Mechanismus der Regulierung des NLRP3-Signalwegs durch Crocin und der Hemmung des epithelialen mesenchymalen Übergangs bei der Behandlung der Diabetes-Nephropathie
Die Diabetes-Nierenerkrankung ist eine häufige Komplikation des Diabetes, die zu einer Schädigung der Struktur und Funktion der Niere führt, die sich hauptsächlich in Form einer glomerulären Mesangialdilatation, einer tubulointerstitiellen Fibrose, einer Verdickung der glomerulären Basalmembran usw. äußert und sich schließlich zu einer Nierenerkrankung im Endstadium entwickelt. Die DKD hat einen versteckten Beginn, ein schnelles Fortschreiten, einen komplexen Mechanismus und eine schlechte Prognose. Die Behandlung durch die westliche Medizin konzentriert sich hauptsächlich auf die Kontrolle des Blutzuckers, des Blutdrucks und der Blutfette, aber das Fortschreiten der Nierenerkrankung lässt sich nicht aufhalten, was die Lebensqualität der Patienten ernsthaft beeinträchtigt. Da die Häufigkeit von DKD in China von Jahr zu Jahr zunimmt, bringt DKD enorme wirtschaftliche und soziale Belastungen mit sich, und es müssen dringend wirksame Medikamente zur Behandlung von DKD entwickelt werden.
Die Wirkstoffe der traditionellen chinesischen Medizin haben erhebliche Vorteile bei der Verzögerung des Fortschreitens von DKD. Epimedium-Glykosid kann die Entzündung im Nierengewebe lindern und das Fortschreiten der diabetischen Nierenerkrankung (DKD) durch Hemmung des Nuklearfaktor-KappaB (NF-κ B)-Signalwegs verzögern. Silymarin kann den Proteinkinase-B-Stoffwechselweg (Akt) aktivieren und so die DKD verbessern. Hypericin kann die DKD bei Mäusen verbessern, indem es die Polarisierung von Makrophagen vom M1- zum M2-Phänotyp und die Differenzierung von CD4+T-Zellen in Helfer-T-Zellen 2 (Th2) und regulatorische T-Zell-Populationen (Treg) fördert. Der bioaktive Bestandteil von Süßholz, die Süßholzflavonoide, können die diabetische Nierenerkrankung (DKD) verbessern, indem sie den Eisentod und den vaskulären endothelialen Wachstumsfaktor (VEGF)/Akt/extrazelluläre signalregulierte Kinase (ERK)-Signalweg hemmen. Paeoniflorin kann verschiedene Entzündungsfaktoren wie Interleukin-1 beta (IL-1 β) hemmen, die Proteinexpression der phosphorylierten Januskinase 2 (p-JAK2) und des phosphorylierten Signaltransducers und Aktivators der Transkription 3 (p-STAT3) in Nierenzellen herunterregulieren, die Entzündung des Nierengewebes und die Autophagie-Reaktion lindern und die Nieren schützen.
Crocin (CRO) ist der Hauptwirkstoff der traditionellen chinesischen Medizin Safran, der verschiedene Wirkungen wie entzündungshemmende und antioxidative Eigenschaften hat. Studien haben ergeben, dass CRO die DKD durch Hemmung von oxidativem Stress und Entzündungsreaktionen lindern kann. Es gibt auch Studien, die zeigen, dass CRO die Aktivierung des NLRP3-Signalwegs in Herzmuskelzellen hemmen kann. Es ist jedoch unklar, ob es DKD behandeln kann, indem es die Aktivierung von NOD like receptor thermal protein domain associated protein 3 (NLRP3) hemmt und den epithelialen mesenchymalen Übergang (EMT) unterdrückt. Daher wurde in dieser Studie ein DKD-Mausmodell erstellt, um die therapeutische Wirkung von CRO auf DKD-Mäuse zu untersuchen, und der Mechanismus von CRO bei der Behandlung von DKD aus der Perspektive von EMT und NLRP3-Wegen untersucht.

DKD ist eine durch Diabetes verursachte mikrovaskuläre Erkrankung, die zu Glomerulosklerose, Verdickung der Basalmembran und Fibrose des Niereninterstitiums führt. Sie ist eine wichtige Ursache für Nierenerkrankungen im Endstadium. Die von Jahr zu Jahr steigende Inzidenzrate hat sich zu einer ernsten medizinischen Belastung entwickelt. Die Verwendung von Tiermodellen zur Untersuchung der Nierenerkrankung trägt zur Entwicklung neuer Medikamente bei, wodurch die Lebensqualität der Patienten verbessert und die soziale Belastung verringert wird. Die Kombination von HFD-Diät und STZ-Injektion ist eine klassische Methode zur Modellierung von DKD, und nach erfolgreicher Modellierung sind die Symptome denen von DKD-Patienten ähnlich. Das Prinzip beruht hauptsächlich auf der Induktion von Insulinresistenz bei Mäusen durch HFD-Diät und der Induktion von Betazellnekrose in der Bauchspeicheldrüse und Nierenschäden durch STZ-Injektion. 24-Stunden-UTP, Cr und BUN werden üblicherweise zur Bewertung der glomerulären Filtrationsfunktion verwendet, und erhöhte Werte weisen auf eine Nierenfunktionsstörung hin. In dieser Studie zeigten DKD-Mäuse schwere Nierenschäden, einschließlich vergrößerter Glomeruli und entzündlicher Infiltration des tubulointerstitiellen Nierengewebes, begleitet von Fibrose, was auf eine erfolgreiche Modellierung hindeutet. Nach der CRO-Behandlung verbesserten sich die oben genannten Symptome, wobei die hochdosierte CRO-Behandlung die signifikanteste Verbesserung bewirkte und der Grad der Verbesserung dem des positiven Medikaments MCC950 ähnlich war. Andere Studien haben gezeigt, dass eine CRO-Behandlung in einer Dosis von 25mg/kg die Bleomycin-induzierte Lungenfibrose wirksam verbessern kann.
EMT ist die unmittelbare Ursache von Nierenfibrose und Proteinurie und spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von DKD. Studien haben gezeigt, dass CRO die EMT in der Leber hemmen kann, um die Leberfibrose zu verbessern. In dieser Studie wird daher weiter untersucht, ob CRO die renale EMT verbessern kann. In dieser Studie wurde die Expression von E-cad in den Nieren von DKD-Mäusen herunterreguliert, während die Expression von VIM, α-SMA und TGF-β 1 hochreguliert war, was auf eine Verschlimmerung der EMT in den Nieren von DKD-Mäusen hinweist. E-Cad ist der Hauptmarker der Epithelzellen, der eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Polarität der Epithelzellen und der interzellulären Adhäsion spielt. Interstitielle Zellen exprimieren hauptsächlich VIM, α-SMA und TGF-β 1, von denen TGF-β 1 eine starke pro-fibrotische Wirkung hat. Zahlreiche Studien haben bestätigt, dass TGF - β 1 im Nierengewebe von DKD stark exprimiert wird. Während des EMT-Prozesses führt die Abnahme oder das Verschwinden von Epithelzelladhäsionsmolekülen und Zytoskelettkomponenten zu einer phänotypischen Transformation von Epithelzellen, die Marker von Stromazellen erhalten. Unter verschiedenen Verletzungsstimuli durchlaufen differenzierte Epithelzellen eine phänotypische Transformation und bilden eine große Anzahl von Fibroblasten und Myofibroblasten, was die Entwicklung einer Nierenfibrose fördert. Die Ergebnisse dieser Studie zeigten, dass CRO die Expression von E-Cad hochregulieren und die Expression von VIM, α-SMA und TGF-β 1 herunterregulieren kann und eine gute hemmende Rolle bei der Entwicklung von Nieren-EM spielt. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass CRO die EMT in Tumorzellen über den MAPK/ERK-Weg hemmt. MAPK/ERK ist auch ein wichtiger Faktor, der bei der diabetischen Nierenerkrankung zur Nierenfibrose führt. In Zukunft kann die hemmende Wirkung von CRO auf die MAPK/ERK-induzierte Nierenfibrose weiter erforscht werden, um neue Angriffspunkte für CRO zur Hemmung der EMT zu finden.
Die Läsionen der EMT sind dynamisch und reversibel, und Studien haben gezeigt, dass der NLRP3-Signalweg an der Regulierung des Phänotypwechsels beteiligt ist. In dieser Studie wurde das NLRP3-Inflammasom in den Nieren von DKD-Mäusen stark exprimiert, was die Entzündungsreaktion in den Nieren von DKD-Mäusen verschlimmerte. Das NLRP3-Inflammasom ist ein Multiproteinkomplex, der aus NLRP3, ASC und Caspase-1 besteht. Ein aktiviertes NLRP3-Inflammasom spielt eine wichtige Rolle bei der Entstehung von DKD. Wenn NLRP3 aktiviert wird, fördert es den Zusammenschluss von NLRP3-Inflammasom-Komponenten (NLRP3, ASC, Caspase-1) und aktiviert dadurch pro-Caspase-1 zur Bildung von aktiver gereinigter Caspase-1, die die Entzündungsfaktoren IL-1 β und IL-18 spaltet und reifen lässt. Reifes-IL-1 β kann die Synthese von TGF - β 1 stimulieren, das ein Schlüsselfaktor bei der Entwicklung von EMT ist. TGF - β 1 kann die Synthese verschiedener Proteinkomponenten in der extrazellulären Matrix fördern und ihren Abbau verhindern, wodurch der Prozess der Nieren-EMT verschärft und die Bildung der Nierenfibrose beschleunigt wird. Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass die Expression von α-SMA in NLRP3-Knockout-Mäusen deutlich herabreguliert ist. Eine Überexpression von NLRP3 hemmt die Expression von E-Cad und fördert die Expression von α-SMA, während VIM nachweislich die Aktivierung von NLRP3 fördert. All dies deutet darauf hin, dass es einen wechselseitigen regulatorischen Effekt zwischen NLRP3 und EMT gibt, und die Hemmung von NLRP3 kann die renale EMT deutlich abschwächen. In dieser Studie wurde festgestellt, dass die CRO-Intervention die Expression von NLRP3-Inflammasom-verwandten Faktoren wirksam hemmt und damit eine gute entzündungshemmende Wirkung hat, während sie gleichzeitig die EMT hemmt. Die Aktivierung von NLRP3 erfordert die Beteiligung von zwei Signalen. Zunächst wird der Transkriptionsfaktor NF-κ B aktiviert und dringt in den Zellkern ein, wodurch die Expression von Genen wie NLRP3 und IL-1 β (erstes Signal) gefördert wird; anschließend wird unter der Stimulation von Faktoren wie K+und ROS der Aufbau des NLRP3-Inflammasoms (zweites Signal) eingeleitet. Interessanterweise haben frühere Studien die hemmende Wirkung von CRO auf NF - κ B gezeigt. Ob CRO also NLRP3-induzierte EMT unterdrücken und DKD durch Hemmung von NF - κ B (das erste Signal) verbessern kann, kann eine zukünftige Forschungsrichtung werden. CRO kann die NLRP3-Aktivierung hemmen und die Peritonitis verbessern, indem es die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies in den Mitochondrien reduziert. Die antioxidativen und mitochondrialen Reparaturfunktionen von CRO wurden bereits in verschiedenen Modellen beschrieben. Daher ist weitere Forschung erforderlich, um zu bestätigen, ob CRO die EMT des DKD-Modells verbessern kann, indem es die mitochondriale ROS-Produktion reduziert und dadurch die Aktivierung des zweiten Signals von NLRP3 blockiert und seine Aktivierung hemmt. Darüber hinaus wurde in dieser Studie der NLRP3-Inhibitor MCC950 als Positivkontrolle ausgewählt und festgestellt, dass CRO eine ähnliche entzündungshemmende Wirkung wie MCC950 hat. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass CRO letztlich DKD lindern kann, indem es den NLRP3-Signalweg hemmt und so die EMT unterdrückt.