Emodin reguliert die MiR-21-vermittelte Autophagie, um oxidative Nierenschäden bei Mäusen mit Diabetes-Nephropathie zu lindern
Die Diabetesnephropathie (DN) ist die häufigste schwerwiegende glomeruläre Folgeerkrankung von Diabetes und die häufigste Ursache für chronisches Nierenversagen. Ein übermäßiger Blutzuckerspiegel kann oxidativen Stress in den Nieren auslösen, der zur Ansammlung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) in den intrinsischen Zellen der Nieren führt. Dies kann zu oxidativen Schäden an Podozyten, Endothelzellen, Tubulusepithelzellen und Mesangialzellen führen und das Auftreten und die Entwicklung der diabetischen Nephropathie verschlimmern. Die Autophagie ist ein wichtiger interner Abbaumechanismus, der die Stabilität der intrazellulären Umgebung in eukaryontischen Zellen aufrechterhält. Sie baut lysosomale Proteine ab, beseitigt beschädigte Strukturen oder überexprimierte Proteine und trägt zur Zellerneuerung und Homöostase bei. Die pathologischen und physiologischen Prozesse der DN stehen in engem Zusammenhang mit Stress des endoplasmatischen Retikulums, mitochondrialer Dysfunktion und Entzündungsreaktionen. Die Autophagie beseitigt fehlgefaltete Proteine und beschädigte Organellen, fördert die Bildung von Autophagosomen und die Fusion von Autophagie und Lysosomen und mildert den Stress des endoplasmatischen Retikulums und die Apoptose der Zellen. ROS, die unter oxidativem Stress entstehen, können Autophagie auslösen, die freie Radikale beseitigen und Schäden durch oxidativen Stress an Nierengewebe und -zellen abmildern kann. Die Autophagie ist ein wichtiger Mechanismus zur Förderung des Überlebens von Zellen. Die wirksame Induktion der Autophagie und die Kontrolle des Entzündungsprozesses sind wirksame Strategien zur Behandlung von DN.

In den letzten Jahren haben Studien gezeigt, dass microRNAs (miRNAs) bei DN-Patienten abnormal exprimiert werden und an pathologischen Prozessen wie der Aggregation der mesangialen extrazellulären Matrix (ECM) und der Verletzung von Podozyten beteiligt sind, insbesondere die microRNA-21 (miR-21), die zu einem wichtigen Forschungsthema geworden ist. MiR-21 ist weit verbreitet und reguliert die Zelldifferenzierung, -proliferation und -apoptose. Mehrere Studien im In- und Ausland haben ergeben, dass die Serumkonzentration von miR-21 bei DN-Patienten deutlich höher ist als bei gesunden Menschen und dass miR-21 positiv mit der tubulointerstitiellen Fibrose in Nierengewebebiopsien von DN-Patienten korreliert ist. Daher ist es von großer Bedeutung, miR-21 zum Schweigen zu bringen oder seine Expression zu hemmen, um langfristige oder kurzfristige Komplikationen von Diabetes zu verhindern. Es wurde berichtet, dass MiR-21 die zelluläre Autophagie durch die Modulation von Signalwegen wie Akt/mTOR und PTEN reguliert. Es gibt jedoch keinen Bericht über die Verringerung oxidativer Nierenschäden bei Diabetes-Nephropathie durch die Regulierung der miR-21-vermittelten Autophagie.

Emodin (EM) ist ein effektiver Wirkstoff in den Polygonaceae-Pflanzen Rheum palmatum L., Rheum tanguticum Maxim. ex Balf. und Rheum officinale Baill. Er gehört zur Klasse der Anthrachinonverbindungen und hat pharmakologische Wirkungen wie antibakterielle, entzündungshemmende, immunregulierende, antitumorale und die Nierenfunktion verbessernde Eigenschaften. Frühere Studien haben ergeben, dass Emodin das Fortschreiten der diabetischen Nephropathie verzögern kann, indem es die durch hohe Glukose induzierte Proliferation der glomerulären Membranzellen hemmt und die Apoptose der Mesangialzellen fördert. Die vorläufigen experimentellen Ergebnisse zeigten auch, dass 25 mmol/L Glukose die Expression von miR-21 in glomerulären Mesangialzellen signifikant fördern kann. Diese Studie zielt darauf ab, den Mechanismus von Emodin bei der Linderung von oxidativen Nierenschäden bei Mäusen mit Diabetes-Nephropathie durch Regulierung der miR-21-vermittelten Autophagie zu untersuchen.

Das Modell der Diabetes-Nephropathie bei Mäusen wurde durch intraperitoneale Injektion einer zucker- und fettreichen Diät plus Streptozotocin induziert. Die erfolgreichen Mäuse wurden nach dem Zufallsprinzip in die Modellgruppe, die Glimepirid-Gruppe (0,6 mg/kg/d, ig), die Emodin-Hochdosisgruppe (50 mg/kg/d, ig), die Emodin-Niedrigdosisgruppe (25 mg/kg/d, ig) und die Normalgruppe (10 in jeder Gruppe) unterteilt. Nach einer einwöchigen Behandlung wurden der Blutzucker, der Gewichtskoeffizient der Nieren und die pathologische Morphologie in jeder Versuchsgruppe von Mäusen gemessen; die Fluoreszenzsondenmethode wurde zur Messung des ROS-Gehalts in den Nieren verwendet, während die Elisa-Methode zur Messung des BUN-, Cr- und uAE-Gehalts in den Nieren verwendet wurde; die Transmissionselektronenmikroskopie wurde zur Beobachtung des Grads der Autophagie in den Nierenzellen verwendet, und der Western Blot wurde zur Messung der Expression der Proteine P62, Atg7 und LC3 verwendet. Die repräsentativen Ergebnisse sind wie folgt.

Oxidativer Stress und Apoptose wurden im Nierengewebe von Patienten mit Diabetesnephropathie und in Tiermodellen nachgewiesen. In vitro-Experimente haben außerdem ergeben, dass ein hoher Glukosegehalt die Podozyten zu oxidativem Stress, Apoptose, Entzündungen und anderen Vorgängen veranlassen kann. Nierenpodozyten spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Integrität der glomerulären Filtrationsbarriere und der Regulierung der glomerulären Permeabilität. In diesem Prozess ist die Autophagie der glomerulären Podozyten eng mit der Pathogenese der Diabetesnephropathie verbunden. Wenn die Autophagieaktivität der Podozyten verändert, überaktiviert oder gehemmt wird, kann dies zu entzündlichen Schäden an den Podozyten und zur Beschädigung der Filtrationsbarriere führen. In diesem Experiment haben wir auch beobachtet, dass die Autophagie der Podozyten in der Niere von DN-Mäusen sehr unzureichend ist und dass ROS signifikant erhöht ist. ROS ist ein Signalmolekül in den Mitochondrien der Podozyten und steht am Anfang der Entstehung und Entwicklung von Diabetes und seinen Komplikationen. Die Verringerung der ROS-Produktion ist eine mögliche Methode, um das Fortschreiten von DN zu verhindern. Nach oraler Verabreichung von Emodin an Mäuse beobachteten wir einen signifikanten Rückgang der ROS-Produktion in den Nieren und eine Zunahme der Autophagie, was zu einer Verbesserung einer Reihe von Kaskadenreaktionen führte, wie z. B. einer signifikanten Verringerung der pathologischen Entzündungsschäden in den Nieren und einer signifikanten Abnahme der BUN-, Cr- und uAE-Werte. Daher könnte die Förderung der Autophagie zur Beseitigung von durch hohe Glukose induzierten ROS in den Nieren von Mäusen ein wichtiger Mechanismus für die Verbesserung der DN-Mäuse durch Emodin sein. Inzwischen haben wir auch festgestellt, dass Glim die Werte von BUN, Cr und uAE in DN-Mäusen deutlich senken kann. Glim ist ein blutzuckersenkendes Medikament auf Sulfonylharnstoffbasis, das durch Bindung an Sulfonylharnstoffrezeptoren auf der Oberfläche der Betazellen der Bauchspeicheldrüse wirkt und es gleichmäßig und langsam in vivo freisetzt. Gleichzeitig kann Glim die Insulinempfindlichkeit des umliegenden Gewebes erhöhen und die Insulinresistenz verbessern. Die Verwertung der Glukose durch die umliegenden Gewebe nimmt zu, und der Blutzuckerspiegel sinkt deutlich. Nach Erreichen des Blutzuckerspiegels geht die Produktion von Glykationsendprodukten zurück, und die Nieren werden weniger geschädigt.

MiR-21, ein Gen mit breitem Wirkungsspektrum, steht nachweislich in positiver Korrelation mit dem Auftreten der diabetischen Nephropathie. Frühere Literatur aus dem In- und Ausland hat gezeigt, dass miR-21 an der Entstehung und Entwicklung der diabetischen Nephropathie beteiligt sein kann, indem es Signalwege wie TGF-β/Smad, PTEN/Akt und MMP-S/TIMPS vermittelt. In Bezug auf die Autophagie gibt es auch Literaturberichte, dass miR-21 in den Akt/mTOR-Signalweg eingreifen kann, um die Autophagie in Nierenpodozyten zu hemmen und die Pathogenese der diabetischen Nephropathie zu verschlimmern. Diese Belege deuten darauf hin, dass die Hemmung von miR-21 und die Regulierung seiner nachgeschalteten Signalwege eine wirksame Strategie zur Verbesserung der diabetischen Nephropathie darstellt. In dieser Studie wurde auch festgestellt, dass die Expression von miR-21 in den Nieren von DN-Mäusen im Vergleich zur normalen Gruppe deutlich erhöht war, was mit der geschwächten Autophagie in den Nieren von DN-Mäusen zusammenhängen könnte. Bei Krankheiten, die nicht auf DN zurückzuführen sind, hat sich gezeigt, dass miR-21 durch negative Regulierung der Autophagie auch an lebenswichtigen Aktivitäten wie Lungenfibrose, Makrophagen und hypoxischen ovalen Zellen beteiligt ist. Nach Verabreichung von Emodin wurde die Expression von miR-21 in den Nieren von DN-Mäusen deutlich herunterreguliert, während die Autophagie-Hemmung aufgehoben wurde. Ob Emodin jedoch direkt die Autophagie vermittelt oder die durch miR-21 vermittelte zelluläre Autophagie reguliert, muss durch eine Zielgen-Vorhersageanalyse bestätigt werden, da einige Forscher berichtet haben, dass Emodin die Autophagie über lysosomale und mitochondriale Wege regulieren kann, aber ob dies mit der Regulierung von miR-21 zusammenhängt, erfordert weitere Forschung.

Bei der Erforschung der Autophagie-Mechanismen haben wir die Expression von drei klassischen Autophagie-Markerproteinen, P62, Atg7 und LC3, nachgewiesen. Diese drei Proteine sind wichtige Mitglieder des autophagosomalen Weges, der eine wichtige Rolle bei der Beseitigung und dem Abbau von beschädigten Organellen, denaturierten Proteinen und anderen Biomolekülen spielt und ein wichtiger Reparaturmechanismus für Zellen ist. Daher spekulieren wir, dass die verstärkte Autophagie und die Wiederherstellung der pathologischen und physiologischen Nierenfunktionen bei DN-Mäusen durch Emodin mit dem autophagosomalen Weg zusammenhängen könnten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Expression von P62, Atg7 und LC3-Proteinen in den Nieren von DN-Mäusen nach der Verabreichung von Emodin hochreguliert wurde, was darauf hindeutet, dass Emodin auf den Autophagie-Lysosom-Weg der Nierenpodozyten wirken kann, um die Nieren von DN-Mäusen zu schützen.