신장 질환의 파이로프토시스

연락처: emily.li@wecistanche.com

Yujia Wang, Yinshuang Li 및 Yanfang Xu1

추상적인

지난 수십 년 동안, 세포자멸사 간섭은 신장 손상의 맥락에서 임상적으로 관련이 없는 것으로 간주되었습니다. necroptosis, ferroptosis 및 pyroptosis를 포함한 프로그램된 괴사 세포 사멸의 최근 발견은 세포 사멸의 역할에 대한 우리의 이해를 새롭게 했습니다.신장질병. Pyroptosis는 염증성 caspase와 inflammasomes의 활성화를 통한 gasdermin 유도 막 투과성으로 인한 용해성 pro-inflammatory 유형의 세포 사멸을 특징으로 합니다. 위험 관련 분자 패턴(DAMP), 알람민 및 염증 유발성 사이토카인은 조절되지 않은 방식으로 pyroptotic 세포에서 방출되어 염증을 유발하여 2차 기관 또는 조직 손상을 유발합니다. GSDMD 및 GSDME로 알려진 카스파제 및 인플라마좀 활성화 관련 단백질 및 기공 형성 이펙터 단백질은 다양한 급성 및 만성 미생물 및 비미생물에 연루되어 있습니다.신장질병. 여기에서 우리는 pyroptosis의 병리학 적 메커니즘의 최근 발전을 검토합니다.신장질병미래의 잠재적인 치료 전략을 강조합니다.

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소개

프로그램된 세포 사멸(PCD)은 다세포 유기체의 발달과 성체 조직의 유지 모두에서 중요한 역할을 합니다. 즉각적이고 치명적이며 제어할 수 없는 우발적 세포 사멸(예: 괴사)과 극명하게 대조되는 PCD는 약리학적 및 유전적 조절을 허용하는 엄격하게 규제됩니다. 과정(예: 세포자멸사) 및 고도 염증 과정(예: 파이롭토시스 및 괴사). 염증의 유무에 더하여 세포사멸과 파이롭토시스는 형태로 구분할 수 있습니다. 세포사멸의 특징적인 형태학적 변화는 세포 수축, 막 수포, 세포사멸체 형성 및 DNA 단편화를 포함하지만,염증성내용물 방출.2 반대로, pyroptosis는 세포 팽창, 막 파열 및 염증성 내용물의 통제되지 않은 방출을 특징으로 합니다. Necroptosis는 명백한 염증 및 막 완전성의 손실을 포함하여 pyroptosis와 공통된 특성을 공유합니다.3

pyroptosis와 apoptosis는 모두 caspase 의존적이지만 관련된 특정 caspase 계열 구성원은 완전히 다릅니다. Apoptotic caspases는 caspases{1}}/9/10 개시자와 caspases-3/6/7 executor4를 포함하는 반면 pyroptosis는 gasdermin D의 caspases-1/4/5/11에 의존합니다. GSDMD) 매개 pyroptosis 및 caspases in gasdermin E(GSDME) 매개 pyroptosis.5,3 Necroptosis는 수용체 상호작용 단백질 키나제{19}}(RIPK3) 및 혼합 계통의 단계적 활성화를 통해 진행됩니다. 카스파제{22}}에 의해 억제될 수 있는 키나제 도메인 유사 슈도키나제(MLKL). 이는 활성화가 카스파제 의존적인 pyroptosis의 GSDM과 다릅니다. 생리학적 조건에서 성별 분과 MLKL 사이의 관계는 연구의 관심 주제가 되었습니다.3 Ferroptosis는 일반적으로 다량의 철 축적 및 지질 과산화를 동반하는 카스파제를 포함하지 않는 과산화 제어 시스템입니다.6 ferroptosis와 pyroptosis 사이의 상호 작용에 대해 알려져 있습니다.

증가하는 실험적 증거는 pyroptosis가신장질병. 이 리뷰에서 우리는 pyroptosis에 대한 기존 데이터인 pyroptosis의 분자 메커니즘에 대해 논의합니다.신장질병, 그리고 잠재적인 치료법.

파이로프토시스 개요

집행자

Pyroptosis는 원형질막의 기공 형성의 핵심 단계가 마스터마인드에 의해 실행되기 때문에 가스더민 의존성으로 정의되며, 이는 다른 유형의 PCD와 상당히 구별됩니다. GSDMD는 pyroptosis에 관여하는 것으로 밝혀진 gasdermin 계열의 첫 번째 구성원입니다. 절단 시, GSDMD(GSDMD N)의 N-말단 단편은 올리고머화되어 원형질막에 기공(내경 12-14 nm)을 형성할 수 있으며, 이는 투과성 장벽을 손상시키고 세포 용해를 유발합니다. GSDMD 절단은 각각 caspase{10}} 또는 caspase{11}}/5/11을 포함하는 정규 또는 비정규 경로를 통해 매개됩니다.5,11 GSDMD 매개 pyroptosis는 caspase{16}}/4를 감안할 때 inflammasome 종속으로 정의됩니다. /5/11은 다른 인플라마좀에 의해 활성화됩니다. 최근 연구에 따르면 GSDMD 절단은 Yersinia 감염 동안 노화된 호중구의 호중구 엘라스타제12와 대식세포의 카스파제{21}}에 의해 유도될 수도 있습니다.13,14

gasdermin 계열의 또 다른 구성원인 GSDME의 유전적 돌연변이는 인간의 상염색체 우성 비증후군성 난청의 원인으로 처음 확인되었습니다.15 최근 연구에 따르면 피로토시스에서 GSDME의 역할이 밝혀졌습니다.16,17 정상 조직; 그러나 프로모터 과메틸화로 인해 대부분의 종양 세포에서 침묵되며 DNA 메틸트랜스퍼라제 억제제에 의한 발현 조절은 화학요법 감수성을 향상시킵니다. GSDMD와 달리 GSDME는 활성화된 카스파제에 의해 GSDME-C 및 GSDME-N으로 절단됩니다{6 }}이며 inflammasome 형성과 무관합니다. GSDME 매개 pyroptosis는 미토콘드리아 세포 사멸 경로의 하류에서 발생하며 GSDME의 높은 발현과 지속적인 미토콘드리아 투과성은 세포 사멸 방식을 세포 사멸에서 pyroptosis로 전환합니다.18

GSDMA, GSDMB 및 GSDMC를 포함한 다른 가스더민 계열 구성원은 GSDMD 및 GSDME와 고도로 보존된 가스더민-N 및 가스더민-C 도메인을 공유합니다.19 GSDMB는 세포독성 림프구의 그랜자임 A에 의해 절단 및 활성화될 수 있습니다.20 최근 연구에 따르면 죽음-리간드 1이 암세포에서 종양 괴사 인자(TNF)-유도 세포자멸사를 파이롭토시스로 전환하도록 프로그래밍했으며, 이는 GSDMC 유전자 전사를 강화함으로써 매개됩니다. GMC 활성화는 저산소 상태에서 TNF-a 처리 후 카스파제{8}}에 의해 유도되었습니다. 그러나 GSDMA가 활성화되는 기전은 아직 밝혀지지 않았습니다.

신호 경로

GSDMD 매개 파이롭토시스. GSDMD 매개 pyroptosis는 병원체 관련 분자 패턴(PAMPs) 및 손상 관련 분자 패턴 분자(DAMPs)의 인식에 의해 시작되며 후속 인플라마좀 활성화가 있습니다. , caspase{5}} 종속 경로라고도 합니다. Caspase-1는 이전에 세포 사멸과 관련이 있었으며 이전에는 세포 사멸23,24 및 necroptosis로 오인되었습니다.25 2001년에 caspase를 포함하는 PCD의 형태는 염증 반응에 의해 세포 사멸 및 괴사와 구별되었습니다. 초기 막 무결성 손실을 포함한 특징적인 형태.26,27

병원체 침입 또는 숙주 면역학적 도전에 대한 응답으로, 패턴 인식 수용체(PRR)는 PAMP 및/또는 DAMP를 모두 인식합니다. 표준 pyroptotic 경로에서는 흑색종 2(AIM2) 유사 수용체(ALR)에 부재, NOD(뉴클레오티드 결합 올리고머화 도메인) 유사 수용체(NLR) 또는 피린 단백질과 같은 여러 PRR 및 세포 사멸과 관련된 브리지 어댑터 반점형 단백질(ASC)은 프로-카스파제를 모집한 다음 활성 카스파제를 생성하는 다중 단백질 플랫폼(즉, 인플라마솜)을 조립합니다.{11}} 예외적으로 NLRC4는 구성원에 결합할 수 있습니다. NLR 계열의 apoptosis inhibitory protein(NAIPs) 중 ASC보다는 inflammasome을 형성하고 이후에 procaspase{14}}를 활성화합니다.29 Activated caspase{16}}는 pro-IL{18}}b를 처리하는 활성을 가지고 있습니다. 및 pro-IL{20}}을 성숙한 형태로 변환하여 pyroptosis에 proinflammatory 기능을 부여하여 apoptosis와 구별합니다. 염증성 사이토카인의 과정과 병행하여 활성화된 카스파제{22}}는 GSDMD를 절단하여 막 구멍을 형성합니다22,31,32(그림 1). 막 기공의 형성은 세포막 완전성의 붕괴, 염증성 세포내 내용물의 방출, 그리고 결국 세포 용해로 이어진다. NLRP3는 가장 널리 특성화된 인플라마솜입니다.33 NLRP3는 세포내 병원체 및 세포질외 염증 자극을 비롯한 다양한 스트레스에 반응합니다.34 NLRP3 활성화 주제는 많은 관심을 끌었으며 연구자들은 산화 미토콘드리아 DNA, 미토콘드리아 활성산소(ROS) 생성, 세포 밖으로 칼륨 유출, 리소좀 불안정화 후 카텝신 방출.35 수년간의 집중적인 노력에도 불구하고 NLRP3 활성화의 정확한 메커니즘은 여전히 ​​논란의 여지가 있습니다. NLRP3가 necroptosis 신호 전달에 의해 촉발될 수 있다는 것은 흥미롭습니다. AIM2 inflammasome은 병원체 감염39,40 또는 종양 세포에서 생성될 수 있는 세포질 dsDNA를 인식하고 결합할 수 있기 때문에 NLR inflammasome과 다르게 행동합니다.41,42

비표준 pyroptotic 경로에서 caspase-11(마우스에서) 및 caspase-4/5(인간에서)는 GSDMD 절단을 담당합니다(그림 1). 2011년에 Kayagaki et al.43은 caspase-11의 손실이 있지만 caspase-1의 손실은 그람 음성 박테리아에 의해 유도되는 IL{9}} 성숙 및 분비를 차단하여 마우스를 내독성으로부터 보호할 수 있다고 보고했습니다. 충격. 추가 연구에 따르면 그람 음성 박테리아의 주요 독소인 지질다당류(LPS)가 비정규 인플라마좀의 촉발제라는 사실이 밝혀졌습니다.44,45 PRR과 무관하게, caspase{14}} 자체는 지질에 결합하여 LPS를 직접 인식할 수 있습니다. LPS.46 Activated caspase{16}}의 구성요소는 표준 경로와 유사하게 궁극적으로 GSDMD를 절단하여 파이롭토시스를 유도합니다. 최근에 인간 caspase{17}}/5가 마우스 caspase{19}}와 동일한 기능을 하는 것으로 입증되었습니다. Poelzl et al.47은 사이토카인 수용체 관련 키나아제인 티로신 키나아제 2가 카스파아제{23}}의 중요한 상류 조절자로서 기능할 수 있고 내독소혈증 동안 비정규 인플라마좀 활성화를 허용할 수 있다고 보고했습니다.

이러한 정규 및 비정규 pyroptosis 경로 외에도 최근 연구에서 GSDMD 매개 pyroptosis에 대한 새로운 정보를 제공했습니다. Kambara et al. 카스파제 억제제인 ​​z-YVAD-fmk가 호중구 용해물에 의한 GSDMD 절단을 차단하지 못한다는 사실을 발견했으며, 이는 호중구 용해물에 의한 GSDMD 절단이 카스파제와 무관할 수 있음을 시사합니다.12 그들은 또한 호중구 세린 프로테아제 절단기가 GSD에 있음을 확인했습니다. 호중구. Orning et al.13과 Sarhan et al.14는 Yersinia에 감염된 대식세포에서 caspase-8에 의해 유도된 새로운 형태의 GSDMD 절단에 대한 주요 발견을 했습니다. 이 두 그룹은 Yersinia 감염 동안 변형 성장 인자(TGF)b 관련 키나제(TAK1)의 억제가 RIPK1과 카스파제로 구성된 세포-사멸 복합체의 형성을 촉진하고{15}} GSDMD의 절단을 유도할 것임을 보여주었습니다. 대식세포에서. 또한 Demarco et al.48은 GSDMD 절단에서 caspase{17}} 관련의 세부사항을 공개하고 caspase{18}} 의존 GSDMD 활성화가 inflammasome 활성화와 무관하게 TNF-a 유도 치사율을 촉진할 것이라는 강력한 증거를 제공했습니다.

GSDME 매개 파이롭토시스. 다른 caspase 계열 구성원과 달리 GSDME의 절단기인 caspase{1}}는 오랫동안 내부 및 외부 경로 모두에 대한 주요 세포자멸사 실행자로 정의되어 왔습니다. GSDME 매개 파이롭토시스는 미토콘드리아 손상이 중요한 역할을 하는 아폽토시스와 동일한 업스트림 이펙터를 공유합니다(그림 1). 종양 세포에서 GSDME 과발현은 화학요법에 의해 유도된 세포자멸사를 pyroptosis로 전환합니다. 대조적으로, GSDME 유전자의 발현이 제거될 때, 대식세포는 특징적인 pyroptosis 단계로 들어가는 대신에 막 수포와 apoptotic body 형성을 특징으로 하는 apoptotic 단계에 남아 있습니다. GSDME 발현의 영향 외에도 Xu et al.18은 지속적인 미토콘드리아 투과성 전이가 GSDME- 미토콘드리아 외막 투과화는 세포자멸사를 유도하기 위해 세포자살 형성을 촉진합니다. 논란의 여지가 있지만 다른 연구자들은 BAX/BAK 활성화49 또는 Tom20/BAX 어셈블리50에 의해 유발된 미토콘드리아 외막 투과도 종양 세포에서 GSDME 의존성 파이롭토시스를 유도한다고 보고했습니다. 또한, GSDME-N은 미토콘드리아를 투과하고, 미토콘드리아에서 시토크롬 c를 방출하고, 카스파제{16}} 활성화를 강화하여 자가 증폭 양성 피드포워드 루프를 형성할 수 있습니다.51

신장 질환의 파이로프토시스

최근 몇 년 동안, pyroptotic 신호 전달 경로의 발견은 세포자멸사를 넘어 신장 질환의 병인에 대한 우리의 이해를 넓혔습니다. 선천적 면역 반응에서 이펙터 기전으로 등장한 파이롭토시스는 대식세포와 다른 식세포에서 처음으로 관찰되었습니다. pyroptosis가 식세포에만 국한되지 않는다는 것을 입증했습니다.5 다양한신장질병미생물 및 비-미생물 자극에 의해 유도된 면역 반응은 일반적으로 신장 세포의 사멸 및 활성화된 면역 반응을 특징으로 합니다. 일부 실험에서는 pyroptosis가 상주하는 신장 세포에서 발생하고 다양한 신장 질환의 발병에 크게 기여한다는 것을 보여주었습니다. 추가 연구에서 신장 세포 사멸에 의해 유발된 골수 유래 침윤성 면역 세포의 파이롭토시스가 악화되고 유지될 수 있음이 밝혀졌습니다.부상의신장. 최근 연구는 여러 유형의 염증성 신호 전달 경로뿐만 아니라 pyroptosis의 역할을 더 정확히 지적했습니다.신장질병급성을 포함한신장부상, 당뇨병성 신장질환, 결정성신장질병, 그리고 신장 이식에서의 동종이식 손상. (표 1) (그림 2)

급성 신장 손상(AKI)

세포 사멸은 AKI의 발달 동안 중추적인 병리학적 사건입니다. Apoptosis는 이전에 AKI 발병에 책임이 있는 것으로 간주되었습니다.53 그러나 apoptotic 신호 전달 경로의 약리학적 억제는 AKI를 효과적으로 예방하거나 완화하지 못했습니다. 최근의 발전으로 AKI에서 pyroptosis의 역할이 밝혀졌습니다. 2018년 Zhang et al.54은 조영제 유도 세관 상피 세포 사멸에 카스파제{3}}/5/11이 필요하다고 보고했습니다. 그들은 추가로 이러한 염증성 카스파제가 손상된 관 상피 세포에서 GSDMD 및 IL{7}}b 절단을 담당한다는 것을 보여주었으며, 이는 조영제 유도 AKI에서 상피 발열증의 필수 역할을 밝혀냈습니다. Miao et al.55은 시스플라틴 유도 및 허혈 재관류 유도 AKI 모델 모두에서 전체 신장 용해물의 웨스턴 블롯 분석에 의해 GSDMD의 절단된 단편을 검출했습니다. 그리고 caspase{12}} 또는 GSDMD의 녹아웃은 시스플라틴 유도 AKI로부터 마우스를 유의하게 보호했지만 이 분석은 허혈 재관류(I/R) 모델에서 수행되지 않았습니다. 저자는 또한 카스파제에 의해 촉진되는 원형질막으로의 GSDMD-N 전위를 관찰했습니다{16}}. Tonnus et al.56이 작성한 이 연구에 대한 건설적인 논평은 세포내 막에 대한 GSDMD-N의 가능한 표적과 GSDMD의 절단된 단편의 세포내 분포에 대한 더 많은 연구가 세포내 기공의 잠재적으로 중요한 형성을 이해하는 데 필요하다고 제안했습니다. 소기관. 추가 연구는 시스플라틴에 의해 유도된 AKI에 대한 GSDMD 매개 파이로프토시스의 기여를 뒷받침했습니다. 우리의 이전 연구는 염증 신호를 증폭하고 패혈증 과정에서 조직 손상을 강화하기 위해 GSDMD 매개 파이롭토시스가 RIPK3/MLKL 매개 괴사와 시너지 효과를 낸다는 것을 밝혔습니다.58 우리 Gsdmd 및 Ripk3(또는 Mlkl)의 결합 삭제 후 마우스에서 맹장 결찰 및 천자에 의해 유도된 패혈증에 대한 누적 보호를 발견했습니다. 이 두 가지 형태의 괴사는 협력하여 패혈증 동물 모델에서 신장, 폐, 간 및 장을 포함한 급성 조직 손상과 전신 응고에 기여했습니다. 골수 이식에 대한 우리의 연구는 골수 세포와 비골수 세포 모두에서 괴사와 파이롭토시스가 패혈증의 진행에 크게 기여했음을 시사했습니다. 단일 병리학적 상태에서 다양한 세포 사멸 경로의 결합된 효과에 대한 관심이 증가하고 있습니다.59-61 패혈증의 응고 캐스케이드에 대한 또 다른 연구에서는 개시를 위한 카스파제{29}}/GSDMD 매개 파이롭토시스의 중심 역할도 강조했습니다. 파종성 혈관내 응고(DIC)의 증가는 우리의 발견에 대한 강력한 지지 증거를 제공합니다.62 TNF-a의 ​​억제 및 고이동성 그룹 상자 단백질 1(HMGB1)은 GSDMD 매개 파이로프토시스의 음성 조절을 발휘할 수 있고 보호 기능을 제공할 수 있습니다. 패혈증으로 인한 AKI 및 급성 간 손상에 대한 영향, 규제 관점에서 이 발열성 경로를 설명합니다.63

우리 연구 그룹의 최근 연구는 GSDME가 매개하는 pyroptosis가 요관 폐쇄로 인한 신세뇨관 손상과 그에 따른 신섬유화증의 발병을 어떻게 촉진하는지를 조명했습니다. 폐색(UUO) 모델은 이러한 종류의 신장 손상에 GSDME 매개 pyroptosis가 관련되어 있음을 시사합니다. 다음으로 우리는 Gsdme / 및 Casp{6}}/- 마우스를 사용하여 UUO 및 후속 신병증 후 GSDME 매개 pyroptosis가 AKI에 실제로 책임이 있음을 확인했습니다. 골수 이식에 대한 연구는 골수 유래 침윤성 면역 세포에서 GSDME 매개 pyroptosis가 폐쇄성 신병증의 발병기전에 책임이 없다는 것을 지적했습니다. 신세뇨관 세포(RTC) 특이적 및 조혈 세포 특이적 카스파제 결핍 마우스를 생성하여 GSDME 매개 pyroptosis가 RTC에서 발생하지만 침윤성 면역 세포에서는 발생하지 않으며 주로 신장 손상의 진행에 기여한다는 것을 추가로 확인했습니다. 및 요관 폐쇄에 의해 유도된 섬유화증. 이 과정에서 염증 분자 메커니즘을 조사하기 위해 우리는 염증 세포의 침투와 신장에서 친염증성 사이토카인의 생성을 모니터링했습니다. 결과는 관상 세포 pyroptosis가 UUO 후 HMGB1 분비 및 대식세포 및 호중구 모집을 촉진할 수 있음을 보여주었습니다. 특히, 다른 연구에서는 GSDME 매개 pyroptosis가 화학 요법 약물 유도 신독성에 기여할 수 있음을 보여주었습니다.65-66

pyroptosis 외에 다른 용해성 세포 사멸도 AKI에 기여하는 것으로 보고되었다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 위에서 언급한 패혈증 유발 AKI에서 pyroptosis와 necroptosis의 협력 효과 외에도 특정 자극에 의해 유발된 AKI에서 necroptosis의 중추적 역할을 뒷받침하는 증거가 늘어나고 있습니다. Linkermann et al.67은 RIPK{4}}녹아웃 마우스와 RIPK1 키나제 억제제 necrostatin(Nec)-1의 적용이 둘 모두를 약화시킬 수 있는 허혈 재관류 유도 및 시스플라틴 유도 AKI에서 괴사증의 중요한 역할을 확인했습니다. 신장 손상. 우리 연구 그룹은 necroptosis가 cisplatin-induced nephrotoxic AKI에서 근위 세뇨관 세포 사멸의 주요 기전임을 입증했습니다.68 우리의 데이터는 necroptotic pathway의 핵심 구성 요소(RIPK1, RIPK3 또는 MLKL)가 유전자에 의해 억제된다는 것을 보여주었습니다. 녹아웃 또는 화학적 억제제는 쥐에서 시스플라틴으로 유발된 근위 세뇨관 손상을 감소시킬 수 있습니다. 대조적으로, RIPK1 또는 RIPK3의 과발현은 시험관 내에서 시스플라틴 유도 괴사를 강화했습니다. 우리는 또한 NLRP3 인플라마좀 활성화가 촉발되는 동안 IR 손상 및 만성 신장 질환(CKD)으로의 후속 진행의 병태생리학에서 괴사의 필수 효과를 확인했습니다. 아직 불명. 또한 여러 연구에서 RIPK1이 NLRP3에 대한 효과적인 트리거인 NF-jB 활성화의 중요한 동인임을 입증했습니다. Yersinia에 감염된 대식세포에서 RIPK1은 caspase{23}}유도 GSDMD 절단에 대해 양성 대조군을 나타냈으며 이 동안 RIPK3/MLKL 매개 괴사는 억제되었습니다.13 그러나 RIPK{27}}caspase{28}GSDMD 축 신장 세포에서 발견되지 않았습니다. Ferroptosis는 cisplatin에 의한 신장 손상70 및 횡문근 융해증을 포함하여 AKI의 특정 형태에서 우세한 것으로 보고되었습니다. Tonnus et al.73은 주요 ferroptosis-surveilling 시스템의 기능 장애가 AKI 동안 마우스를 세뇨관 괴사에 과민하게 한다는 것을 발견했습니다. Martin-Sanchez, D. et al.74은 AKI 발달 중 세포 사멸 경로의 타이밍을 연구하고 엽산(FA) 유도 AKI에서 ferroptosis와 necroptosis가 각각 세포 사멸의 첫 번째 및 두 번째 파동을 매개한다는 것을 발견했습니다. ferroptosis는 FA-유도 AKI를 시작하는 역할을 하고 necroptosis는 AKI가 지속되도록 하는 것으로 나타났습니다. 산화적 인산화 동안 또는 소포체(ER) 스트레스 시 미토콘드리아에서 생성되는 ROS는 ferroptosis의 핵심 과정인 지질 과산화를 유도하고 glutathione(GSH)-glutathione peroxidase 4(GPX4) 시스템과 상호작용하여 ferroptosis를 강력하게 방지합니다. ferroptosis와 다른 PCD 사이의 상세한 연결에 대한 확실한 증거가 부족하지만 ferroptosis의 미토콘드리아 손상과 ROS 생성은 necroptosis 및 pyroptosis와의 누화에 대한 잠재적인 단서를 제공합니다(그림 3).

당뇨병성 신장 질환(DKD) DKD는 당뇨병 환자의 신장에서 발생하는 포도당에 의한 병인 과정입니다. 과도한 포도당 플럭스, 고급 당화 최종 산물(AGEs) 및 ROS를 포함하여 DKD를 조절하는 핵심 요소는 pyroptosis 과정에서 inflammasome의 유도자 또는 신호 전달 경로의 조절자로서 중요한 역할을 합니다.75 다양한 inflflammasomes 중에서 pyroptosis를 유발할 수 있는 NLRP3는 DKD에서 가장 집중적인 조사를 받고 있습니다. NLRP3 활성화의 업스트림인 PRR인 Toll-like receptor(TLR)2 및 TLR4는 높은 포도당에 의해 상향조절될 수 있으며 신부전이 있는 당뇨병 환자는 말초 혈액에서 TLR2 및 TLR4 mRNA 발현의 상당한 증가를 나타냅니다.76 TLR2 및 TLR4의 자극은 NLRP3 활성화에 필수적입니다.77–78 티오레독신 상호작용 단백질(TXNIP)은 티오레독신 시스템에 속하며 티오레독신(TRX)에 결합하여 산화 스트레스에 대한 TRX의 억제 효과를 감소시킬 수 있습니다.79 TXNIP 작용이 NLRP3 활성화에 중요하다는 것은 잘 확립되어 있습니다. 및 pyroptosis를 포함한 다양한 DAMP에 대한 세포 파괴적 반응.80-82 당뇨병성 신장은 TXNIP의 증가된 발현을 나타내고 TXNIP의 억제는 고혈당에 의해 유도된 신장 손상을 약화시켜 TXNIP를 DKD 치료의 잠재적 표적으로 지정합니다.83,84 ROS는 다음과 같이 제안되었습니다. NLRP3 활성화에 대한 공통 신호이며 다양한 경로를 통해 NLRP3를 활성화할 수 있으며 그 중 NF-jB 경로가 가장 광범위하게 연구되었습니다.85 NLRP3 inflammasome은 ROS 유발 NF-jB 신호 전달 경로를 통해 활성 형태로 효과적으로 올리고머화될 수 있습니다.{27}}–88 DKD에서 ROS/NF-jB /NLRP3 경로를 억제하면 염증 반응이 감소하고 진행성 신장의 발달을 조절하는 것으로 보입니다. 부상.89,90 ER 스트레스는 NLRP3 인플라마좀의 또 다른 유발 요인으로 확인되었습니다.91,92 고혈당은 족세포, 세뇨관 상피 세포 및 간질 세포에서 ER 스트레스를 유발할 수 있습니다.93-95 활성화된 후, NLRP3는 DKD 진행에 기여하는 caspase-1, IL{40}}b 및 IL{41}}. 최근 연구는 NLRP3/카스파제 매개 pyroptosis를 억제하는 것이 당뇨병성 신장의 병리학적 변화를 완화한다는 증거를 제공하여 DKD에서 치료 가능성을 시사합니다.96–98

다른 신장 상주 세포의 파이롭토시스는 DKD의 발병에 기여합니다. 사구체 내피 파괴는 사구체 투과선택성을 변화시키고 DKD의 초기 단계에서 발생합니다. NLRP3 또는 절단된 카스파제{1}}와 당뇨병 환자의 인간 또는 생쥐 신장의 조직학적 섹션의 부분적인 동시국재화가 공초점 현미경으로 관찰되었습니다.98 추가 연구에서 GSDMD 매개 파이로프토시스를 통한 높은 포도당 유도 사구체 내피 세포 손상이 확인되었습니다. 99 족세포는 DKD 발달에서 "가장 약한 연결"로 간주되어 100, 이들의 세포 수는 당뇨병 환자의 알부민뇨와 높은 상관관계가 있습니다.101 족세포의 소실은 DKD의 진행에 수반되는 현상이며 pyroptosis가 다음과 같이 보고되었습니다. 족세포 손실의 가장 중요한 메커니즘 중 하나입니다. TXNIP의 유전적 결실 또는 NADPH 산화효소를 억제하여 ROS를 감소시키는 것은 둘 다 NLRP3 활성화를 부정적으로 조절하여 고포도당 유발 족세포 손상을 상당히 약화시켜 당뇨병성 족세포 손실에서 파이롭토시스의 역할에 대한 단서를 제공합니다.102 Liu et al.103 높은 포도당에 노출된 족세포에서 증가된 카스파제{13}} 활성과 증가된 IL{14}}b 및 IL{15}} 수준을 발견했으며 Li et al.104은 고글루코스로 손상된 족세포에서 절단된 GSDMD-N을 검출했습니다. 당뇨병성 족세포에서 파이롭토시스에 대한 보다 확실한 증거를 제공합니다. 비정규적 pyroptotic 경로가 이 과정에 관여하는 caspase{20}}/4와 함께 DKD의 족세포 손상에도 기여한다는 점은 언급할 가치가 있습니다.105 비록 한때 세뇨관 기능 장애가 DKD의 후기 단계에서 발생하고 발달한다고 믿어졌지만 사구체 손상의 결과로 점점 더 많은 연구가 이 가설에 도전하는 것으로 보입니다. 이 가설은 세뇨관 손상이 DKD의 초기 단계에서 관찰될 수 있고 심지어 주도적인 역할을 한다는 것을 발견했습니다.106,107 db/db 마우스의 신장과 홍콩에서 -2 세포가 높은 포도당 조건에 노출되면 ROS/TXNIP/NLRP3/IL{27}}b 축이 크게 상향 조절되는 것으로 관찰되었으며 이 축을 차단하면 세뇨관 손상이 완화됩니다.108 Wang et al.109 발견 TLR4/NF-jB 및 GSDMD-N 발현은 높은 포도당 환경 및 TLR4/NF-jB 신호 전달 억제에서 HK{33}} 세포에서 관형 세포의 카스파제{36}}/GSDMD 매개 pyroptosis 완화, TLR4/NF-jB에 의해 유도된 pyroptosis가 t에 참여했음을 나타냅니다. 그는 당뇨병성 세뇨관 손상. pyroptosis가 DKD에서 유일한 중요한 세포 사멸 경로가 아닐 수 있다는 점은 주목할 만합니다. Ferroptosis110 necroptosis111 및 apoptosis112는 많은 사례에서 조사되었습니다. 그러나 DKD 발달에서 서로 다른 세포 사멸 경로 간의 명확한 구별 및/또는 연결은 완전히 설명되지 않았습니다.

결정 유발 신장 질환

결정은 결정 침착의 국부화 및 역학에 따라 경증/일시적에서 중증/회복 불가에 이르는 신장 손상을 유발할 수 있습니다. 결정 유발 신장 질환의 분자 메커니즘은 상당한 연구 노력에도 불구하고 크게 알려지지 않은 상태로 남아 있습니다. 획기적인 연구에 따르면 결정이 NLRP3의 활성화를 자극할 수 있고 결정으로 인한 기능 장애 또는 질병에서 인플라마솜의 중추적 역할이 입증되었습니다.113 나중에 NLRP3/카스파제-1/IL{6}}b 축은 oxalate nephropathy114 및 calcium oxalate nephropathy115 발병의 주요 원인으로 확인되었으며, 결정으로 유발된 신장 질환 연구의 핵심을 결정 침착에서 염증 반응으로 이동시켰습니다. 신장 동맥과 세뇨관에 침착된 결정은 NLRP3 염증을 활성화하고 IL{11}b 의존성 염증을 유발할 수 있습니다. 콜레스테롤 결정은 신혈관 결정병증에서 신혈관 손상의 가장 흔한 원인입니다. Dowell et al.116은 콜레스테롤 결정이 NLRP3 인플라마좀을 활성화하고 대식세포에서 IL{15}}b 생산을 촉진할 수 있다는 사실을 발견했으며, 이는 결정 유도 죽상경화증의 발병기전에 핵심입니다. 관상 내강 내부의 결정 침전으로 인해 발생하는 관상 결정병증은 AKI 및 만성 신장 병변을 모두 촉진할 수 있습니다.117 NLRP3 인플라마좀은 관상 결정 침착으로 인한 AKI 및 CKD와 높은 상관관계가 있습니다. Liu et al.118은 액체 크로마토그래피-질량 분석 기반 탠덤 질량 태그 라벨링 정량적 단백질 분석을 통해 칼슘 옥살레이트 결정에 노출된 관형 세포에서 GSDMD 및 IL{20}} 발현의 증가된 발현을 검출하고 다음을 통해 염증성 열화열과 관련된 생물학적 행동을 확인했습니다. 유전자 온톨로지 및 교토 유전자 백과사전 및 게놈 농축 분석. 추가 결과는 칼슘 옥살산 염 결정 유도 모델의 관 상피 세포에서 NLRP3 활성화 및 GSDMD 의존성 파이롭토시스를 확인했습니다. Ding et al.119는 또한 글리옥실레이트에 의해 유발된 신결석이 있는 마우스의 신장 균질액과 칼슘 옥살레이트 일수화물 결정에 노출된 HK 세포에서 NLRP3의 증가된 단백질 수준을 발견했습니다. IL{31}}b 및 GSDMD의 단백질 발현 수준이 동시에 증가하는 것이 글리옥실레이트 처리된 마우스의 신장에서 분리된 관상 상피 세포에서 관찰되었으며, 이는 결정에 노출된 관상 세포가 GSDMD 의존성 파이롭토시스를 겪었다는 개념을 뒷받침합니다. 다수의 실험에서 대식세포와 수지상 세포를 포함한 면역 세포의 결정에 의한 NLRP3 활성화에 대한 증거가 서로 다른 방식으로 제공되었으며,120-122 이는 결정 유발 신병증에서 확인되었습니다. CKD의 진행. Knauf et al.114는 옥살산 신증이 있는 마우스에서 NLRP3-IL-1b 축이 상향 조절되는 반면 NLRP3-/- 마우스는 섭식으로 유발되는 진행성 신부전으로부터 완전히 보호된다는 것을 보여주었습니다. 수용성 옥살산 염이 많은 식단. Mulay et al.115이 수행한 또 다른 획기적인 연구에서는 옥살산 신병증으로 인한 신부전이 NLRP3/ASC/caspase{47}}/IL{48}}b 축에 크게 의존하는 더 심오한 장면을 묘사했습니다. 그러나 결정 관련 신장 섬유화 과정에서 GSDMD 절단의 직접적인 검출은 없었습니다. 특히, RIPK{50}}MLKL 괴사 경로123,124 및 ferroptosis125를 포함한 다른 형태의 PCD가 결정체에 의해 유도된 신장 손상에 기여하는 것으로 보고되었습니다. 이러한 다양한 세포 사멸이 협력적인지 독립적인지는 아직 조사 중입니다. 결정 유형 및 역학이 신장 세포의 세포 운명에 미치는 영향도 현저한 관심 대상입니다.

신장 이식의 동종이식 손상

신장 이식은 말기 신장 질환(ESRD) 환자에게 최적의 옵션으로 남아 있습니다. 최근 수십 년 동안 신장 이식을 필요로 하는 인구가 증가함에 따라 기증자와 수혜자의 동종이식 손상에 대한 관심이 증가하고 있습니다. HMGB1은 pyroptosis를 겪고 있는 세포에서 방출될 수 있습니다.3 Kru¨ger et al.126은 사망했지만 생존 기증자가 아닌 신장의 세뇨관이 HMGB1에 대해 양성으로 염색되었음을 발견했습니다. 그들은 또한 HMGB1이 TLR4를 통해 전염증 반응을 자극할 수 있으며, 이는 저온 보존 및 이식 후 이식편 염증 및 멸균 손상에 기여함을 입증했습니다. Thierry et al.127은 인간 신장 이식 후 재관류 후 30분 만에 증가된 요로 HMGB1을 감지하고 이러한 손상에서 선천 면역 매개체로서의 가능한 역할을 언급했습니다. 염증성 사이토카인 IL{13}}b는 뇌사 장기 기증자에서 증가하는 것으로 보고되었으며,128,129 이는 아마도 장기 손상 과정에서 pyroptosis가 관련되어 있음을 나타냅니다. 동종 이식 기능 장애에서 inflammasome 활성화를 연구하기 위해 연구자들이 집중적인 노력을 기울였습니다. Design et al.130은 NLRP3 유전자의 유전적 변이가 신장 이식 후 급성 거부 반응 위험에 영향을 미친다는 것을 발견했습니다. Wu et al.131은 TLR 어댑터 단백질 MyD88이 결핍된 마우스가 급성 및 만성 동종이식 거부 반응으로부터 보호되고 야생형 대조군과 비교하여 이식 후 생존이 증가한다는 것을 입증했습니다. 또 다른 연구는 기증자 MyD88 결핍이 염증성 사이토카인 발현과 ER 스트레스를 억제하고 이식 기능 개선 및 동종이식 생존 연장과 관련이 있다고 보고했습니다.132 또한, 최근 연구에서는 NLRP3 억제제 Mcc950이 신장에서 세뇨관 손상을 개선하고 동종이식 기능을 개선할 수 있다고 밝혔습니다. 이식 모델. 감소된 caspase{26}} 활성화와 GSDMD-N 수준은 Mcc950 처리 후 관찰되었습니다.133 이러한 결과는 신장 이식에서 동종이식 손상에 pyroptosis가 관여한다는 단서를 제공합니다.

신장 질환에 대한 Pyroptosis를 표적으로 하는 잠재적인 치료법

pyroptosis의 억제 내부 질병에서 pyroptosis의 중요한 역할을 고려할 때 이 과정을 조절하는 것은 큰 관심사입니다. pyroptotic의 잠재적인 표적

경로에는 inflflammasomes, caspases, masterminds 및 IL{0}}b가 포함됩니다(그림 4). necroptosis, ferroptosis 및 pyroptosis를 포함한 괴사에 대한 면역 반응에 의해 유발되는 괴사 염증은 조직 손상을 유발합니다. Linkermann et al.134,135는 신장 손상에서 괴사 염증을 표적으로 하는 것의 임상적 중요성을 강조했습니다. 특정 자극은 손상 세포와 조직에서 하나 이상의 단일 세포 사멸 경로를 유발할 수 있으며, 다른 세포 사멸 경로에 대한 결합된 표적 전략의 가능성이 증가된 관심을 끌었습니다.

NLRP3 인플라마좀 표적화. NLRP3 inflflammasomes는 caspase-1/GSDMD 매개 pyroptosis의 상류에서 실행되며 NLRP3를 표적으로 하는 여러 약물은 다양한 억제 기전으로 개발되었습니다.136 Mcc950은 여러 연구에서 치료 가능성이 평가된 NLRP3에 대한 강력하고 선택적인 소분자 억제제입니다. NLRP{9}}관련 증후군.137 옥살산 염 또는 아데닌이 풍부한 식이로 유도된 수정체 신병증의 쥐 모델에서 Mcc950은 신장 수지상 세포의 인플라마좀 활성화와 그에 따른 IL{12}}b 및 IL{13} } 생산. 이 NLRP3 억제제는 또한 결정 유발 신장 섬유증을 효과적으로 예방했습니다.138 BAY{17}}는 처음에 IjBa 인산화 및 NF jB 활성화를 억제하는 것으로 보고되었으며139 NLRP3 ATPase의 억제제로 확인되었습니다. Juliana et al.140은 BAY11-7082가 NF-jB에 대한 영향과 무관하게 LPS-primed 대식세포에서 NLRP3 inflammasome 활성화를 억제하고 NLRP3 ATPase 활성을 억제하여 NLRP3- 유도 ASC 파이롭토솜 형성을 방지한다고 설명했습니다. 고지방, 고과당 식이를 섭취한 마우스에서 BAY 11-7082는 NLRP3 인플라마솜 발현의 식이 유도 증가를 약화시켜 카스파제{32}} 활성화 및 인터루킨(IL){33} 간과 신장에서 }b 및 IL{34}} 생성. 만성 BAY 11-7082 투여는 알부민 대 크레아티닌 비율을 개선하여 식이 유발 신장 손상을 상당히 제한했습니다.141 당뇨병성 신증의 쥐 모델에서 BAY 11-7082 치료는 신장 조직학적 구조를 유의하게 회복시키는 것으로 밝혀졌습니다. 및 IL{41}}b를 포함한 정상화된 수준의 염증성 사이토카인은 DKD에 대한 BAY 11-7082의 재생 보호 효과를 지원합니다. 신석회증에 의해 유도된 신장 섬유화증을 예방했다.143 그러나 보호 효과가 반드시 신장 내 IL{47}} 방출에 의해 매개되는 것은 아니며 BHB가 pyroptosis에 영향을 미치는지 여부는 아직 밝혀지지 않았습니다. fluoro fenidone144 및 tranilast145를 포함한 다른 NLRP3 억제제는 일측성 요관 폐쇄(UUO) 모델에서 신장 보호 역할을 하는 것으로 보고되었지만 파이로프토시스의 기본 분자 메커니즘은 아직 불분명합니다.

pyroptotic caspases 표적화. pyroptotic caspases의 억제제는 집중적인 조사를 받고 있습니다. caspase{2}} 억제제인 ​​Ac-YVAD-CMK는 AKI 쥐 모델146에서 신장 기능 손상을 약화시키고 당뇨병성 신병증 쥐 모델에서 사구체 내피 세포의 열화를 감소시킬 수 있습니다.99 VX-765, 또 다른 caspase{{ 6}} 억제제는 UUO의 후기 단계에서 전염증성 대식세포 개체군을 감소시키기에 충분했습니다.147 Chu et al.148은 산화 인지질 1-팔미토일{10}}아라키돈 노일-sn-글리세롤{{ 13}}포스포릴콜린(oxPAPC)은 카스파제{14}} 및 카스파제{15}}에 직접 결합하고 LPS 결합과 경쟁하여 결과적으로 LPS 유도 발열을 억제하여 염증 반응에서 oxPAPC의 정확한 역할에 대한 새로운 증거를 제공합니다. . oxPAPC와 그 파생물은 비정규 열광증을 표적으로 하는 치료법에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있습니다. Choi et al.149는 serpin family B member 1(SERPINB1)이 caspase 모집 도메인(CARD) 올리고머화 및 효소 활성화를 억제하여 caspase{21}}/4/5/11의 활성을 제한하여 새로운 체크포인트 메커니즘을 드러낸다고 보고했습니다. 염증성 카스파제용. SERPINB1은 포크헤드 박스 단백질 O1(FoxO1)과 협력하여 DKD에서 ROS 생성 유도 산화 스트레스를 개선했습니다.

마스터 마인드를 타겟팅합니다. pyroptosis의 집행자로서의 주동자의 식별은 pyroptosis 관련 질병의 표적 치료에 대한 새로운 희망을 불러일으킵니다. Hu et al.151은 높은 처리량의 생화학적 스크리닝을 수행하고 disulfiram을 GSDMD 기공 형성의 효과적인 억제제로 확인했습니다. 또 다른 연구에서는 disulfiram이 쥐 패혈증에서 GSDMD로 인한 사망률을 개선할 수 있음을 보여주었습니다.152 또한, disulfiram은 MLKL과 결합하여 괴사를 부정적으로 조절하기도 합니다.153 사람에서 disulfiram의 안전성 프로파일은 60년 동안 잘 확립되었으며 이 오래된 약물을 신장 질병이 유망합니다. GSDMD 유래 억제제인 ​​Ac-FLTD-CMK는 이러한 카스파제의 촉매 영역에 직접 결합하여 카스파제-1/4/5/11에 의한 GSDMD 절단을 억제할 수 있으므로 정규 및 비정규 경로 모두의 다운스트림 파이롭토시스를 억제합니다. .154 2020년 연구에 따르면 칼슘(Ca)2와 유입은 GSDMD-N 및 마그네슘(Mg)2의 기능에 대한 전제 조건이며 ATP로 연결된 Ca2와 채널 P2X7을 억제하여 기능을 방해함으로써 Ca2와 유입을 차단합니다. GSDMD-N의 및 LPS 유발 비정규 파이롭토시스 억제. 이러한 결과는 패혈증 치료를 위한 마그네슘 보충제의 잠재적인 임상 적용을 시사합니다.155

타겟팅 IL-1. IL-1은 inflammasome 관련 질병을 표적으로 하는 면역조절 전략의 연구 핫스팟이 되었습니다. 특히, 인간 IL{3}}b 단일클론항체 canakinumab은 집중적으로 연구되고 있습니다. CANTOS 연구(Canakinumab Anti-Inflammatory Thrombosis Outcomes Study)는 이전에 심근경색이 있었던 10,061명의 환자에서 카나키누맙의 효능을 평가했으며 2 mg/L의 고감도 C 반응성 단백질 수준입니다.156 CANTOS 데이터의 하위 분석은 다음을 보여주었습니다. canakinumab을 사용한 IL{12}}b 억제는 CKD가 있는 고위험 죽상동맥경화증 환자, 특히 초기 치료에 강력한 항염증 반응을 보이는 환자에서 주요 심혈관계 부작용 발생률을 감소시켰으며, 이는 항염증제 개발의 유용성을 나타냅니다. CKD.157에서

다른 PCD의 동기화된 조절

최근에는 특정 질병에서 서로 다른 PCD의 누화 및 조정에 더 많은 관심을 기울이고 있습니다. GSDMD 매개 pyroptosis와 MLKL 매개 necroptosis의 협력 효과는 AKI58 및 염증성 장 질환에서 밝혀졌습니다.59 또한, PANoptosis라는 새로 부상하는 개념은 pyroptosis, necroptosis 및 apoptosis 간의 공동 조절을 설명하기 위해 제안되었습니다.158 Z-DNA 결합 단백질 1(ZBP1), 변형 성장 인자 베타 활성화 키나제 1(TAK1), FS{11}연관 세포 표면 항원(Fas) 관련 사멸 도메인(FADD) 및 카스파제{13}} 여러 세포 사멸 경로를 조정하는 데 있어 PANoptosis의 마스터 조절자 역할을 합니다.159,59-61 Tonnus et al.73은 RIPK1과 ferroptosis를 동시에 표적으로 하는 결합된 소분자 억제제(Nec{18}}f)를 생성하고 다음에서 보호 효과를 입증했습니다. 아키. 이러한 발견은 신장 질환에서 다면적 세포 사멸 경로를 표적으로 하는 효과적인 치료 접근법의 기초를 마련합니다.

결론

많은 증거에서 신장 질환에서 pyroptosis의 중요한 역할을 제안했으며 NLRP3, caspase{1}}, GSDMD 및 IL{2}}과 같은 pyroptosis와 관련된 여러 요인을 밝혔습니다. 약리학적으로 치료용. Canonical GSDMD 매개 pyroptosis는 AKI, DKD, 결정 유발 신장 질환 및 신장 이식의 동종이식 손상을 포함한 다양한 신장 질환에서 중심 역할을 하고 치료 표적으로서의 잠재력을 갖는 것으로 입증되었습니다. LPS에 의해 자극되는 noncanonicalGSDMD 매개 pyroptosis에 대한 발견은 패혈증 유발 기관 손상을 치료하기 위한 새로운 길을 열었습니다. 그리고 최근 AKI의 주요 조절자로서의 GSDME 매개 pyroptosis 및 후속 AKI-CKD 진행의 발견은 AKI 관리 및 CKD 예방에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 또한 특정 자극이 일반적으로 하나 이상의 사멸 경로를 유도하기 때문에 다중 세포 사멸 경로의 동기화된 조절은 신장에 더 유익한 효과를 나타낼 수 있습니다.

그럼에도 불구하고 신장 질환의 맥락에서 pyroptosis에 대한 우리의 이해는 여전히 제한적입니다. 신장 질환의 파이롭토시스에 대한 발표된 연구는 제한된 수의 동물 및 세포 실험을 기반으로 했습니다. 현재 데이터의 복제와 실험 데이터를 임상 설정으로 변환하는 작업이 여전히 필요합니다. 다양한 스트레스 상황 및/또는 별개의 유형의 신장 세포에서 다양한 pyroptotic 경로의 통찰력 메커니즘, pyroptosis와 다른 형태의 세포 사멸 사이의 누화 및 상호 작용은 여전히 ​​​​대부분 알려져 있지 않습니다. 임상 딜레마를 해결하고 신장 질환의 임상 병목 현상을 해소하기 위한 표적 요법의 잠재력을 활용하는 데 도움이 될 신장 병리 생리학에서 다양한 PCD의 오케스트레이션뿐만 아니라 pyroptotic 메커니즘을 추가로 조사하는 것이 상당히 중요합니다.

출처: '신장질환의 파이로토시스' 저Yujia Wang, Yinshuang Li 및 Yanfang Xu1

---분자생물학 저널