Piroptosi en la malaltia renal

Contacte: emily.li@wecistanche.com

Yujia Wang, Yinshuang Li i Yanfang Xu1

Resum

En les últimes dècades, la interferència de l'apoptosi s'ha considerat clínicament irrellevant en el context de la lesió renal. El recent descobriment de la mort de cèl·lules necròtiques programades, incloent necroptosi, ferroptosi i piroptosi, va refrescar la nostra comprensió del paper de la mort cel·lular enronyómalaltia. La piroptosi es caracteritza per un tipus de mort cel·lular lítica proinflamatòria que resulta de la permeabilització de la membrana induïda per gasdermina mitjançant l'activació de caspases i inflamasomes inflamatoris. Els patrons moleculars associats al perill (DAMP), les alarmines i les citocines proinflamatòries s'alliberen de les cèl·lules piroptòtiques d'una manera incontrolada, la qual cosa provoca inflamació, donant lloc a lesions secundàries d'òrgans o teixits. Les caspases i les proteïnes relacionades amb l'activació de l'inflamsoma i les proteïnes efectores que formen porus conegudes com a GSDMD i GSDME s'han implicat en una varietat de microbis i no microbis aguts i crònics.ronyómalalties. Aquí, repassem els avenços recents en els mecanismes patològics de la piroptosironyómalaltiai destacar les possibles estratègies terapèutiques en el futur.

Feu clic aquí per saber més sobre les maneres de tractar la malaltia renal

Introducció

La mort cel·lular programada (PCD) té un paper crític tant en el desenvolupament d'organismes pluricel·lulars com en el manteniment dels teixits adults. En marcat contrast amb la mort cel·lular accidental (per exemple, necrosi), que és instantània, catastròfica i incontrolable, la PCD està estretament regulada, cosa que permet modulacions farmacològiques i genètiques.1 Durant les últimes dècades, s'han identificat diferents formes de PCD, incloses les no inflamatòries. processos (p. ex., apoptosi) i processos altament inflamatoris (p. ex., piroptosi i necroptosi). A més de la presència o absència d'inflamació, l'apoptosi i la piroptosi es poden distingir per morfologia. Els canvis morfològics característics de l'apoptosi inclouen la contracció cel·lular, la sang de la membrana, la formació del cos apoptòtic i la fragmentació de l'ADN, però noinflamatòriaalliberament de contingut.2 Per contra, la piroptosi presenta inflor cel·lular, ruptura de membrana i alliberament incontrolat de continguts inflamatoris. La necroptosi comparteix característiques comunes amb la piroptosi, com ara la inflamació evident i la pèrdua de la integritat de la membrana.3

Tot i que la piroptosi i l'apoptosi depenen de la caspasa, els membres específics de la família de caspases implicats són completament diferents. Les caspases apoptòtiques inclouen caspases-8/9/10 com a iniciadores i caspases-3/6/7 com a executors,4 mentre que la piroptosi es basa en caspases-1/4/5/11 a la gasdermina D ( Piroptosi mediada per GSDMD) i caspases-3 a la piroptosi mediada per gasdermin E (GSDME).5,3 La necroptosi es produeix mitjançant l'activació gradual de la proteïna quinasa que interacciona amb el receptor-3 (RIPK3) i el llinatge mixt pseudoquinasa semblant al domini de la quinasa (MLKL), que podria ser inhibida per la caspasa-8. Això és diferent dels GSDM en piroptosi, l'activació depèn de la caspasa. La relació entre mins de gènere i MLKL en condicions fisiològiques s'ha convertit en un tema d'interès per a la investigació.3 La ferroptosi és un sistema controlat per peroxidació que no implica caspases, normalment acompanyada d'una gran quantitat d'acumulació de ferro i peroxidació de lípids6. Coneixement de la interacció entre ferroptosi i piroptosi.

L'evidència experimental creixent recolza la hipòtesi que la piroptosi és un factor significatiuronyómalalties. En aquesta revisió, discutim els mecanismes moleculars de la piroptosi, les dades existents sobre la piroptosironyómalaltiesi possibles teràpies.

Visió general de la piroptosi

Marmessors

La piroptosi es defineix com a dependent de la gasdermina perquè el seu pas clau de formació de porus a la membrana plasmàtica és executat pels cervells, cosa que la fa força diferent d'altres tipus de PCD. El GSDMD és el primer membre de la família de les gasdermines que es va trobar implicat en la piroptosi.7–9 El GSDMD de longitud completa roman en un estat autoinhibit mitjançant la unió del domini C-terminal al domini N-terminal. Després de la divisió, el fragment N-terminal de GSDMD (GSDMD N) es pot oligomeritzar per formar porus (amb un diàmetre interior de 12-14 nm) a la membrana plasmàtica, 10 que perjudica la barrera de permeabilitat i provoca la lisi cel·lular. La divisió de GSDMD està mediada per vies canòniques o no canòniques que impliquen caspases-1 o caspases-4/5/11 respectivament.5,11 La piroptosi mediada per GSDMD es defineix com a dependent de l'inflamsoma donat que les caspases-1/4 /5/11 són activats per diferents inflamasomes. Estudis recents van revelar que la divisió de GSDMD també pot ser induïda per l'elastasa dels neutròfils en neutròfils envellits,12 i per la caspasa-8 en els macròfags durant la infecció per Yersinia.13,14.

La mutació genètica de GSDME, un altre membre de la família de les gasdermines, es va identificar en primer lloc com la causa de la pèrdua auditiva no sindròmica autosòmica dominant en humans.15 Estudis recents han revelat el paper de GSDME en la piroptosi.16,17. teixits normals; tanmateix, es silencia a la majoria de cèl·lules tumorals a causa de la hipermetilació del promotor, i la modulació de la seva expressió mitjançant l'inhibidor de l'ADN metiltransferasa milloraria la sensibilitat a la quimioteràpia. }} i és independent de la formació d'inflamsoma. La piroptosi mediada per GSDME es produeix aigües avall de la via apoptòtica mitocondrial, i l'alta expressió de GSDME i la permeabilitat mitocondrial persistent canviarien la forma de mort cel·lular de l'apoptosi a la piroptosi.18

Altres membres de la família gasdermin, inclosos GSDMA, GSDMB i GSDMC, comparteixen dominis gasdermin-N i gasdermin-C altament conservats amb GSDMD i GSDME.19 El granzim A del GSDMB pot ser escindit i activat per limfòcits citotòxics.20 Un estudi recent va mostrar que va programar el lligand de mort 1 va canviar l'apoptosi induïda per un factor de necrosi tumoral (TNF) a la piroptosi a les cèl·lules canceroses, i això va mediar millorant la transcripció del gen GSDMC. L'activació de GMC va ser induïda per la caspasa-8 després del tractament amb TNF-a, sota la condició d'hipòxia.21 No obstant això, el mecanisme pel qual s'activaria GSDMA continua sense explorar.

Vies de senyalització

Piroptosi mediada per GSDMD. La piroptosi mediada per GSDMD s'inicia pel reconeixement de patrons moleculars associats a patògens (PAMP) i molècules de patrons moleculars associats a danys (DAMP) amb la posterior activació del inflamasoma.22 La primera i més àmpliament estudiada forma de piroptosi mediada per GSDMD és la via piroptòtica canònica. , també coneguda com la via dependent de la caspasa-1. La caspasa-1 ha estat implicada durant molt de temps en la mort cel·lular, que abans s'havia confós amb l'apoptosi23,24 i la necroptosi25. L'any 2001, la forma de PCD que implicava la caspasa-1 es va distingir de l'apoptosi i la necroptosi per la seva resposta inflamatòria. i morfologia característica que inclou la pèrdua precoç d'integritat de la membrana.26,27

Com a resposta a la invasió de patògens o al repte immunològic de l'hoste, els receptors de reconeixement de patrons (PRR) perceben tant PAMP com/o DAMP. A la via piroptòtica canònica, diversos PRR com els absents en receptors semblants al melanoma 2 (AIM2) (ALR), receptors semblants al domini d'oligomerització d'unió a nucleòtids (NOD) o proteïnes de pirina i adaptadors de pont com els associats a l'apoptosi. proteïnes semblants a mota (ASC), reunirien una plataforma multiproteïna (és a dir, inflammasoma) que recluta pro-caspasa-1 i després genera caspasa activa-1.28 Com a excepció, NLRC4 es pot unir als membres de la família NLR de proteïnes inhibidores de l'apoptosi (NAIP) en lloc d'ASC per formar inflamasoma i, posteriorment, activar la procaspasa-1.29 La caspasa activada-1 té l'activitat de processar pro-IL-1b i pro-IL-18 en formes madures,30 que dota a la piroptosi de funcions proinflamatòries, distingint-la de l'apoptosi. Paral·lelament al procés de citocines inflamatòries, la caspasa activada -1 escinda GSDMD per formar porus de membrana22,31,32 (figura 1). La formació de porus de la membrana condueix a la interrupció de la integritat de la membrana cel·lular, l'alliberament de continguts intracel·lulars inflamatoris i, finalment, la lisi cel·lular. NLRP3 és l'inflamsoma més àmpliament caracteritzat.33 NLRP3 respon a una gran varietat d'estrès, inclosos patògens intracel·lulars i estímuls inflamatoris extracitoplasmàtics.34 El tema de l'activació de NLRP3 ha cridat una gran atenció, i els investigadors han proposat diferents mecanismes com l'oxidat. L'ADN mitocondrial, la generació d'espècies reactives d'oxigen (ROS) mitocondrial, el flux de potassi fora de la cèl·lula i l'alliberament de catepsina després de la desestabilització lisosomal.35 Malgrat anys d'esforços intensius, els mecanismes exactes d'activació de NLRP3 encara estan en debat. És interessant que NLRP3 es pugui desencadenar mitjançant la senyalització de la necroptosi,36–38 que suggereix una possible diafonia entre la necroptosi i la piroptosi. L'inflamsoma AIM2 es comporta de manera diferent als inflamasomes NLR, ja que pot reconèixer i unir-se a l'ADNdc citosòlic, que es pot alliberar durant la infecció per patògens39,40 o generar-se a les cèl·lules tumorals.41,42.

A la via piroptòtica no canònica, la caspasa-11 (en ratolins) i les caspases-4/5 (en humans) són les responsables de la divisió de GSDMD (figura 1). L'any 2011, Kayagaki et al.43 van informar que la pèrdua de caspasa-11 però no de caspasa{-1 podria bloquejar la maduració i la secreció d'IL-1b induïda per bacteris gramnegatius, protegint així els ratolins de l'endotòxic. xoc. Estudis posteriors van descobrir que el lipopolisacàrid (LPS), la toxina principal dels bacteris Gram-negatius, és el desencadenant de l'inflamsoma no canònic.44,45 Independentment dels PRR, la pròpia caspasa-11 podria reconèixer directament el LPS en unir-se al lípid. Un component de la caspasa activada LPS.46-11 finalment va escindir GSDMD per induir la piroptosi, similar a la via canònica. Darrerament, s'ha demostrat que la caspasa humana-4/5 té la mateixa funció que la caspasa del ratolí-11. Poelzl et al.47 van informar que la tirosina quinasa 2, una cinasa associada al receptor de citocines, podria funcionar com a regulador crític aigües amunt de la caspasa-11 i va permetre l'activació de l'inflamsoma no canònic durant l'endotoxèmia.

A més d'aquestes vies piroptòtiques canòniques i no canòniques, estudis recents han aportat una nova llum sobre la piroptosi mediada per GSDMD. Kambara et al. va trobar que z-YVAD-fmk, un inhibidor de la caspasa, no va poder bloquejar la divisió de GSDMD provocada pel lisat de neutròfils, cosa que suggereix que la divisió de GSDMD per lisat de neutròfils podria ser independent de la caspasa. neutròfils. Orning et al.13 i Sarhan et al.14 van fer un descobriment important sobre una nova forma d'escissió de GSDMD induïda per la caspasa-8 en macròfags infectats per Yersinia. Aquests dos grups van demostrar que la inhibició de la cinasa associada al factor de creixement transformant (TGF)b (TAK1) durant la infecció per Yersinia promouria la formació d'un complex de mort cel·lular compost per RIPK1 i caspasa-8, i impulsaria la ruptura de GSDMD. en macròfags. A més, Demarco et al.48 van revelar els detalls de la implicació de la caspasa-8 en la divisió de GSDMD i van proporcionar proves convincents que l'activació de GSDMD depenent de la caspasa-8 promouria la letalitat induïda per TNF-a independentment de l'activació de l'inflamsoma.

Piroptosi mediada per GSDME. A diferència d'altres membres de la família de les caspases, la caspasa-3, el tallador de GSDME, s'ha definit durant molt de temps com el principal executor apoptòtic tant per a les vies intrínseques com extrínseques. La piroptosi mediada per GSDME comparteix els mateixos efectors aigües amunt amb l'apoptosi, en què el dany mitocondrial té un paper crucial (figura 1). La sobreexpressió de GSDME a les cèl·lules tumorals canvia l'apoptosi induïda per la quimioteràpia a la piroptosi.17 En canvi, quan s'abroga l'expressió del gen GSDME, els macròfags es mantenen en la fase apoptòtica caracteritzada per l'hemorràgia de la membrana i la formació del cos apoptòtic, en lloc d'entrar a la fase piroptòtica caracteritzada. A més de les influències de l'expressió GSDME, Xu et al.18 van trobar que la transició persistent de permeabilitat mitocondrial podria impulsar l'assemblatge d'un piroptosoma Apaf-1-caspasa{-4/11 que desencadena GSDME- la piroptosi dependent, mentre que la permeabilització de la membrana externa mitocondrial provoca la formació d'apoptosoma per induir l'apoptosi. De manera controvertida, altres investigadors van informar que la permeabilització de la membrana externa mitocondrial causada per l'activació de BAX/BAK49 o el conjunt de Tom20/BAX50 també indueix la piroptosi dependent de GSDME a les cèl·lules tumorals. A més, GSDME-N podria permeabilitzar els mitocondris, alliberar el citocrom c dels mitocondris i millorar l'activació de la caspasa-3, formant un bucle d'alimentació positiu autoamplificador.51

Piroptosi en la malaltia renal

En els darrers anys, el descobriment de vies de senyalització piroptòtica ha ampliat la nostra comprensió de la patogènesi de les malalties renals més enllà de l'apoptosi. Sorgint com a mecanisme efector en les respostes immunitàries innates, la piroptosi es va observar en primer lloc en macròfags i altres fagòcits.52 Es van fer molts esforços per determinar la distribució i expressió dels cervells, especialment GSDMD i GSDME, en diversos teixits i tipus cel·lulars, que han va demostrar que la piroptosi no es limita als fagòcits.5 Una varietat deronyómalaltiesinduïts per estímuls microbians i no microbians es caracteritzen normalment per la mort de cèl·lules renals i respostes immunitàries activades. Alguns experiments van demostrar que la piroptosi es produeix a les cèl·lules renals residents i fa una gran contribució al desenvolupament de diverses malalties renals. Estudis posteriors han dilucidat que la piroptosi a les cèl·lules immunitàries infiltrants derivades de la medul·la òssia, que s'ha desencadenat per la mort de cèl·lules renals, podria agreujar i mantenir lalesiódelronyó. Les investigacions recents han assenyalat encara més el paper de la piroptosi, així com les vies de senyalització inflamatòria relacionades en diversos tipus deronyómalaltiesinclòs agutronyólesió, malaltia renal diabètica, induïda per cristallsronyómalaltia, i lesió de l'al·lograft en el trasplantament de ronyó. (Taula 1) (Figura 2)

Lesió renal aguda (IRA)

La mort cel·lular és l'esdeveniment patològic clau durant el desenvolupament de l'IRA. L'apoptosi es considerava anteriorment responsable de la patogènesi d'AKI.53 No obstant això, la inhibició farmacològica de les vies de senyalització apoptòtica no va poder prevenir o alleujar eficaçment l'AKI. Els avenços recents han revelat el paper de la piroptosi en l'AKI. El 2018, Zhang et al.54 van informar que les caspases-4/5/11 eren necessàries per a la mort de cèl·lules epitelials tubulars induïda per contrast. Van demostrar, a més, que aquestes caspases inflamatòries eren responsables de la ruptura de GSDMD i IL-1b a les cèl·lules epitelials tubulars danyades, que van descobrir un paper necessari de la piroptosi epitelial en l'AKI induïda per contrast. Miao et al.55 van detectar un fragment escindit de GSDMD mitjançant l'anàlisi de western blot de lisats de ronyó sencers tant en models d'IRA induïts per cisplatí com induïts per isquèmia-reperfusió. I l'eliminació de caspasa-11 o GSDMD va protegir significativament els ratolins de l'IRA induïda per cisplatí, però aquesta anàlisi no es va realitzar en el model d'isquèmia-reperfusió (I/R). Els autors també van observar la translocació de GSDMD-N a la membrana plasmàtica promoguda per la caspasa-11. Un comentari constructiu sobre aquest treball fet per Tonnus et al.56 va suggerir que el possible objectiu de GSDMD-N a les membranes intracel·lulars i més treball sobre la distribució subcel·lular del fragment clivat de GSDMD es necessitava per entendre una formació potencialment important de porus en intracel·lulars. orgànuls. Estudis addicionals van donar suport a la contribució de la piroptosi mediada per GSDMD a l'IRA induïda pel cisplatí.57 El nostre estudi anterior va revelar que la piroptosi mediada per GSDMD es va sinergitzar amb la necroptosi mediada per RIPK3/MLKL per amplificar la senyalització inflamatòria i millorar la lesió tissular en el procés de sèpsia de We. va trobar protecció acumulada contra la sèpsia induïda per la lligadura cecal i la punció en ratolins després de la supressió combinada de Gsdmd i Ripk3 (o Mlkl). Aquestes dues formes de necrosi van col·laborar per contribuir a lesions agudes dels teixits, inclosos els ronyons, els pulmons, el fetge i l'intestí, i la coagulació sistèmica en el model animal de sèpsia. Els nostres estudis sobre el trasplantament de medul·la òssia van suggerir que la necroptosi i la piroptosi tant en cèl·lules mieloides com no mieloides van contribuir en gran mesura a la progressió de la sèpsia. Hi ha un interès creixent en els efectes combinats de diferents vies de mort cel·lular en una sola condició patològica.59–61 Un altre estudi sobre les cascades de coagulació en la sèpsia també va emfatitzar el paper central de la piroptosi mediada per caspasa-11/GSDMD per a l'inici. de la coagulació intravascular disseminada (DIC), proporcionant una sòlida evidència de suport a les nostres troballes.62 La inhibició del TNF-a, així com la proteïna 1 de la caixa de grup d'alta mobilitat (HMGB1), podrien exercir un control negatiu de la piroptosi mediada per GSDMD i proporcionar protecció. efectes sobre l'IRA i la lesió hepàtica aguda causada per la sèpsia, delimitant aquesta via piroptòtica des d'una visió reguladora.63

Un estudi recent del nostre grup de recerca va il·luminar com la piroptosi mediada per GSDME va augmentar el desenvolupament de la lesió del túbul renal induïda per l'obstrucció ureteral i la posterior fibrosi renal64. model d'obstrucció (UUO), que suggereix la implicació de la piroptosi mediada per GSDME en aquest tipus de lesió renal. A continuació, vam confirmar que la piroptosi mediada per GSDME era efectivament responsable de l'AKI després de l'UUO i de la nefropatia posterior amb l'ús de ratolins Gsdme / i Casp3-/-. Els estudis sobre trasplantament de medul·la òssia van assenyalar que la piroptosi mediada per GSDME en cèl·lules immunitàries infiltrades derivades de la medul·la òssia no era responsable de la patogènesi de la nefropatia obstructiva. Es van generar ratolins deficients de caspasa3-específics de cèl·lules tubulars renals (RTC) i de cèl·lules hematopoètiques específiques per verificar encara més que la piroptosi mediada per GSDME es produeix als RTC, però no a les cèl·lules immunitàries infiltrades, contribueix principalment a la progressió de la lesió renal. i fibrosi induïda per obstrucció ureteral. Per investigar els mecanismes moleculars inflamatoris en el procés, vam controlar la infiltració de cèl·lules inflamatòries i la producció de citocines proinflamatòries al ronyó. Els resultats van mostrar que la piroptosi de cèl·lules tubulars podria promoure la secreció de HMGB1 i el reclutament de macròfags i neutròfils després de l'UUO. En particular, altres estudis van demostrar que la piroptosi mediada per GSDME podria contribuir a la nefrotoxicitat induïda per fàrmacs de quimioteràpia.65–66.

Val la pena assenyalar que també s'ha informat que altres morts de cèl·lules lítiques, a més de la piroptosi, contribueixen a l'AKI. A més dels efectes col·laboratius de la piroptosi i la necroptosi en l'AKI induïda per la sèpsia esmentats anteriorment, un nombre creixent d'evidències recolza el paper fonamental de la necroptosi en l'AKI induïda per certs estímuls. Linkermann et al.67 van identificar el paper significatiu de la necroptosi en l'IRA induïda per isquèmia-reperfusió i induïda per cisplatí com a ratolins RIPK3-knockout i l'aplicació de la necrostatina (Nec)-1 d'inhibidor de la cinasa RIPK1 podria atenuar. lesió renal. El nostre grup de recerca ha demostrat que la necroptosi és un mecanisme important de mort de cèl·lules tubulars proximals en l'IRA nefrotòxica induïda per cisplatí.68 Les nostres dades van demostrar que la inhibició de qualsevol dels components bàsics de la via necroptòtica (RIPK1, RIPK3 o MLKL) ja sigui per gen. knockout o un inhibidor químic, podria disminuir el dany del túbul proximal induït pel cisplatí en els ratolins. En canvi, la sobreexpressió de RIPK1 o RIPK3 va millorar la necroptosi induïda per cisplatí in vitro. També vam identificar els efectes essencials de la necroptosi en la fisiopatologia de la lesió IR i la progressió posterior a la malaltia renal crònica (ERC), durant la qual es va desencadenar l'activació del inflamasoma NLRP3.69 Si l'activació de NLRP3 per necroptosi pot actuar aigües amunt de la via piroptòtica en AKI. encara no està clar. A més, diversos estudis van demostrar que RIPK1 és un motor significatiu de l'activació de NF-jB, un activador eficaç de NLRP3. En els macròfags infectats per Yersinia, RIPK1 va exercir un control positiu de la divisió GSDMD induïda per caspasa-8-, durant la qual es va inhibir la necroptosi mediada per RIPK3/MLKL.13 No obstant això, l'eix RIPK1-caspasa-8-GSDMD no s'ha descobert a les cèl·lules renals. S'ha informat que la ferroptosi predomina en determinades formes d'IRA, com ara la lesió renal induïda per cisplatí70 i la rabdomiòlisi.71–72. Tonnus et al.73 van trobar que la disfunció dels sistemes clau de vigilància de la ferroptosi hipersensibilitzaria els ratolins a la necrosi tubular durant l'IRA. Martin-Sanchez, D. et al.74 van estudiar el moment de les vies de mort cel·lular durant el desenvolupament d'AKI i van trobar que la ferroptosi i la necroptosi mediaven la primera i la segona onades, respectivament, de mort cel·lular en l'AKI induïda per l'àcid fòlic (FA). Es va demostrar que la ferroptosi era responsable d'iniciar l'AKI induïda per FA i la necroptosi va permetre que l'AKI persistís. Les ROS, produïdes als mitocondris durant la fosforilació oxidativa o a l'estrès del reticle endoplasmàtic (ER), impulsen la peroxidació lipídica, el procés central de la ferroptosi, i interacciona amb el sistema glutatió (GSH)-glutatió peroxidasa 4 (GPX4), que prevé potentment la ferroptosi. Tot i que hi ha una manca d'evidència sòlida per a una connexió detallada entre la ferroptosi i altres PCD, el dany dels mitocondris i la generació de ROS a la ferroptosi donen pistes potencials per a la seva interacció amb la necroptosi i la piroptosi (figura 3).

La malaltia renal diabètica (DKD) La DKD és un procés patogenètic impulsat per la glucosa que es produeix als ronyons dels pacients diabètics. Els factors clau que regulen la DKD, inclòs el flux excessiu de glucosa, els productes finals de glicosilació avançada (AGE) i les ROS, actuen com a papers crítics en el procés de la piroptosi, ja sigui com a inductors de l'inflamsoma o com a reguladors de la via de senyalització.75 Entre diversos inflamasomes que pot induir piroptosi, NLRP3 ha estat sota la investigació més intensa en DKD. Els receptors Toll-like (TLR)2 i TLR4, els PRR aigües amunt de l'activació de NLRP3, poden ser regulats per una glucosa alta, i els pacients diabètics amb insuficiència renal presenten augments significatius de l'expressió d'ARNm de TLR2 i TLR4 a la sang perifèrica.76 L'estimulació de TLR2 i TLR4 és essencial per a l'activació de NLRP3.77–78 La proteïna que interacciona amb la tioredoxina (TXNIP) pertany al sistema de la tioredoxina i es pot unir a la tioredoxina (TRX), disminuint els efectes inhibidors de TRX sobre l'estrès oxidatiu.79 Està ben establert que l'acció de TXNIP és fonamental per a l'activació de NLRP3. i respostes destructives cel·lulars a diversos DAMP, inclosa la piroptosi.80–82. Els ronyons diabètics mostren una expressió elevada de TXNIP i la inhibició de TXNIP atenua la lesió renal induïda per glucosa elevada, posicionant TXNIP com un objectiu potencial per al tractament de la DKD83,84. un senyal comú per a l'activació de NLRP3 i pot activar NLRP3 a través de diferents vies, entre les quals la via NF-jB és la més àmpliament estudiada.85 NLRP3 l'inflammasoma es pot oligomeritzar eficaçment a la seva forma activa mitjançant la via de senyalització NF-jB activada per ROS.86-88 En DKD, la supressió de la via ROS/NF-jB/NLRP3 sembla reduir les respostes inflamatòries i controlar el desenvolupament del ronyó progressiu. 89,90 L'estrès ER s'ha identificat com un altre desencadenant de l'inflamsoma NLRP3.91,92 La hiperglucèmia pot induir estrès ER en podòcits, cèl·lules epitelials tubulars i cèl·lules mesangials.93–95. Després de l'activació, NLRP3 impulsa respostes inflamatòries mitjançant el processament de caspasa-1, IL-1b i IL-18, que contribueixen a la progressió de la DKD. Investigacions recents han proporcionat proves que la inhibició de la piroptosi mediada per NLRP3/caspasa-1-alleuja els canvis patològics en el ronyó diabètic, cosa que suggereix el seu potencial terapèutic en DKD.96–98.

La piroptosi en diferents cèl·lules residents renals contribueix al desenvolupament de DKD. La interrupció de l'endoteli glomerular altera la permselectivitat glomerular i es produeix en l'etapa inicial de la DKD. S'ha observat la colocalització parcial de NLRP3 o caspasa escindida-1 amb cèl·lules endotelials glomerulars en seccions histològiques de ronyons humans o de ratolins diabètics mitjançant microscòpia confocal. 99 Els podòcits s'han considerat l'"enllaç més feble" en el desenvolupament de la DKD,100, i el seu nombre de cèl·lules està altament correlacionat amb l'albuminúria en pacients diabètics.101 La pèrdua de podòcits és un fenomen concomitant en la progressió de la DKD, i s'ha informat que la piroptosi ser un dels mecanismes més importants de pèrdua de podòcits. La supressió genètica de TXNIP o la inhibició de la NADPH oxidasa per reduir ROS, ambdues controlen negativament l'activació de NLRP3, atenua significativament la lesió dels podòcits induïts per glucosa alta, donant una pista sobre el paper de la piroptosi en la pèrdua de podòcits diabètics.102 Liu et al.103. va trobar un augment de l'activitat de la caspasa-1 i nivells elevats d'IL{-1b i IL{-18 en podòcits exposats a glucosa elevada i Li et al.104 van detectar GSDMD-N escindit en podòcits lesionats amb glucosa alta, proporcionant una evidència més segura de la piroptosi al podòcit diabètic. Val la pena esmentar que la via piroptòtica no canònica també contribueix a la lesió dels podòcits en DKD amb caspasa-11/4 implicada en el procés.105 Tot i que una vegada es creia que la disfunció tubular es va produir en l'etapa posterior de la DKD i es va desenvolupar. com a resultat de la lesió glomerular, cada cop més investigacions semblen desafiar aquesta hipòtesi, que van descobrir que la lesió dels túbuls es pot observar en l'etapa inicial de la DKD i fins i tot té un paper impulsor.106,107 En els ronyons de ratolins db/db i en HK. -2 cèl·lules exposades a condicions elevades de glucosa, es va observar que l'eix ROS/TXNIP/NLRP3/IL-1b estava significativament regulat, i bloquejar aquest eix alleujaria la lesió tubular.108 Wang et al.109 van descobrir. que les expressions TLR4/NF-jB i GSDMD-N van augmentar a les cèl·lules HK-2 sota un ambient alt en glucosa i la inhibició de la senyalització TLR4/NF-jB va alleujar la piroptosi de cèl·lules tubulars mediada per caspasa-1/GSDMD, indicant que la piroptosi induïda per TLR4/NF-jB va participar en t la lesió tubular diabètica. Cal destacar que la piroptosi pot no ser l'única via important de mort cel·lular en DKD. La ferroptosi110, la necroptosi111 i l'apoptosi112 s'han investigat en molts casos. Tanmateix, la distinció i/o la vinculació clara entre diferents vies de mort cel·lular en el desenvolupament de DKD no s'han delimitat completament.

Malaltia renal induïda per cristalls

Els cristalls poden desencadenar lesions renals que van des de lleus/transitòries a greus/irreparables, depenent de la localització i la dinàmica de la deposició de cristalls. Els mecanismes moleculars de les malalties renals induïdes per cristalls segueixen sent molt desconeguts malgrat els importants esforços de recerca. Un estudi innovador va revelar que els cristalls podrien estimular l'activació de NLRP3 i va demostrar el paper fonamental de l'inflamsoma en la disfunció o malalties induïdes per cristalls.113 Més tard, l'eix NLRP3/caspasa-1/IL-1b s'ha creat. identificada com la causa principal del desenvolupament de la nefropatia d'oxalat114 i la nefropatia d'oxalat de calci,115 canviant el punt calent en la investigació de la malaltia renal induïda per cristalls des de dipòsits de cristalls a respostes inflamatòries. Els cristalls que es dipositen a les artèries i túbuls renals poden activar l'inflamsoma NLRP3 i induir una inflamació dependent de IL- 1b. El cristall de colesterol és el culpable més comú del dany renovascular en les cristalopaties renovasculars. Dowell et al.116 van descobrir que els cristalls de colesterol podrien activar l'inflamsoma NLRP3 i promoure la producció d'IL-1b als macròfags, que és fonamental per a la patogènesi de l'aterosclerosi induïda per cristalls. Les cristalopaties tubulars, que resulten de la precipitació de cristalls dins del lumen tubular, poden promoure tant l'IRA com les lesions renals cròniques.117 Els inflamasomes NLRP3 estan altament correlacionats amb l'IRA i la CKD causada per la deposició de cristalls tubulars. Liu et al.118 van detectar una expressió elevada d'expressió de GSDMD i IL-18 en cèl·lules tubulars exposades a cristalls d'oxalat de calci mitjançant cromatografia líquida-espectrometria de masses basades en tàndem etiquetatge d'anàlisis proteòmiques quantitatives i identificació de comportaments biològics relacionats amb la piroptosi inflamatòria. Anàlisis d'enriquiment de l'ontologia gènica i l'enciclopèdia de Kyoto de gens i genomes. Altres resultats van confirmar l'activació de NLRP3 i la piroptosi dependent de GSDMD en cèl·lules epitelials tubulars en models induïts per cristalls d'oxalat de calci. Ding et al.119 també van detectar un augment dels nivells de proteïnes de NLRP3 en homogeneïtats renals de ratolins amb nefrolitiasi induïda per glioxilat i en cèl·lules HK-2 exposades a cristalls d'oxalat de calci monohidrat. Es van observar simultàniament nivells d'expressió de proteïnes augmentats d'IL-1b i GSDMD en cèl·lules epitelials tubulars aïllades dels ronyons de ratolins tractats amb glioxilat, donant suport a la idea que les cèl·lules tubulars exposades a cristalls van patir piroptosi dependent de GSDMD. Un gran nombre d'experiments van proporcionar proves de l'activació de NLRP3 per cristalls en cèl·lules immunitàries, incloses les cèl·lules de macròfags i dendrítiques de diferents maneres,120–122, la qual cosa es va confirmar en la nefropatia induïda per cristalls.115,119 Els cristalls que precipiten dins dels túbuls també causen estímuls persistents que afavoreixen el desenvolupament i progressió de la ERC. Knauf et al.114 van demostrar que l'eix NLRP3-IL{-1b estava regulat a l'alça en ratolins amb nefropatia d'oxalat, mentre que els ratolins NLRP{3-/- estaven completament protegits de la insuficiència renal progressiva induïda per l'alimentació. amb una dieta alta en oxalat soluble. Un altre estudi innovador realitzat per Mulay et al.115 va representar una escena més profunda en què la insuficiència renal a causa de la nefropatia d'oxalat depenia fortament de l'eix NLRP3/ASC/caspase-1/IL{-1b. No obstant això, no hi ha hagut detecció directa de la divisió de GSDMD en el procés de fibrosi renal associada als cristalls. En particular, s'ha informat que altres formes de PCD, inclosa la via necroptòtica RIPK3-MLKL123,124 i la ferroptosi125, contribueixen a la lesió renal induïda pels cristalls. Encara s'està investigant si aquestes morts cel·lulars diferents són col·laboratives o independents. L'efecte del tipus de cristall i la dinàmica sobre el destí cel·lular de les cèl·lules renals també té un interès excepcional.

Lesió de l'al·lograft en el trasplantament de ronyó

El trasplantament de ronyó segueix sent l'opció òptima per als pacients amb malaltia renal terminal (IRT). Atesa la creixent població que requereix trasplantament de ronyó durant les últimes dècades, s'ha prestat una atenció creixent a la lesió de l'al·loempelt tant en els donants com en els receptors. HMGB1 es podria alliberar de cèl·lules sotmeses a piroptosi.3 Kruger et al.126 van trobar que els túbuls dels ronyons de donants morts però no vius es tenyien positivament per HMGB1. A més, van demostrar que HMGB1 podria estimular respostes proinflamatòries mitjançant TLR4, que va contribuir a la inflamació de l'empelt i lesions estèrils després de la conservació i el trasplantament en fred. Thierry et al.127 van detectar un HMGB1 urinari elevat tan aviat com 30 minuts després de la reperfusió després del trasplantament de ronyó humà i van abordar el seu possible paper com a mediadors immunològics innats en aquesta lesió. Es va informar que les citocines inflamatòries IL-1b augmentaven en els donants d'òrgans amb mort cerebral,128,129 possiblement indicant la implicació de la piroptosi en el procés de lesió d'òrgans. Els investigadors han fet esforços intensos per estudiar l'activació de l'inflamsoma en la disfunció de l'al·lograft. Design et al.130 van trobar que les variants genètiques del gen NLRP3 afecten el risc de rebuig agut després del trasplantament de ronyó. Wu et al.131 van demostrar que els ratolins amb deficiència de la proteïna adaptadora TLR MyD88 estaven protegits del rebuig agut i crònic de l'al·loempelt i van augmentar la seva supervivència després del trasplantament en comparació amb els controls de tipus salvatge. Un altre estudi va informar que la deficiència de MyD88 del donant va inhibir l'expressió de citocines inflamatòries i l'estrès ER, i es va associar amb la millora de la funció de l'empelt i la supervivència prolongada de l'al·loempelt. model de trasplantament. Es va observar una disminució de l'activació de la caspasa-1 i dels nivells de GSDMD-N després del tractament amb Mcc950.133 Aquests resultats proporcionen pistes sobre la implicació de la piroptosi en la lesió de l'al·loempelt en el trasplantament de ronyó.

Teràpies potencials dirigides a la piroptosi per a la malaltia renal

Inhibició de la piroptosi Tenint en compte el paper important de la piroptosi en les malalties internes, la modulació d'aquest procés és de gran preocupació. Objectius potencials a la piroptòtica

La via inclou inflamasomes, caspases, cervells i IL-1b (figura 4). La necroinflamació provocada per respostes immunitàries a la necrosi, incloses la necroptosi, la ferroptosi i la piroptosi, condueix a lesions dels teixits. Linkermann et al.134,135 van destacar la importància clínica d'orientar la necroinflamació en la lesió renal. Determinar que els estímuls poden desencadenar més d'una via de mort cel·lular única en cèl·lules i teixits lesions, el potencial d'estratègies dirigides combinades en diferents vies de mort cel·lular ha despertat un interès creixent.

Orientació a l'inflamsoma NLRP3. Els inflamasomes NLRP3 corren aigües amunt de la piroptosi mediada per la caspasa-1/GSDMD i s'han desenvolupat diversos medicaments dirigits a NLRP3 amb diferents mecanismes inhibidors.136 Mcc950 és un potent i selectiu inhibidor molecular petit de NLRP3 el potencial terapèutic del qual s'ha avaluat en diversos Síndromes associades a NLRP3-.137 En un model murí de nefropatia cristal·lina induïda per dietes riques en oxalat o adenina, Mcc950 va reduir notablement l'activació de l'inflamsoma a les cèl·lules dendrítiques renals i IL-1b i IL{{13} posteriors. } producció. Aquest inhibidor de NLRP3 també va prevenir eficaçment la fibrosi renal induïda per cristalls.138 BAY 11-7082, que inicialment es va informar que inhibia la fosforilació d'IjBa i l'activació de NF jB,139 s'ha identificat com un inhibidor de l'ATPasa NLRP3. Juliana et al.140 van dilucidar que BAY 11-7082 va inhibir l'activació de l'inflamsoma NLRP3 en macròfags cebats amb LPS independentment del seu efecte sobre NF-jB i va impedir la formació de piroptosoma ASC induïda per NLRP3- mitjançant la inhibició de l'activitat de NLRP3 ATPasa. En ratolins alimentats amb una dieta alta en greixos i fructosa, BAY 11-7082 va atenuar l'augment induït per la dieta de l'expressió de l'inflamsoma NLRP3, donant lloc a la inhibició de l'activació de la caspasa-1 i la interleucina (IL){{33} Producció de }b i IL-18 al fetge i al ronyó. L'administració crònica de BAY 11-7082 va limitar significativament el dany renal induït per la dieta millorant la relació albúmina-creatinina.141 En un model de rata de nefropatia diabètica, es va trobar que el tractament BAY 11-7082 recuperava significativament l'arquitectura histològica renal. i nivells normalitzats de citocines inflamatòries inclosa IL- 1b, que recolzen l'efecte renoprotector de BAY 11-7082 per a DKD.142 b-Hidroxibutirat (BHB), produït durant la privació d'energia o una dieta baixa en carbohidrats, va inhibir l'activació de NLRP3 i va prevenir la fibrosi renal induïda per la nefrocalcinosi.143 No obstant això, els efectes protectors no estaven necessàriament mediats per l'alliberament d'IL-1 intrarenal, i encara queda per aclarir si la BHB afecta la piroptosi. S'ha informat que altres inhibidors de NLRP3, com la fluorofenidona144 i el tranilast145, tenen un paper renoprotector en el model d'obstrucció ureteral unilateral (UUO), mentre que el mecanisme molecular subjacent a la piroptosi encara no està clar.

Orientació a caspases piroptòtiques. Els inhibidors de les caspases piroptòtiques han estat sota una investigació intensiva. Ac-YVAD-CMK, un inhibidor de la caspasa-1, pot atenuar el deteriorament de la funció renal en el model de rata AKI146 i reduir la piroptosi de les cèl·lules endotelials glomerulars en el model de ratolí de nefropatia diabètica.99 VX-765, una altra caspasa{{ 6}}, va ser suficient per disminuir la població de macròfags proinflamatoris en l'etapa posterior de l'UUO.147 Chu et al.148 van demostrar que el fosfolípid oxidat 1-palmitoil-2-araquidònic noil-sn-glicerol{{ 13}}fosforilcolina (oxPAPC) podria unir-se directament a la caspasa-4 i la caspasa-11, competir amb la unió de LPS i, en conseqüència, inhibir la piroptosi induïda per LPS, proporcionant proves noves del paper precís de l'oxPAPC en la resposta inflamatòria. . oxPAPC i els seus derivats podrien proporcionar nous coneixements per a teràpies dirigides a la piroptosi no canònica. Choi et al.149 van informar que el membre 1 de la família B de la serpina (SERPINB1) va limitar l'activitat de la caspasa-1/4/5/11 suprimint la seva oligomerització del domini de reclutament de caspases (CARD) i l'activació enzimàtica, revelant un nou mecanisme de control. per a caspases inflamatòries. SERPINB1 va col·laborar amb la proteïna Forkhead box O1 (FoxO1) per millorar l'estrès oxidatiu induït per la producció de ROS a DKD.150 No obstant això, el potencial terapèutic d'orientar aquesta proteïna del punt de control encara està en fase d'exploració.

Orientació al cervell. La identificació dels cervells com a executors de la piroptosi genera noves esperances per a la teràpia dirigida de les malalties associades a la piroptosi. Hu et al.151 van realitzar un cribratge bioquímic d'alt rendiment i van identificar el disulfiram com un inhibidor eficaç de la formació de porus GSDMD. Un altre estudi va demostrar que el disulfiram pot millorar la mortalitat provocada per GSDMD en la sèpsia murina.152 A més, el disulfifiram també controla negativament la necroptosi en unir MLKL.153 El perfil de seguretat del disulfiram en humans ha estat ben establert durant sis dècades i reutilitzant aquest antic fàrmac per a renals. malalties és prometedora. Un inhibidor derivat de GSDMD, Ac-FLTD-CMK, pot inhibir la divisió de GSDMD per caspases-1/4/5/11 unint-se directament a la regió catalítica d'aquestes caspases, suprimint per tant la piroptosi aigües avall de les vies canòniques i no canòniques. .154 Un estudi del 2020 va demostrar que el calci (Ca)2 més l'afluència era un requisit previ per a la funció de GSDMD-N i el magnesi (Mg)2 més el Ca2 bloquejat més l'afluència mitjançant la inhibició del Ca2 més el canal P2X7 depèn de l'ATP, dificultant així la funció. de GSDMD-N i inhibint la piroptosi no canònica induïda per LPS. Aquests resultats suggereixen aplicacions clíniques potencials de la suplementació de magnesi per al tractament de la sèpsia.155

Orientació a IL-1. IL-1 s'ha convertit en un punt calent de recerca per a estratègies d'immunomodulació dirigides a malalties associades a l'inflamsoma. En particular, l'anticòs monoclonal IL-1b humà canakinumab ha estat sota una investigació intensiva. L'estudi CANTOS (Canakinumab Anti-Inflflammatory Thrombosis Outcomes Study) va avaluar l'eficàcia de canakinumab en 10.061 pacients amb infart de miocardi anterior i un nivell de proteïna C reactiva d'alta sensibilitat de 2 mg/L.156 Una subanàlisi de les dades de CANTOS va mostrar que la inhibició de IL-1b amb canakinumab va reduir les taxes d'esdeveniments cardiovasculars adversos importants entre els pacients amb aterosclerosi d'alt risc amb ERC, especialment entre aquells amb una resposta antiinflamatòria robusta al tractament inicial, cosa que indica la utilitat del desenvolupament d'agents antiinflamatoris. en CKD.157

Regulació sincronitzada de diferents PCD

Recentment, s'ha prestat més atenció a la diafonia i la coordinació de diferents PCD en determinades malalties. S'han revelat efectes col·laboratius de la piroptosi mediada per GSDMD i la necroptosi mediada per MLKL en AKI58 i malalties inflamatòries intestinals.59 A més, es va proposar un concepte emergent anomenat PANoptosi per descriure la coregulació entre piroptosi, necroptosi i apoptosi Z-DNA158. la proteïna d'unió 1 (ZBP1), el factor de creixement transformant beta-quinasa activada 1 (TAK1), el domini de mort associat a l'antigen de superfície cel·lular (Fas) associat a FS7- i la caspasa-8 poden cooperar per actuen com a reguladors mestres de la PANoptosi en l'orquestració de vies de mort cel·lular múltiples.159,59–61 Tonnus et al.73 van generar un inhibidor combinat de molècules petites (Nec-1f) que s'adreça simultàniament a RIPK1 i ferroptosi i va demostrar els seus efectes protectors en AKI. Aquestes troballes posen les bases per a enfocaments terapèutics efectius per orientar les vies de mort cel·lular polifacètica en malalties renals.

Conclusions

Un conjunt d'evidències ha suggerit el paper crucial de la piroptosi en la malaltia renal i ha revelat una sèrie de factors implicats en la piroptosi, com ara NLRP3, caspasa-1, GSDMD i IL-1, que podrien estar modulats genèticament i/o farmacològicament per a ús terapèutic. S'ha demostrat que la piroptosi canònica mediada per GSDMD té un paper central i té el potencial com a objectiu terapèutic en diverses malalties renals, com ara AKI, DKD, malaltia renal induïda per cristalls i lesió d'al·lograft en el trasplantament de ronyó. Les troballes sobre la piroptosi no canònica mediada per GSDMD, que és estimulada per LPS, han obert una nova via per tractar els danys d'òrgans induïts per la sèpsia. I el recent descobriment de la piroptosi mediada per GSDME com a regulador clau de l'AKI i la progressió posterior de l'AKI-CKD proporciona nous coneixements sobre la gestió de l'AKI i la prevenció de la CKD. A més, la regulació sincronitzada de múltiples vies de mort cel·lular pot presentar efectes més beneficiosos sobre els ronyons, ja que certs estímuls solen induir més d'una via de mort.

No obstant això, la nostra comprensió de la piroptosi en el context de la malaltia renal encara és limitada. Els estudis publicats sobre la piroptosi en la malaltia renal es van basar en un nombre limitat d'experiments amb animals i cèl·lules. Encara es requereix la reproducció de les dades actuals, així com la traducció de dades experimentals a entorns clínics. Els mecanismes de coneixement de les diferents vies piroptòtiques sota diverses circumstàncies d'estrès i/o en diferents tipus de cèl·lules renals, així com la diafonia i la interacció entre la piroptosi i altres formes de mort cel·lular, encara són en gran mesura desconeguts. És de considerable importància investigar més els mecanismes piroptòtics, així com l'orquestració de diversos PCD en fisiopatologia renal, que ajudaria a aprofitar el potencial de teràpies dirigides per resoldre els dilemes clínics i trencar el coll d'ampolla clínic de les malalties renals.

De: 'Pyroptosi en la malaltia renal' deYujia Wang, Yinshuang Li i Yanfang Xu1

---Revista de biologia molecular