.

Fosforylering af 5'- adenosinmonofosfataktiverede proteinkinaser (AMPK) kan blokere NOX4-ekspression induceret af højt glukoseindhold og hæmme unormal proliferation og aktivering af nyrefibroblaster. Sestriner er en vigtig stressinduceret proteinfamilie, der spiller en afgørende rolle i opretholdelsen af cellulær miljøstabilitet. Sestrin2 er et af de vigtigste medlemmer af familien og spiller en afgørende rolle i beskyttelsen af celler mod oxidativ skade ved at aktivere AMPK-fosforylering. Derudover kan AMPK være en negativ regulator af NOX-aktivering, da Sestrin2 og AMPK-aktivering kan hæmme ROS og beskytte GMC'er mod OS-invasion, hvilket indikerer, at aktivering af Sestrin2 og AMPK-fosforylering kan have en forebyggende effekt på DN.

Ophobningen af OS og ECM har vist sig at spille en vigtig rolle i patogenesen af diabetisk nefropati, så det er særligt presserende at søge efter traditionel kinesisk medicin og naturprodukter med antioxidanteffekter og svækkede DN-effekter. Flavonoider har tiltrukket sig stigende opmærksomhed fra forskere på grund af deres fremragende effekt. Kaempferol (KAE) er en flavonoidforbindelse, der har vist sig at have flere farmakologiske aktiviteter. KAE reducerer hjerteskade forårsaget af højt blodsukker ved at hæmme inflammatorisk respons og OS; Ved at hæmme RhoA/Rho-kinase-medieret inflammatorisk signalering kan DN forbedres. På nuværende tidspunkt er der relativt lidt forskning i KAE's indgriben i højglukoseinduceret GMCs OS og ECM-akkumulering ved at regulere AMPK/NOX4-vejen. Denne undersøgelse brugte en in vitro højglukosemodel af GMC'er til at undersøge virkningerne af KAE på ophobningen af OS og ECM i højglukoseinducerede GMC'er og dens beskyttelsesmekanisme mod DN.

Forhøjet blodsukkerniveau anses for at være den vigtigste faktor for nyrefunktion og patologiske ændringer i diabetesnefropati. På grund af ligheden i fænotype mellem mesangiale celler dyrket i HG-miljø og DN-patienter undersøgte vi i dette eksperiment den beskyttende virkning af KAE på HG-induceret GMC-skade in vitro. Resultaterne viste, at KAE hæmmede HG-induceret GMC-celleproliferation, OS og ECM-akkumulering ved at regulere AMPK/NOX4-vejen.

De tidlige karakteristika ved DN er unormal spredning af mesangiale celler og overdreven aflejring af ECM, hvilket normalt fører til mesangial spredning, nyrefibrose og nyreskade i slutstadiet. Kollagen, fibronektin (FN) og laminin er hovedkomponenterne i ECM, som hovedsageligt syntetiseres under høj blodsukkerstimulering. I DN er TGF - β 1 et vigtigt cytokin, der er involveret i ophobningen af renal ECM. Under normale fysiologiske forhold kan forskellige celler i kroppen udskille inaktiv TGF - β 1; I et miljø med højt glukoseindhold kan den inaktive TGF - β 1 omdannes til en aktiv tilstand, der fremmer ophobningen af glomerulær ECM ved at øge udtrykket af ECM-gener (såsom Col IV) og reducere ECM-nedbrydningen. Hæmning af TGF - β 1 kan svække de højglukoseinducerede ændringer i ECM-genekspression og derved reducere ECM-akkumulering i DN. Resultaterne viste, at i højglukosestimulerede GMC-celler blev mRNA- og proteinniveauerne af TGF - β 1 og Col IV signifikant forøget, mens KAE-behandling kunne reducere deres udtryk, hvilket indikerer, at KAE kunne spille en antidiabetesrolle ved at reducere ophobningen af ECM og fremme dets nedbrydning.

Patogenesen af DN er relateret til forekomsten af OS, som kan aktivere flere signalveje i cellerne og stimulere transkriptionsfaktorer, hvilket fører til øget ECM-akkumulering og reduceret matrixnedbrydning. HG-induceret ROS-generering kan forstyrre balancen mellem oxidanter og antioxidanter, forstyrre antioxidantforsvarssystemer og føre til skade på GMC'er. Baseret på dette spiller den overdrevne produktion af ROS en vigtig rolle i patogenesen af diabetisk nefropati. Under patologiske forhold kræver ROS-clearance fælles involvering af enzymatiske og ikke-enzymatiske systemer, såsom SOD og MDA. SOD er et antioxidant metalloenzym, der spiller en vigtig rolle i opretholdelsen af balancen mellem oxidation og antioxidation ved at katalysere dismutationen af superoxidanioner og hydrogenperoxid. MDA har en indvirkning på antioxidantforsvarssystemet, da MDA-niveauer er direkte korreleret med membranlipidperoxidationsniveauer i GMC'er. Resultaterne viste, at KAE kan øge SOD-aktiviteten og reducere MDA-indholdet i HG-inducerede GMC'er, hvilket indikerer, at KAE har potentielle antioxidantegenskaber.

ROS-transduktion og øget glukosesignalering betragtes som vigtige patogene faktorer, der fremmer udviklingen af diabetisk nefropati. Der er mange kilder til ROS i nyrerne, og NADPH-oxidase-undertypen af NOX-familien er hovedsageligt relateret til diabetesnefropati. Indtil videre har undersøgelser fundet syv undertyper af NOX-familien, hvoraf NOX4 er stærkt udtrykt i rotte- og museglomeruli, podocytter og rørformede celler. Normalt binder NOX4 sig til den transmembrane underenhed (p22phox) for at danne et aktivt kompleks, som er ansvarlig for dets biologiske funktion. Opreguleringen af NOX4 er forbundet med stigningen af FN og TGF - β 1 i mesangiale celler og rørformede celler, der udsættes for HG. NOX4 er forbundet med TGF - β 1-induceret ECM-akkumulering i fibroblaster, hvilket bidrager til deres differentiering til fibrotiske fibroblastfænotyper. NOX4 har vist sig at formidle en stigning i mesangial hypertrofi og FN-forhøjelse under angiotensin II-behandling. Overdreven ophobning af OS og ECM kan føre til nyreskader og anses for at være en vigtig årsag til DN. For at undersøge forholdet mellem OS, ECM-akkumulering og NOX blev Western blot og qRT PCR brugt til at måle protein- og mRNA-niveauerne af NOX4-undertyper, der er stærkt udtrykt i DN. Forskning har vist, at eliminering af NOX4-aktivitet fører til et fald i OS og ECM i HG-inducerede GMC'er. Resultaterne af dette eksperiment er i overensstemmelse med tidligere undersøgelser. HG opregulerer mRNA- og proteinudtrykket af NOX4 og p22phox, hvilket stimulerer genereringen af ROS, TGF - β 1 og Col IV i GMC'er. Brugen af KAE og dæmpning af NOX4 og p22phox kan hæmme ophobningen af OS og ECM, hvilket indikerer, at den antioxidante effekt af KAE reguleres gennem NOX4/p22phox-vejen.

Sestrins-familien består af en gruppe stressinducerede proteiner, der er involveret i intracellulær stabilitetsregulering, som er en af de antioxidative forsvarsmekanismer og har to forskellige biologiske aktivitetsfunktioner. For det første kan hæmning af ROS-akkumulering for at udøve antioxidanteffekter involvere regulering af antioxidante transkriptionsfaktorer. For det andet fungerer sestriner som feedback-hæmmere af mTORC1 ved at aktivere AMPK eller hæmme Rag GTPaser. AMPK er en vigtig metabolisk sensor, der er bredt udtrykt i næsten alle eukaryote celler. Forskning har vist, at under HG-betingelser hæmmer Sestrin2 og AMPK-aktivering NOX4-induceret ROS-akkumulering i GMC'er. AMPK-phosphorylering hæmmer ROS-produktion og ECM-akkumulering i humane mesangialceller. Derudover kan AMPK-phosphorylering hæmme ophobningen af TGF - β 1 i urin, undertrykke mesangial matrixudvidelse og reducere kollagenaflejring i DN-musemodeller. Flere og flere undersøgelser tyder på, at AMPK er tæt forbundet med NOX-aktivitet i DN. I dette eksperiment blev det konstateret, at KAE signifikant hæmmede HG-induceret celleproliferation, ROS-produktion, NOX4, TGF - β 1 og Col IV-ekspression ved at opregulere AMPK. Derudover vendte forbindelse C den beskyttende virkning af KAE på HG-induceret OS og ECM-aflejring i GMC'er.

Sammenfattende viser denne undersøgelse, at KAE har en beskyttende effekt på HG-induceret ophobning af GMCs OS og ECM ved at regulere AMPK/NOX4-vejen. Det forventes, at KAE kan tjene som et potentielt kandidatlægemiddel eller en ledende forbindelse til forebyggelse og behandling af DN.