Koagulation, Protease-aktivierte Rezeptoren und diabetische Nierenerkrankung: Lehren aus ENOS-defizienten Mäusen

Endotheliale StickoxidsynthaseEs ist bekannt, dass eine (eNOS)-Dysfunktion das Fortschreiten und die Prognose verschlimmertdiabetische Nierenerkrankung(DKD). Einer der Mechanismen, durch die dies erreicht wird, besteht darin, dass niedrige eNOS-Werte mit Hyperkoagulabilität verbunden sind, was eine Nierenschädigung begünstigt. In der extrinsischen Gerinnungskaskade verschlimmern der Gewebefaktor (Faktor III) und nachgeschaltete Gerinnungsfaktoren wie der aktive Faktor X (FXa) die Entzündung durch Aktivierung der Protease-aktivierten Rezeptoren (PARs). Kürzlich wurde gezeigt, dass die fehlende oder verringerte eNOS-Expression bei diabetischen Mäusen als Modell für fortgeschrittene DKD die Nierengewebefaktorspiegel und PAR1 erhöht2 Ausdruck in ihren Nieren. Darüber hinaus kann es zu einer medikamentösen Hemmung oder genetischen Deletion von Gerinnungsfaktoren oder PARs kommenverbesserte Entzündung bei DKDbei Mäusen ohne eNOS. In dieser Übersicht fassen wir die Beziehung zwischen eNOS, Gerinnung und PARs zusammen und schlagen eine neuartige Therapieoption für die Behandlung vorPatienten mit DKD. 

Schlüsselwörter: diabetische Glomerulosklerose; Faktor Xa; Entzündung; Gewebefaktor

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Einführung

Die Anzahl der Patienten mitdiabetische Nierenerkrankung(DKD) nimmt weltweit zu (de Boer et al. 2011; Kainz et al. 2015; Ogurtsova et al. 2017). DKD ist eine der Haupttodesursachen bei Patienten mit diabetischen Komplikationen (Afkarian et al. 2013). Darüber hinaus ist DKD fortschreitend und die Hauptursache fürNierenerkrankung im EndstadiumerfordernNierenersatztherapie(Gregg et al. 2014; Liyanage et al. 2015). In Japan,diabetische Nephropathiemacht mehr als 39 % der neuen Dialysepatienten aus (Nitta et al. 2020). deshalb, dieEntwicklung neuartiger TherapeutikaFür die Behandlung von Patienten mit DKD sind verschiedene Optionen erforderlich.

Es besteht zunehmendes Interesse an der Rolle des GerinnungssystemsDKD-Pathogenese.Hyperkoagulabilitätist mit DKD assoziiert (Goldberg 2009; Domingueti et al. 2016). Es wurde gezeigt, dass ein erhöhter Fibrinogenspiegel im Blut mit einer niedrigen geschätzten glomerulären Filtrationsrate, einer hohen Proteinurie und schweren histologischen Schäden verbunden ist und ein Prädiktor für das Fortschreiten einer Nierenerkrankung im Endstadium ist (Dalla Vestra et al. 2005; Pan et al. 2018; Zhang et al. 2018). Einige Studien haben einen Zusammenhang zwischen dem D-Dimer-Spiegel, einem Fibrinabbauprodukt, und einer Nierenfunktionsstörung bei DKD gezeigt (Domingueti et al. 2018; Pan et al. 2018). Die Hyperkoagulabilität bei DKD wird wahrscheinlich durch mehrere Faktoren bestimmt. Beispielsweise aktiviert das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System den Gewebefaktor (TF, Faktor III) und erhöht thrombotische Ereignisse (Dielis et al. 2005). Ansonsten sind Hyperglykämie, Dyslipidämie, Entzündung oder endotheliale Dysfunktion am prothrombotischen Zustand bei der DKD-Pathogenese beteiligt (Goldberg 2009).

Bei DKD liegt eine endotheliale Dysfunktion vor, die zu mikrovaskulären Komplikationen führt (Goldberg 2009; Nakagawa et al. 2011). Eine beeinträchtigte Produktion der endothelialen Stickoxidsynthase (eNOS) oder eine verringerte eNOS-Aktivität (z. B. eine beeinträchtigte eNOS-Phosphorylierung) ist ein Kennzeichen der endothelialen Dysfunktion bei DKD (Nakagawa et al. 2011; Cheng et al. 2012). Wir haben gezeigt, dass ein Verlust der eNOS-Expression mit einem Anstieg des TF-Spiegels und der Aktivität des extrinsischen Gerinnungssystems zusammenhängt (Li et al. 2010; Wang et al. 2011a), was eng mit thrombotischen Ereignissen bei Patienten mit chronischer Nierenerkrankung verbunden ist Krankheiten (Kolachalama et al. 2018).

Zusätzlich zum erhöhten Risiko thrombotischer Ereignisse vermitteln Gerinnungsproteasen wie der aktive Faktor FVII (FVIIa), der aktive Faktor (FXa) und Thrombin, die in der extrinsischen Gerinnungskaskade vorhanden sind, Gewebeschäden durch einen Protease-aktivierten Rezeptor ( PAR)-abhängigen Mechanismus (Madhusudhan et al. 2016; Posma et al. 2019). In dieser Übersicht fassen wir die Ergebnisse von diabetischen Mäusen ohne eNOS zusammen und diskutieren den Zusammenhang zwischen dem Gerinnungs-PAR-Signalweg, den eNOS-Werten und der DKD-Pathogenese.

Gewebefaktor/Protease-aktivierter Rezeptorweg

Gewebefaktor (TF), bekannt als Faktor III, ist ein 47 kDa großes Transmembranprotein, das mit Faktor VII (FVII) interagiert (Grover und Mackman 2018). Der TF/FVIIa-Komplex ist ein Aktivator der extrinsischen Gerinnungskaskade und katalysiert die Aktivierung von FX und FIX. FXa und aktivierter Cofaktor V (FVa) bilden einen prothrombotischen Komplex, der Thrombin erzeugt. Schließlich wandelt Thrombin Fibrinogen in Fibrin um, was zur Bildung von Thromben führt (Grover und Mackman 2018). TF wird sowohl in glatten Gefäßmuskelzellen als auch in Adventitialfibroblasten exprimiert. Unter entzündlichen Bedingungen wird seine Expression in Endothelzellen oder zirkulierenden Zellen wie Monozyten induziert (Østerud und Bjørklid 2006).

Protease-aktivierte Rezeptoren (PARs) sind Mitglieder der G-Protein-gekoppelten Rezeptor-Superfamilie, die vier PAR-Proteine ​​(PAR1-4) umfasst. PARs werden am N-terminalen Ende durch Proteasen gespalten und bei der Bindung an einen neuen N-Terminus, der einen angebundenen Liganden enthält, aktiviert. Die vier Mitglieder von PARs (PAR1-4) werden durch spezifische Gerinnungsproteasen aktiviert: Der TF- und FVIIa-Komplex aktiviert PAR2, Faktor Xa aktiviert sowohl PAR1 als auch PAR2 und Thrombin aktiviert PAR1, PAR3 und PAR4 (Camerer et al. 2000; Coughlin 2005; Rothmeier und Ruf 2012; Zhao et al. 2014). Die Beziehung zwischen TF, Gerinnungsproteasen und PARs ist in Abb. 1 dargestellt.

Es ist bekannt, dass PARs in großem Umfang in Nierenzellen exprimiert werden und an der Pathophysiologie von Nierenschäden beteiligt sind. Sowohl PAR1 als auch PAR2 werden in glomerulären Endothelzellen, Mesangialzellen und Nierentubuluszellen exprimiert, die von Menschen oder Mäusen stammen; PAR2, PAR3 und PAR4 werden in menschlichen Podozyten exprimiert; PAR1, PAR3 und PAR4 werden in murinen Podozyten exprimiert (Tanaka et al. 2005; Vesey et al. 2005; Madhusudhan et al. 2012; Dong et al. 2015; Madhusudhan et al. 2016).

Obwohl die schädlichen oder schützenden Wirkungen von PARs bei Nierenschäden nachgewiesen wurden, deuten zunehmende Daten darauf hin, dass PARs Entzündungen verschlimmern, indem sie die Produktion von Zytokinen und Chemokinen stimulieren (Rothmeier und Ruf 2012; Isermann 2017; Posma et al. 2019). In Übereinstimmung mit diesem Befund fördern PAR1- und PAR2-Agonisten die Expression von Entzündungsmediatoren wie Monozyten-chemotaktischem Protein 1 (MCP1) und Plasminogenaktivator-Inhibitor-1 (PAI-1) ​​sowie profibrotischen Molekülen im Endothel , Mesangial- und Nierentubuluszellen (Vesey et al. 2005; Vesey et al. 2013; Ellinghaus et al. 2016; Waasdorp et al. 2016; Oe et al. 2019). In In-vivo-Studien reduzierte das Fehlen von PAR1 oder das Vorhandensein von PAR1-Inhibitoren die Entzündung in Modellen mit halbmondförmiger Glomerulonephritis oder obstruktiver Nierenschädigung (Cunningham et al. 2000; Waasdorp et al. 2019; Lok et al. 2020). Ebenso gingen die therapeutischen Wirkungen der PAR2-Hemmung bei Nierenverletzungen mit einer Verringerung der Entzündung in den Nieren einher (Hayashi et al. 2016; Du et al. 2017; Han et al. 2019; Watanabe et al. 2019).

Endotheliale Stickoxid-Synthase-Polymorphismen bei DKD

Die endotheliale Stickoxidsynthase (eNOS) ist eine der drei NOS-Isoformen und trägt zur Produktion von NO im Gefäßendothel bei (Walford und Loscalzo 2003). NO, das von eNOS im Gefäßendothel produziert wird, spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Gefäßentspannung, der Entzündungshemmung und der Verhinderung der Thrombusbildung (Walford und Loscalzo 2003). Eine beeinträchtigte eNOS-Expression ist mit der Entwicklung von DKD verbunden. Kürzlich durchgeführte Metaanalysen am Menschen haben ergeben, dass G894T (rs1799983), C-786T (rs2070744) und Intron 4b/4a ​​(rs869109213) in den eNOS-Genen (NOS3) eng mit den Genen assoziiert sind Entwicklung von DKD (Dellamea et al. 2014; Zhang et al. 2015; Dong et al. 2018). Von diesen Varianten ist die Rolle des G894T (Glu298Asp)-Polymorphismus bei der eNOS-Funktion gut charakterisiert. In transfizierten CHO-Zellen mit 298Asp wurde im Vergleich zu denen mit 298Glu eine verringerte Produktion von NO oder Nitritakkumulation angezeigt (Noiri et al. 2002). Insgesamt deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die verringerte Produktion von NO durch eNOS-Dysfunktion wichtig für das Fortschreiten der DKD beim Menschen ist.

Abb. 1. Zusammenhang zwischen Gerinnungsfaktoren und Protease-aktivierten Rezeptoren (PARs). In der extrinsischen Gerinnungskaskade aktiviert der Komplex aus Gewebefaktor (TF) und aktivem FVII (FVIIa) den Protease-aktivierten Rezeptor 2 (PAR2), aktiver FX (FXa) aktiviert sowohl PAR1 als auch PAR2 und Thrombin zielt auf PAR1, PAR3 und PAR4 ab. Die Spaltung der N-terminalen Sequenz von PARs durch Gerinnungsproteasen bringt eine neue N-terminale Sequenz zum Vorschein, die als gebundener Ligand fungiert und Entzündungen fördert.

Diabetische Mäuse ohne eNOS als Modell für menschliche diabetische Nephropathie

Die Etablierung zuverlässiger präklinischer Modelle, die der menschlichen DKD ähneln, ist für die Erforschung neuer Therapieoptionen von entscheidender Bedeutung. Basierend auf den Beweisen, die einen Zusammenhang zwischen eNOS-Polymorphismus und DKD zeigen, haben mehrere Studien gezeigt, dass eNOS-Knock-out-Modelle von DM Typ I und Typ II zu den erfolgreichen Modellen gehören, die menschliche DKD nachahmen (Brosius et al. 2009; Azushima et al. 2018). Es wurde gezeigt, dass Streptozotocin-induzierte diabetische Mäuse ohne eNOS schwere Albuminurie, mesangiale Ausdehnung, Verdickung der glomerulären Basalmembran und arterioläre Hyalinose entwickeln, die der menschlichen DKD ähneln (Nakagawa et al. 2007). In ähnlicher Weise zeigten Typ-II-diabetische Mäuse (db/db), denen eNOS fehlte, schwere Glomerulosklerose und Albuminurie (Zhao et al. 2006).

Erhöhter TF bei diabetischen Mäusen ohne eNOS

NO hemmt die Thrombusbildung und die Thrombozytenaggregation (Walford und Loscalzo 2003). Da bei diabetischen Mäusen ohne eNOS eine glomeruläre Thrombusbildung beobachtet wurde (Nakagawa et al. 2007), ist eine beeinträchtigte eNOS-Expression wahrscheinlich mit der Zunahme der TF-abhängigen Gerinnung verbunden. Der Zusammenhang zwischen eNOS und TF bei DKD wurde in unseren früheren Berichten behandelt (Li et al. 2010; Wang et al. 2011a; Oe et al. 2016) (Abb. 2).

Eine verringerte oder fehlende eNOS-Expression erhöht die renale TF-Aktivität bei diabetischen Akita-Mäusen

Wir charakterisierten die TF-Expression in diabetischen Akita-Mäusen (Ins2Akita/+), einem Modell des Typ-I-DM, mit verschiedenen Expressionsniveaus von eNOS (eNOS+/+, eNOS+/- und eNOS-/-) (Wang et al. 2011a). Wir fanden heraus, dass der Schweregrad der DKD mit einer verringerten eNOS-Expression verbunden war. Die Ausscheidung von Albumin im Urin, Glomerulosklerose und die Verringerung der glomerulären Filtrationsrate wurden in der folgenden Reihenfolge verstärkt: eNOS+/+; Ins2Akita/+ < eNOS+/-; Ins2Akita/+ < eNOS-/-; Ins2Akita/+. Interessanterweise waren die Nieren-TF-Expression und -Aktivität bei eNOS+/- erhöht; Ins2Akita/+ und eNOS-/-; Ins2Akita/+-Mäuse im Vergleich zu denen in eNOS+/+; Ins2Akita/+ Mäuse. Die glomeruläre Fibrinablagerung war auch bei eNOS+/- bemerkenswert; Ins2 Akita/+ und eNOS-/-; Ins2 Akita/+ Mäuse. Darüber hinaus korrelierte die renale Tf-mRNA-Expression mit der Schwere der Erkrankung, der Albuminausscheidung im Urin und der Expression von renalen entzündlichen Zytokinen.