El hemo se acumula en el riñón y exacerba la lesión renal aguda al provocar el depósito de hemoglobina y la toxicidad del hierro tubular proximal

El artículo que estamos estudiando hoy es un artículo publicado en Kidney International por el equipo del profesor Xiaoming Fan de la Facultad de Medicina de la Universidad de Toronto en julio de 2022: La hemopexina se acumula en los riñones y empeora la lesión renal aguda al causar el depósito de hemoglobina y la exacerbación de la toxicidad del hierro. en túbulos proximales

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En la lesión renal aguda (AKI) relacionada con hemólisis, hemorragia y transfusión de sangre, a menudo existe hemoglobina libre o hemo, y el hierro con actividad catalítica puede tener efectos tóxicos potenciales. El hemo libre puede eliminarse con hemopexina (Hpx), pero su función en la LRA sigue siendo controvertida.

Los investigadores utilizaron un modelo de AKI inducido por cisplatino y ratones knockout (KO) para Hpx para investigar el papel de Hpx en AKI y determinar aún más la localización tisular y la importancia funcional de la deposición de Hpx en el riñón después de AKI.

Figura 1

     To study the renal accumulation of Hpx in AKI, the researchers first induced AKI in Hpx WT and KO mice with cisplatin and evaluated the accumulation of Hpx in the kidney. After cisplatin-induced AKI, renal Hpx protein in Hpx WT mice increased by an average of 2.5-fold (Fig. 1A–B). In contrast, Hpx KO mice did not express Hpx either at baseline or after cisplatin induction. On this basis, the researchers further detected Hpx in plasma and its mRNA expression in the liver and kidney and found that plasma Hpx increased significantly after cisplatin-induced AKI (Fig. 1C). Furthermore, after cisplatin-induced AKI, the expression of Hpx mRNA was increased >2000- veces en el hígado, pero no cambió significativamente en el riñón (Fig. 1D).

Figura 2

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Evaluamos el papel funcional de Hpx en AKI y encontramos que Hpx WT tenía puntuaciones medias de lesión renal más altas que Hpx KO en un modelo de AKI inducido por cisplatino (Fig. 2A-B). A continuación, los investigadores evaluaron la creatinina plasmática y encontraron que la creatinina plasmática estaba elevada en ratones después de la LRA inducida por cisplatino (Fig. 2C). La medición del nitrógeno ureico en plasma en WT y KO después del tratamiento con cisplatino confirmó que los ratones WT después de la lesión renal AKI inducida por cisplatino (Fig. 2D). Además, encontramos que AKI indujo la expresión de Kim-1 y HO-1, pero la expresión se atenuó en Hpx KO (Fig. 3B-C), proporcionando más evidencia de la atenuación de la lesión renal. en ratones Hpx KO.

Figura 4

Los investigadores tiñeron los riñones para detectar hemoglobina (Hb) y el marcador de células del túbulo proximal Megalin y encontraron que la Hb se depositó en los túbulos proximales en este modelo de AKI (Fig. 4A-B). Sin embargo, en ratones Hpx KO, el área de colocalización positiva fue significativamente menor que en ratones WT AKI, lo que sugiere que la deposición renal de Hb en ratones AKI inducidos por cisplatino depende de Hpx. A continuación, medimos la Hb libre de células plasmáticas y descubrimos que los niveles de Hb libre de células plasmáticas estaban elevados en ratones WT y KO en LRA inducida por cisplatino (Fig. 4C).

No hubo diferencias significativas en los niveles de expresión de ARN de Hb renal entre los dos grupos, lo que sugiere que el depósito de Hb en los riñones proviene de la circulación sistémica en lugar de la producción endógena. Los niveles de 4-HNE (un marcador comúnmente usado de peroxidación lipídica y ferroptosis en tejido renal después de LRA inducida por cisplatino) fueron significativamente más altos en ratones WT que en ratones KO (Fig. 4D, E). Los resultados anteriores sugieren que la hemoglobina se acumula en los túbulos proximales renales de una manera dependiente de Hpx después de la LRA inducida por cisplatino.

Figura 5

Figura 6

Utilizando células de la línea celular del túbulo proximal HK-2, estudios adicionales de la interacción de Hb y Hpx in vitro revelaron que Hb y Hpx co-localizaron y aparecieron en la membrana celular (Fig. 5A). Además, la combinación de Hb y Hpx dio como resultado una mayor deposición de Hb en las células HK-2 (Fig. 5B). Y la combinación de Hb y Hpx puede conducir a la exageración de las especies reactivas de oxígeno (ROS) inducidas por Hb (Fig. 6A). Es importante destacar que el Hpx por sí solo no tuvo ningún efecto nocivo. 24 horas después del tratamiento de Hb y Hb combinada con Hpx, las células mostraron evidente apoptosis (Figura 6B) y necrosis (Figura 6C), especialmente en el grupo Hb combinado con Hpx. La observación de las células tratadas bajo un microscopio de fluorescencia mostró que las células del grupo Hb más Hpx estaban necróticas (Fig. 6D). A continuación, los investigadores utilizaron células epiteliales tubulares proximales renales humanas de cultivo primario RPTEC para demostrar el efecto de Hpx en la lesión celular inducida por hb, y los resultados mostraron que la combinación de Hpx y Hb aumentó significativamente la RPTEC inducida por Hb después de 24 horas de tratamiento ROS , apoptosis y necrosis (Fig. 6E-G).

Figura 7

El hierro activo es un mediador clave de la toxicidad inducida por Hb. En células HK-2 tratadas con Hb y Hpx, demostramos que las ROS inducidas por Hb más Hpx podrían inhibirse mediante el quelante de hierro DFO y el inhibidor de ferroptosis Fer-1 (Fig. 7A). Una evaluación adicional del efecto protector de DFO en AKI inducida por cisplatino en ratones WT y KO encontró que DFO atenuó la lesión renal en ratones Hpx WT después de AKI inducida por cisplatino. Sin embargo, en comparación con Hpx WT, el daño renal se redujo en ratones Hpx KO, mientras que el efecto protector de DFO se perdió en ratones Hpx KO (Fig. 7B-C). Estos experimentos sugieren que DFO protege contra la lesión mediada por Hpx en AKI y que la acumulación renal de Hpx es una fuente de hierro reactivo en AKI.

En conclusión, la acumulación de hemopexina en el riñón en modelos de LRA agrava la lesión renal, y la inhibición de la acumulación de hemopexina renal o la ferroptosis como objetivo pueden ser beneficiosas para la LRA.