Osa 1: Rikkivedyn suojaava vaikutus munuaisiin (katsaus)

Lisätietoja. kontaktitina.xiang@wecistanche.com

Abstrakti. Rikkivety(H2S)on fysiologisesti tärkeä kaasulähetin, joka palvelee kehon erilaisia biologisia toimintoja samalla tavalla kuin hiilimonoksidi ja typpioksidi. Kystationiini-β-syntaasi, kystationiini-y-lyaasi ja kysteiinitransaminaasi/3-merkaptopyruvaattisulfotransferaasi ovat tärkeitä entsyymejä, jotka osallistuvat H2S:n tuotantoon in vivo, ja mitokondriot ovat aineenvaihdunnan ensisijaisia paikkoja. On raportoitu, että H: lla ja S: llä on tärkeä fysiologinen roolimunuainen. Sairausolosuhteissa, kuten iskemia-reperfuusiovammassa, lääkkeen nefrotoksisuudessa ja diabeettisessa nefropatiassa, H2S: llä on tärkeä rooli sekä taudin esiintymisessä että kehittymisessä. Tämän katsauksen tarkoituksena oli tiivistää H2S: n tuotanto, aineenvaihdunta ja fysiologiset toiminnot sekä tutkimuksen edistyminen sen roolin suhteenmunuaisten vammaja munuaisfibroosi viime vuosina.

Klikkaa tästä oppiaksesi cistanche tubulosa reddit

1. Esittely

Rikkivetyä (H2S) pidettiin alun perin myrkyllisenä kaasuna; Tutkimuksen jatkuessa on kuitenkin käynyt ilmi, että sillä on tärkeä rooli elävissä organismeissa, ja siitä on tullut toinen tärkeä kaasulähetin hiilimonoksidin (CO) ja typpioksidin (NO) (NO) rinnalla(1,2). Koska H2S:n on vahvistettu olevan läsnä nisäkäskudoksissa, monet tutkimukset ovat viitanneet siihen, että H2S voi vaikuttaaanti-inflammatorinen,anti-oksidatiivinenstressi ja antifibroottiset vaikutukset kehossa (3,4). Aiemmat tutkimukset ovat vahvistaneet, että H, S palvelee fysiologista ja patologista rooliakardiovaskulaarinenjärjestelmä, aivot ja hermosto(5-7). H2S:ää tuottavien entsyymien epätasaisen jakautumisen vuoksi eri elimissä ja kudoksissa H,2S:n pitoisuus kuitenkin vaihtelee suuresti eri elimissä (8). H2S: n taustalla olevien mekanismien tutkiminen munuaisten fysiologisissa ja patologisissa prosesseissa voi auttaa ymmärtämään järjestelmällisesti sen molekyylibiologisia mekanismeja, erityisesti sen renoprotektiivisen roolin suhteen.

2. H2S: n yleiset fysikaalis-kemialliset ominaisuudet.

H2S on väritön kaasu, joka haisee samanlaiselta kuin mätä munat; H2S:n haju voidaan havaita ihmisen hajujärjestelmällä, kun pitoisuus ilmassa saavuttaa 1/400 sen myrkyllisestä tasosta (9). Heikkona happona H2S dissosioituu vedessä saavuttaakseen tasapainon huoneenlämmössä (25 °C)pKa:lla, joka on 6,97-7,06 ja pKa 12,35-15,0. Lisäksi vesiliuoksessa oleva H2S on haihtuvaa, ja sen keskinäinen muuntaminen nestefaasin ja kaasufaasin välillä saavuttaa tasapainon, kuten kuvassa 1 on esitetty; tähän tasapainoon vaikuttavat ympäristön lämpötila, paine ja muut vesiliuoksessa olevat liuenneet aineet (10). Lisäksi H2S on erittäin lipofiilinen, mikä ei ainoastaan salli sen suurempaa pitoisuutta runsaasti rasvaa sisältävissä olosuhteissa, vaan antaa sille myös mahdollisuuden tunkeutua vapaasti lipidien biofilmeihin luottamatta kalvokanaviin biologisen aktiivisuutensa aikaansaamiseksi (11). Koska H2S ja HS ovat rinnakkain ratkaisussa, on vaikea tehdä selvää eroa sen välillä, kummalla niistä on merkitystä biologisissa mekanismeissa tai onko niillä molemmilla biologisia vaikutuksia.

3. H2S: n syntyminen ja aineenvaihdunta

H2S: n sukupolvi. Nisäkkäiden H_S synteesi perustuu ensisijaisesti entsymaattisiin reitteihin. Kolme perinteistä entsyymijärjestelmää, jotka katalysoivat H2S:n tuotantoa, ovat kystationiini-β-syntaasin (CBS), kystationiini-y-lyaasin (CSE) ja kysteiinitransaminaasin (CAT) synergistinen vaikutus 3-merkaptopyruvaatin (3-MP) sulfotransferaasin (3-MST) kanssa(12,13). Kun pyridoksaalifosfaatti (tunnetaan myös nimellä B6-vitamiini) kofaktorina, CSE ja CBS ovat vastuussa suurimmasta osasta endogeenistä H2S:ää, kuten kuvassa.2.L-kysteiini on esitetty CSE:llä tai CBS:llä HS:n ja L-seriinin tuottamiseksi tai CBS:llä pyruvatin, NH:n tuottamiseksi; ja H2S. CSE voi polymeroida kaksi L-kysteiinitähteä L-kystiiniksi, ja sitten CSE käyttää L-kystiiniä substraattina hajottaakseen sen tiosysteiiniksi, pyruvaatiksi ja NH3: ksi. Syntynyt tiosysteiini reagoi muiden tioolien kanssa H2S: n tuottamiseksi ei-entsymaattisen reaktion kautta. Lisäksi L-kysteiini polymeroituu L-homokysteiinin kanssa substraatteina CSE: lle tai CBS: lle L-kystationiinin ja H2S: n tuottamiseksi. CSE hajottaa edelleen L-kystatiinia L-kysteiiniksi, a-ketobutyraatti ja saavutetaan NH- ja L-kysteiinikierto(12,13). On raportoitu, että reaktiossa, jossa L-kysteiini metaboloituu H2S:ksi CBS:n kautta, β-substituutiolla tuotetun H2S:n määrä on 50-kertainen β-eliminaatioon verrattuna(14). Kun CSE tuotti H2S:ää, kysteiinin α,β eliminointi on HS:n ensisijainen lähde, ja sen osuus H2S:n tuotannosta on 70 prosenttia(15).

Toisin kuin CSE ja CBS, 3-MST käyttää metallista sinkkiä kofaktorina(14). Lisäksi L-kysteiini on muunnettava 3-MP: ksi ja L-glutamiinihapoksi CAT: n reaktion kautta α-ketoglutaraatin kanssa, ja 3-MP deulfuroidaan sitten 3-MST: llä suorana substraattina HS: n ja pyruvatin tuottamiseksi (16,17). Peroksisomeissa D-aminohappooksidaasi katalysoi D-kysteiiniä L-kysteiinin sijasta 3-MP: n, NH3: n ja H2O: n tuottamiseksi veden ja hapen läsnä ollessa, ja tuloksena oleva 3-MP siirretään mitokondreihin 3-MST: n hyödyntämiseksi H2S: n tuottamiseksi (18). 3-MP: n tulo peroksidaasiin mitokondrioihin on yleensä vesikkelien muodossa, kuten kuvassa 2 on esitetty. Kliiniset havainnot ovat raportoineet, että CSE:n ja CBS:n synteesi kroonista munuaissairautta sairastavilla potilailla on vähentynyt, kun taas 3-MST:n ja hemorragisen homokysteiinin ilmentyminen lisääntyy(19). Tämä voidaan selittää spesifisellä vaikutusmekanismilla, jota edellä mainitut entsyymit käyttävät H2S: n tuottamiseen. Kun CBS:n ja CSE:n H2S:n tuotanto L-homokysteiini/L-kystationiinireitin kautta vähenee, L-homokysteiinin käyttöä rajoitetaan ja potilaalla voi olla hyperhomosysteinemiaa.

H2S: n aineenvaihdunta. Elimistön H2S metaboloituu pääasiassa mitokondrioissa(20). Sulfokinonin oksidoreduktaasi (SQOR)mitokondrioissa voi hyödyntää H2S:ää ja metaboloida sen tiosulfaattiin tiosulfaattirikkitransferaasin (TST) ja tiolidioksigenaasin (ETHEl) avulla. Tämän prosessin aikana pelkistetyllä glutationilla on tärkeä rooli, ja tiosulfaatti hapettuu edelleen tiosulfaattireduktaasin ja sulfiittioksidaasin (SUOX) vaikutuksesta ja erittyy lopulta sulfaatin muodossa munuaisten kautta, kuten kuvassa 3.O:n rooli tässä prosessissa on korvaamaton (21,22). Erityisesti koentsyymi Q(CoQ)on läheistä sukua edellä mainituille entsyymeille. Aiempi tutkimus paljasti, että CoQ: n puuttuminen voi aiheuttaa tiokinonin oksidoreduktaasin, TST: n, ETHE1: n ja SUOX: n ilmentymistasojen säätelyn heikkenemistä(23). CoQ-puutteen alkuvaiheessa SQOR-tasot laskevat merkittävästi, mikä vaikuttaa H2S-hapettumiseen, ja CoQ-lisäravinteet voivat säästää H2S-aineenvaihduntaa vaikuttamatta sen tuotantoon (24). Vaikka SQOR-aktiivisuus ja proteiinitasot laskevat, muiden mitokondrioiden entsyymien (TST, ETHEl ja SUOX) proteiinitasot H2S-hapetusreitissä kasvavat fibroblasteissa; Ei kuitenkaan ole selvää, onko useiden entsyymien tasojen nousu tilapäisesti kompensoinnin nousu vai kääntäen verrannollinen SQOR-tasojen laskuun (23). Siksi on tärkeää tutkia CoQ-puutteen vaikutusta H2S-metabolisiin entsyymeihin, mikä voi auttaa tutkimaan H2S-pitoisuuden säätelyä H2S-aineenvaihduntareittien kautta vaikuttamaan useisiin signalointireitteihin kehossa.

Normaaleissa fysiologisissa olosuhteissa, kun H2S-tuotanto kudoksissa ylittää käyttöaineenvaihdunnan, tarvitaan toinen aineenvaihduntareitti, sytoplasminen metyylitransferaasimetylaatio. Tähän mennessä ihmiskehon tunnetut metyylitransferaasit ovat tiopuriinin metyylitransferaasi(TPMT) ja tiolimetyylitransferaasi(TMT). TPMT metyloi selektiivisesti tiopriiniyhdisteitä, kun taas TMT metyloi selektiivisesti alifaattisia merkaptaanisubstraatteja. Käyttämällä massaspektrometriaa metyylisulfidin muodostumisen suoraan mittaamiseen on aiemmin arvioitu H2S:n metylaatiota ja saatuja kineettisiä käyriä; HS:n metylaatiokilometri oli 146,2+29,2 μmol(25). On myös osoitettu, että ihmisen metyylitransferaasin kaltainen proteiini 7B voi katalysoida metyyliryhmän siirtymisen S-adenosiini-1-metioniinista H2S:ään ja muihin eksogeenisiin merkaptaanin pieniin molekyyleihin ja siten metaboloida H2S:ää (25). Lisäksi H2S voidaan poistaa metemoglobiinilla tai metallisilla/ei-metallisilla molekyyleillä, kuten hapettuneella glutationilla (26).

4. H2S: n fysiologinen rooli munuaisissa

Munuaisten erittymistoiminto. Kliiniset tutkimukset ovat vahvistaneet, että plasman H2S-tasot korreloivat positiivisesti glomerulaarisen suodatusnopeuden kanssa potilailla, joilla on krooninen munuaissairaus (CKD). Lisäksi seerumin homokysteiinipitoisuuden potilailla, joilla on pitkälle edennyt CKD(CKD3-5), on raportoitu olevan merkitsevästi suurempi kuin potilailla, joilla on varhainen CKD(CKD1-2), ja seerumin homokysteiinitasojen nousuun liittyy munuaisten vajaatoiminta(19). Hyperhomosysteinemian on osoitettu pahentavan solunulkoisen matriisin (ECM) proteiinien kerrostumista ja kolneksiin tuhoutumista ja johtavan endoteeli-NO-syntaasin (eNOS) fosforylaatioon munuaisten verisuonten endoteelisoluissa, mikä vähentää NO:n hyötyosuutta vasokonstriktion indusoimiseksi ja munuaisten verenkierron vähentämiseksi, mikä ilmenee plasman H2S-tasojen ja glomerulusten suodatusnopeuden (GFR) vähenemisenä(27). H2S voi lisätä natriumin ja kaliumin erittymistä virtsaan estämällä Na-K-2Cl-apukuljettajia ja Na-K-ATPaasia. In vivo -kokeet ovat osoittaneet, että H2S-luovuttajan NaHS:n munuaistensisäinen valtimoinfuusio voi lisätä munuaisten verenkiertoa, GFR:ää ja virtsan natriumin [U(Na)x tilavuus] ja kaliumin erittymistä [U(K)x tilavuus), ja L-kysteiinin infuusio munuaisvaltimon kautta H2S-substraatin pitoisuuden lisäämiseksi voisi simuloida tätä vaikutusta (28). Lisäksi H2S voi estää H2O:n indusoimien fosfatidyyliinositolin 3,4,5-trifosfaatista riippuvaisten distaalisten munuaisten epiteelin natriumkanavien avaamisen, vähentää nefronien aiheuttamaa natriumin uudelleenabsorptiota ja lisätä natriumin erittymistä virtsaan (29). Lisäksi CSE- ja CBS-entsyymi-entsyymi-inhibiittoreiden propargyyliglysiinin ja amino-oksoasetaatin käytön on osoitettu lisäävän virtsan tilavuutta ja vähentävän virtsan osmoottista painetta hiirillä; tämä liittyy HS:n aiheuttamaan akvaporiinin (AQP)-2 ilmentymisen vähenemiseen munuaiskorullassa. GY4137-hoidon jälkeen, joka on H2S-luovuttajan jatkuva vapautumisaine, AQP-2:n ilmentymistasot säätyivät merkittävästi (30).

H2S voi kohdistua suoraan joihinkin H2S-herkkiin disulfidisidoksiin epidermaalisessa kasvutekijäreseptorissa (EGFR), joka voi indusoida endosytoosia ja Na-K-ATPaasin estoa munuaisten tubulaarisissa epiteelisoluissa säätelemällä EGFR/GAB1/PI3K/Akt-reittiä, mikä vähentää munuaisten tubulaaristen epiteelisolujen natrium- ja kaliumioninvaihtoa ja edistää natriumin erittymistä(31). On kuitenkin vielä määritettävä, miten EGFR/GAB1/PI3K/Akt-reitti vaikuttaa Na-K-ATPaasiin. EGFR: llä tiedetään olevan tyrosiinikinaasiaktiivisuutta, ja sen perheenjäsenet voivat sitoutua erilaisiin ligandeihin muodostaen homodimeerejä tai heterodimeerejä, mikä johtaa spesifisten tyrosiinijäämien fosforylaatioon solunsisäisissä domeeneissa. Munuaisten verisuonten endoteelisoluissa EGFR:n inhibition on raportoitu laajentavan munuaissuonia ja parantavan munuaisten verenkiertoa. podosyyttien kohdalla EGFR:n inhibitio voi vähentää korkean glukoosipitoisuuden aiheuttamia podosyyttivaurioita ja menetyksiä ja vähentää proteinuriaa, kun taas munuaisten tubulaarisissa epiteelisoluissa EGFR:n inhibition osoitettiin lievittävän munuaisten tubulaarista vammaa ja epiteeli-mesenkymaalista siirtymää (EMT)(32,33). EGFR-tyrosiinikinaasiaktiivisuuden estäjiä koskevat tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että EGFR:n inhibitio voi johtaa myös munuaisten tubulaarisiin vaurioihin ja elektrolyyttihäiriöihin(34). Sen vuoksi tarvitaan perusteellisempia tutkimuksia, jotka koskevat erityisesti H2S:n etuja ja haittoja EGFR-reitin aktiivisuuden säätelyssä.

Siten nämä edellä mainitut aiemmat tutkimukset osoittivat, että H2S: llä on rooli veden ja elektrolyyttien aineenvaihdunnassa erilaisilla menetelmillä. Yleisesti ottaen on ehdotettu, että H_S lisääntynyt pitoisuus edistää elektrolyyttien erittymistä munuaisten kautta, kun taas sen tuotannon estäminen voi säilyttää natriumin tyhjennyksen. Siksi H2S:ää tuottavat CBS- ja CSE-estäjät voivat olla mahdollisia diureetteja.

Hapen aistiminen. H2S-välitteinen O, aisti on havaittu erilaisissa O2-aistivissa kudoksissa selkärankaisten sydän- ja verisuoni- ja hengityselimissä (35,36). HSon-loppupään signalointitapahtumien vaikutus on yhdenmukainen hypoksian aktivaation (37,38) kanssa. Normaaleissa munuaisissa munuaistensisäisen arteriovenoosinen happishuntin vuoksi munuaiset ovat alhaisen hapen osapaineessa verrattuna muihin elimiin, ja munuaisten medulla-hapen osapaine on alhaisempi kuin munuaisten parenkyymin (39,40). Siksi H2S: ää pidetään happianturina munuaisissa, erityisesti medullassa (41). Happianturina H2S on erottamaton sen syntymis- ja oksidatiivisesta metabolisesta tasapainosta. H2S-sukupolvi ei ole riippuvainen O: sta, mutta sen oksidatiivinen aineenvaihdunta mitokondrioissa on riippuvainen hapesta, kuten edellä mainittiin; siksi hypoksia voi johtaa H2S-pitoisuuden nousuun ja näiden kahden välillä on käänteinen suhde (37). Mitokondrioiden oksidatiivinen hengityselektronin kuljetusketju on ensisijainen energiantuotantoväline; siksi on välttämätöntä ja merkittävää todistaa, että H2S osallistuu energiantuotantoon munuaisten syljen fysiologisissa olosuhteissa normaalissa hypoksiassa. Happianturina H2S voi vaikuttaa verenkiertoon ja säätää sydämen ja keuhkojen happitasapainoa. On vielä määritettävä, sääteleekö H2S myös hapensyötön jakautumista munuaiskuoressa ja medullassa fysiologisissa olosuhteissa tämän mekanismin kautta vai muilla keinoilla. H2S:n sijainnin ja molekyylimekanismin tutkiminen happianturina, joka vaikuttaa alavirran signalointitapahtumien esiintymiseen, rikastuttaa entisestään ymmärrystämme H2S:stä happianturina.