Untersuchung des molekularen Mechanismus der durch Aristolochiasäure ausgelösten akuten Nierenschädigung I
Aristolochiasäure (AA) ist ein natürlicher Bestandteil der Aristolochiaceae-Pflanzen und hat unter anderem tumorhemmende, infektionshemmende und entzündungshemmende Wirkungen. Traditionelle chinesische Arzneimittel und Patentarzneimittel, die AA enthalten, sind in der klinischen Praxis weit verbreitet, darunter Aristolochia, Fangji, Zinnoberrot, Asarum und Shanci-Pilz von Asarum sowie traditionelle chinesische Patentarzneimittel und einfache Präparate wie Compound Weitong-Kapseln, Chuanxiling-Kapseln, Shisanwei Shugan-Kapseln. Studien haben auch gezeigt, dass die Exposition gegenüber AA mit einem hohen Risiko für die Entwicklung von Nierenerkrankungen und Krebs der oberen Harnwege verbunden ist; Aristolochiasäure I (AAI), einer der Hauptbestandteile von AA, ist ebenfalls nephrotoxisch und karzinogen; die langfristige Einnahme von traditioneller chinesischer Medizin, die solche Substanzen enthält, kann Aristolochiasäure-Nephropathie (AAN) verursachen. Es gibt zahlreiche Studien über die Nephrotoxizität von AAI, aber es gibt nicht viele Berichte, die den toxischen Mechanismus umfassend beschreiben und sich meist auf bestimmte Zellen oder Signalwege konzentrieren. Daher ist eine weitere Erforschung des Toxizitätsmechanismus von AAI noch erforderlich. Das Transkriptom ist die Summe aller Gentranskriptionsprodukte in einer Zelle, und die Transkriptomik ist die Untersuchung des Transkriptoms, die RNA-bezogene Themen wie Transkription, Expression und Funktion umfasst. Um ein umfassenderes Verständnis des Mechanismus der AAI-Nephrotoxizität zu erlangen, wurde in dieser Studie die IIIumina-Hochdurchsatz-Sequenzierungsplattform verwendet, um die transkriptomische Sequenzierung von Nierengewebe, die differentielle Expression und die GO/KEGG-Anreicherungsanalyse durchzuführen, um den molekularen Mechanismus der AAI-induzierten Nephrotoxizität zu klären.

 

Über die toxischen Wirkungen von AA wurde bereits in den 1990er Jahren berichtet und anschließend von der Internationalen Agentur für Krebsforschung der Weltgesundheitsorganisation als Karzinogen erster Klasse eingestuft. Gegenwärtig hat China die Verwendung von Heilkräutern mit hohem AA-Gehalt wie Guangfangji und Guanmutong verboten, während Pflanzen der Aristolochiaceae mit relativ geringem AA-Gehalt und deren Zubereitungen weiterhin in der klinischen Behandlung verwendet werden. AAI ist der Hauptbestandteil von AA, und der Gehalt an AAI variiert zwischen den verschiedenen chinesischen Heilpflanzen. So beträgt der AAI-Gehalt in Asarum etwa 10 μ g/g, während der AAI-Gehalt in Cinnabar Lotus zwischen 0,9386 und 3,5675 mg/g liegt. Wenn Zinnober-Lotus klinisch mit 5-10 g verabreicht wird, erreicht die AAI-Menge zwischen 9,386-35,675 mg. Dieser Artikel bezieht sich auf die Forschung anderer. Nach 5-tägiger Verabreichung von AAI (20mg/kg) zeigten Mäuse signifikante Nierenschäden: Blutkreatinin und Harnstoffstickstoff stiegen beide signifikant an; glomeruläres Ödem, glomeruläre Konsolidierung und Ablösung proximaler Tubulusepithelzellen.
Die RNA-Sequenzierung ist eine Technologie, die auf der Hochdurchsatz-Sequenzierung basiert, um eine Hochdurchsatz-Sequenzierungsanalyse der gesamten mRNA in Gewebezellen durchzuführen. In dieser Studie wurde die RNA von AAI-behandeltem Mäusenierengewebe mittels Transkriptomik analysiert und insgesamt 4975 Gene gefunden, die im Vergleich zur normalen Gruppe unterschiedlich exprimiert wurden. Darunter wurden 2511 Gene hochreguliert und 2464 Gene herunterreguliert. Die 5 am stärksten differenziell exprimierten Gene waren kap Spp1、Aldh1a2、Serpine1、Tnc。
Kap ist ein renales androgenregulatorisches Protein, das in proximalen Tubuluszellen der Niere hochspezifisch und streng reguliert ist. Studien haben gezeigt, dass die Interaktion zwischen Kap und Cyclophilin B proximale Tubuluszellen vor der Toxizität von Cyclosporin A schützen kann. SPP1, auch bekannt als Osteopontin, ist ein chemokinähnliches Phosphoglykoprotein der extrazellulären Matrix, das mit der Immunregulation, der Tumorentstehung und der Zellsignalisierung in Verbindung gebracht wird. Studien haben ergeben, dass eine Hochregulierung von SPP1 den NF-κ-B-Signalweg aktivieren kann, um die Krebsprogression zu fördern. Aldh1a2 gehört zur Familie der Aldehyddehydrogenase 1 und ist an der Synthese von endogener all-trans-Retinsäure (ATRA) während der Nierenentwicklung beteiligt. Als aktiver Metabolit von Vitamin A spielt ATRA eine wichtige Rolle bei der Zellproliferation, -differenzierung und -apoptose. Serpin 1 ist ein Plasminogenaktivator-Inhibitor vom Typ 1. Viele Studien haben gezeigt, dass Serpin 1 bei Krebserkrankungen wie Plattenepithelkarzinomen der Mundhöhle, Speiseröhrenkarzinomen, Blasenkarzinomen usw. eine abnorme Expression aufweist. Tnc ist ein großmolekulares Glykoprotein der extrazellulären Matrix (ECM), das während der Embryonalentwicklung stark ausgeprägt ist. Es kann an ECM-Strukturproteine und Zelloberflächenrezeptoren (wie EGFR, Integrin) binden, nachgeschaltete Signalwege aktivieren und die Zelladhäsion, Diffusion, Migration und Proliferation regulieren. Studien haben gezeigt, dass Tnc die Hauptkomponente ist, die die Fibroblastenproliferation fördert und eine Schlüsselrolle bei der Nierenfibrose spielt. Bei einer akuten Nierenverletzung kann Tnc jedoch auch induziert werden, wodurch die Wnt/β-Catenin-Signalübertragung zum Schutz der Nieren verstärkt wird. Es gibt nur wenige Berichte über die Korrelation zwischen den oben genannten Genen und der AAI-Nephrotoxizität.
Die Gene, die bei AAI-Nephrotoxizität unterschiedlich exprimiert werden, sind hauptsächlich in GO-Klassifikationen wie dem Stoffwechsel kleiner Moleküle, extrazellulärem Matrixgewebe und Immunreaktionen unter Beteiligung von Neutrophilen signifikant angereichert. Die KEGG-Analyse zeigte, dass die unterschiedlich exprimierten Gene an den JAK-STAT- und NF-κ-B-Signalwegen, der Peroxidationsreaktion, der Glykolyse/Glukoneogenese und der Insulinresistenz beteiligt sind; eine signifikante Anreicherung wurde bei den Abbauwegen von Valin, Leucin und Isoleucin beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass die durch AAI verursachte Nephrotoxizität mit Stoffwechselwegen wie Entzündungsreaktion, oxidativem Stress und Glukosestoffwechsel zusammenhängen könnte.
Angesichts der erheblichen toxischen Nebenwirkungen von AAI auf die Nieren ist es wichtig, die Nierenfunktion während der klinischen Anwendung von traditionellen chinesischen Arzneimitteln, die Aristolochiasäure enthalten, wie Qingmu Xiang, Zhusha Lian und Xungufeng, zu überwachen.