Shanna-Phenol reguliert den AMPK/NOX4-Signalweg und hemmt so den durch hohe Glukose induzierten oxidativen Stress und die Akkumulation von extrazellulärer Matrix in glomerulären Mesangialzellen
Die Diabetesnephropathie (DN) ist eine mikrovaskuläre Komplikation des Diabetes und eine wichtige Ursache für Nierenversagen im Endstadium. Eine abnorme Funktion der glomerulären Mesangialzellen (GMCs) kann pathologische und physiologische Veränderungen bei der diabetischen Nephropathie fördern. Unter pathologischen Nierenbedingungen führt eine langfristige Hyperglykämie zur Anhäufung einer großen Menge reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) im Körper, die nachgeschaltete Glukosesignalreaktionen aktiviert, die Anhäufung von extrazellulärer Matrix (ECM) fördert und die abnorme Proliferation von GMCs direkt stimuliert. Dies deutet darauf hin, dass ein Eingriff in den oxidativen Stress (OS) und die Anhäufung von ECM in GMCs eine wirksame Strategie zur Prävention der diabetischen Nephropathie sein könnte.

DN hat mehrere Pathogenesemechanismen, von denen OS ein wesentlicher pathogener Faktor bei DN ist, der durch erhöhte ROS-Werte verursacht wird. Die Familie der reduzierten Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphate (NADPH) (NOX 1-5 und Duox 1-2) überträgt Elektronen auf Sauerstoffmoleküle durch die Plasmamembran, um ROS zu erzeugen, was eine der Hauptquellen für ROS bei DN ist. NADPH-Oxidase 4 (NOX4) ist ein hochexprimierter Subtyp von NADPH in den Nieren von DN-Patienten und ist die Hauptursache für die durch hohe Glukose induzierte OS-Produktion in GMCs. Erhöhte NOX4-Konzentrationen können direkt zu glomerulärer Fibrose führen. Die Unterdrückung der NOX4-Expression schwächt die glomeruläre Membrandilatation, die Glomerulosklerose und die ECM-Akkumulation. Die Aufklärung des molekularen Mechanismus der durch hohe Glukose induzierten Hochregulierung der NOX4-Expression und der daran beteiligten vor- und nachgeschalteten Effektorfaktoren ist von großer Bedeutung.

Die Phosphorylierung von 5'-Adenosinmonophosphat-aktivierten Proteinkinasen (AMPK) kann die durch hohe Glukose induzierte NOX4-Expression blockieren und die abnorme Proliferation und Aktivierung von Nierenfibroblasten hemmen. Sestrine sind eine wichtige stressinduzierte Proteinfamilie, die eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der zellulären Umweltstabilität spielt. Sestrin2 ist eines der wichtigsten Mitglieder dieser Familie und spielt eine entscheidende Rolle beim Schutz der Zellen vor oxidativen Schäden, indem es die AMPK-Phosphorylierung aktiviert. Darüber hinaus kann AMPK ein negativer Regulator der NOX-Aktivierung sein, da die Aktivierung von Sestrin2 und AMPK ROS hemmen und GMCs vor einer OS-Invasion schützen kann, was darauf hindeutet, dass die Aktivierung von Sestrin2 und AMPK-Phosphorylierung eine präventive Wirkung auf DN haben kann.

Die Anhäufung von OS und ECM spielt nachweislich eine wichtige Rolle bei der Pathogenese der diabetischen Nephropathie, so dass die Suche nach traditioneller chinesischer Medizin und natürlichen Produkten mit antioxidativer Wirkung und abgeschwächter DN-Wirkung besonders dringend ist. Flavonoide haben aufgrund ihrer ausgezeichneten Wirksamkeit zunehmend die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern auf sich gezogen. Kaempferol (KAE) ist eine Flavonoidverbindung, die nachweislich mehrere pharmakologische Wirkungen hat. KAE reduziert die durch hohen Blutzucker verursachten Herzschäden, indem es die Entzündungsreaktion und OS hemmt; durch die Hemmung der RhoA/Rho-Kinase-vermittelten Entzündungssignale kann die DN verbessert werden. Derzeit gibt es relativ wenig Forschung über die Intervention von KAE bei der durch hohe Glukose induzierten OS und ECM-Akkumulation in GMCs durch Regulierung des AMPK/NOX4-Signalwegs. In dieser Studie wurde ein In-vitro-Modell von GMCs mit hohem Glukosegehalt verwendet, um die Auswirkungen von KAE auf die Anhäufung von OS und ECM in GMCs, die durch hohen Glukosegehalt induziert wurden, und seinen Schutzmechanismus gegen DN zu untersuchen.

Ein erhöhter Blutzuckerspiegel gilt als Schlüsselfaktor für die Nierenfunktion und die pathologischen Veränderungen bei Diabetesnephropathie. Aufgrund der Ähnlichkeit des Phänotyps von Mesangialzellen, die in HG-Umgebung und bei DN-Patienten kultiviert wurden, haben wir in diesem Experiment die schützende Wirkung von KAE auf HG-induzierte GMC-Schäden in vitro untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass KAE die HG-induzierte GMC-Zellproliferation, OS und ECM-Akkumulation durch Regulierung des AMPK/NOX4-Signalwegs hemmte.

Die ersten Merkmale der DN sind eine abnormale Proliferation von Mesangialzellen und eine übermäßige Ablagerung von ECM, was in der Regel zu Mesangialproliferation, Nierenfibrose und Nierenschäden im Endstadium führt. Kollagen, Fibronektin (FN) und Laminin sind die Hauptbestandteile der ECM, die vor allem unter der Stimulation durch hohe Blutglukose synthetisiert werden. In der DN ist TGF-β 1 ein wichtiges Zytokin, das an der Akkumulation der ECM der Niere beteiligt ist. Unter normalen physiologischen Bedingungen können verschiedene Zellen im Körper inaktives TGF-β 1 absondern; in einer Umgebung mit hohem Glukosegehalt kann das inaktive TGF-β 1 in einen aktiven Zustand umgewandelt werden, der die Anhäufung von glomerulärer ECM fördert, indem er die Expression von ECM-Genen (wie Col IV) erhöht und den ECM-Abbau verringert. Die Hemmung von TGF-β 1 kann die durch hohe Glukose induzierten Veränderungen der ECM-Genexpression abschwächen und dadurch die ECM-Akkumulation in DN verringern. Die Ergebnisse zeigten, dass in hochglukosestimulierten GMCs-Zellen die mRNA- und Proteinkonzentrationen von TGF-β 1 und Col IV signifikant erhöht waren, während die KAE-Behandlung ihre Expression reduzieren konnte, was darauf hindeutet, dass KAE eine Anti-Diabetes-Rolle spielen könnte, indem es die Akkumulation von ECM reduziert und ihren Abbau fördert.

Die Pathogenese von DN hängt mit dem Auftreten von OS zusammen, das mehrere Signalwege in den Zellen aktivieren und Transkriptionsfaktoren stimulieren kann, was zu einer verstärkten Anhäufung von ECM und einem verringerten Matrixabbau führt. Die durch HG induzierte ROS-Bildung kann das Gleichgewicht zwischen Oxidantien und Antioxidantien stören, die antioxidativen Abwehrsysteme beeinträchtigen und zu einer Schädigung der GMC führen. Daher spielt die übermäßige Produktion von ROS eine wichtige Rolle bei der Pathogenese der diabetischen Nephropathie. Unter pathologischen Bedingungen erfordert die Beseitigung von ROS die gemeinsame Beteiligung enzymatischer und nicht enzymatischer Systeme, wie SOD und MDA. SOD ist ein antioxidatives Metalloenzym, das eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung des Gleichgewichts zwischen Oxidation und Antioxidation spielt, indem es die Dismutation von Superoxidanionen und Wasserstoffperoxid katalysiert. MDA hat einen Einfluss auf das antioxidative Abwehrsystem, da die MDA-Konzentrationen direkt mit den Lipidperoxidationswerten der Membranen von GMC korreliert sind. Die Ergebnisse zeigten, dass KAE die SOD-Aktivität erhöhen und den MDA-Gehalt in HG-induzierten GMCs senken kann, was darauf hindeutet, dass KAE potenziell antioxidative Eigenschaften besitzt.

Die ROS-Transduktion und die verstärkte Glukosesignalisierung gelten als wichtige pathogene Faktoren, die die Entwicklung der diabetischen Nephropathie fördern. Es gibt viele Quellen von ROS in der Niere, und der NADPH-Oxidase-Subtyp der NOX-Familie wird hauptsächlich mit der Diabetesnephropathie in Verbindung gebracht. Bislang wurden in Studien sieben Subtypen der NOX-Familie identifiziert, von denen NOX4 in Glomeruli, Podozyten und Tubuluszellen von Ratten und Mäusen stark exprimiert wird. Normalerweise bindet sich NOX4 an die Transmembran-Untereinheit (p22phox), um einen aktiven Komplex zu bilden, der für seine biologische Funktion verantwortlich ist. Die Hochregulierung von NOX4 ist mit dem Anstieg von FN und TGF-β 1 in Mesangialzellen und Tubuluszellen verbunden, die HG ausgesetzt sind. NOX4 wird mit der TGF-β-1-induzierten ECM-Akkumulation in Fibroblasten in Verbindung gebracht, die zu deren Differenzierung in fibrotische Fibroblastenphänotypen beiträgt. Es hat sich gezeigt, dass NOX4 unter Angiotensin-II-Behandlung eine Zunahme der Mesangialhypertrophie und der FN-Anhebung vermittelt. Eine übermäßige Anhäufung von OS und ECM kann zu Nierenschäden führen und wird als eine wichtige Ursache für DN angesehen. Um den Zusammenhang zwischen OS, ECM-Akkumulation und NOX zu untersuchen, wurden mittels Western Blot und qRT PCR die Protein- und mRNA-Spiegel der bei DN stark exprimierten NOX4-Subtypen gemessen. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Eliminierung der NOX4-Aktivität zu einem Rückgang von OS und ECM in HG-induzierten GMCs führt. Die Ergebnisse dieses Experiments stimmen mit früheren Studien überein. HG regelt die mRNA- und Proteinexpression von NOX4 und p22phox hoch und stimuliert die Bildung von ROS, TGF-β 1 und Col IV in GMCs. Die Verwendung von KAE und das Silencing von NOX4 und p22phox kann die Anhäufung von OS und ECM hemmen, was darauf hindeutet, dass die antioxidative Wirkung von KAE durch den NOX4/p22phox-Signalweg reguliert wird.

Die Sestrins-Familie besteht aus einer Gruppe von stressinduzierten Proteinen, die an der Regulierung der intrazellulären Stabilität beteiligt sind, die einer der antioxidativen Abwehrmechanismen ist und zwei verschiedene biologische Aktivitätsfunktionen hat. Erstens kann die Hemmung der ROS-Akkumulation zur Ausübung antioxidativer Wirkungen die Regulierung antioxidativer Transkriptionsfaktoren beinhalten. Zweitens wirken Sestrine als Feedback-Inhibitoren von mTORC1, indem sie AMPK aktivieren oder Rag-GTPasen hemmen. AMPK ist ein wichtiger Stoffwechselsensor, der in fast allen eukaryontischen Zellen weit verbreitet ist. Forschungen haben gezeigt, dass Sestrin2 und AMPK-Aktivierung unter HG-Bedingungen die NOX4-induzierte ROS-Akkumulation in GMCs hemmen. Die AMPK-Phosphorylierung hemmt die ROS-Produktion und ECM-Akkumulation in menschlichen Mesangialzellen. Darüber hinaus kann die AMPK-Phosphorylierung die Akkumulation von TGF-β 1 im Urin hemmen, die Ausdehnung der mesangialen Matrix unterdrücken und die Kollagenablagerung in DN-Mausmodellen verringern. Immer mehr Studien deuten darauf hin, dass AMPK eng mit der NOX-Aktivität bei DN verbunden ist. In diesem Experiment wurde festgestellt, dass KAE die HG-induzierte Zellproliferation, die ROS-Produktion, NOX4, TGF-β 1 und die Col IV-Expression durch die Hochregulierung von AMPK signifikant hemmte. Darüber hinaus kehrte die Verbindung C die schützende Wirkung von KAE auf HG-induzierte OS und ECM-Ablagerungen in GMCs um.

Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass KAE eine schützende Wirkung auf die HG-induzierte Akkumulation von GMCs OS und ECM ausübt, indem es den AMPK/NOX4-Signalweg reguliert. Es wird erwartet, dass KAE als potenzieller Wirkstoffkandidat für die Prävention und Behandlung von DN dienen kann.