DOI: https://doi.org/10.1038/s41419-024-06600-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38485717
تاريخ النشر: 2024-03-14
المؤلف: Cao Yun وآخرون
الموضوع الرئيسي: الالتهاب المناعي واضطرابات المناعة
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة دور منبه جينات الإنترفيرون (STING) في مسببات إصابة الكلى الحادة (AKI) الناتجة عن الإنتان، مع التركيز بشكل خاص على تنشيطه في الخلايا الأنبوبيّة بعد التعرض لليبوبوليسكاريد (LPS). تكشف النتائج أن STING يتم تنشيطه بشكل كبير في هذه الخلايا، وأن حذف STING بشكل محدد في الخلايا الأنبوبيّة يقلل من خلل وظائف الكلى الناتج عن LPS والتغيرات المرضية المرتبطة بذلك. توضح الأبحاث مسارًا ميكانيكيًا حيث يؤدي تنشيط STING إلى إجهاد الشبكة الإندوبلازمية (ER)، مما يؤدي إلى الإفراط في إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية الميتوكوندرية (mtROS) وتنشيط الجسم الالتهابي NOD-like receptor protein 3 (NLRP3). تسهم هذه السلسلة في النهاية في التهاب الخلايا الأنبوبيّة والموت الخلوي.
في الختام، تُعد هذه الدراسة الأولى التي تُظهر أن STING يلعب دورًا حاسمًا في الوساطة بين التهاب الأنابيب وموت الخلايا من خلال محور STING/إجهاد ER/mtROS/NLRP3 في سياق AKI الناتج عن LPS. تشير الأدلة إلى أن استهداف مسار STING قد يمثل نهجًا علاجيًا جديدًا لمنع AKI الإنتاني، مما يبرز إمكانيته كإجراء استراتيجي في إدارة هذه الحالة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث القضية الحرجة لإصابة الكلى الحادة (AKI)، وخاصة AKI الإنتاني، الذي ينتشر بين المرضى الذين يتم إدخالهم إلى المستشفى ويتميز بانخفاض سريع في وظائف الكلى بسبب الإنتان. يُحفز الإنتان استجابات مناعية غير مناسبة والتهاب، مما يؤدي إلى خلل كبير في الأعضاء ومعدل وفيات مرتفع. تسلط الورقة الضوء على الحاجة إلى استراتيجيات علاجية مستهدفة، حيث تفتقر العلاجات الحالية لـ AKI الإنتاني. تؤكد على دور المناعة الفطرية والاستجابات الالتهابية في مسببات AKI الإنتاني، مع التركيز بشكل خاص على مسار منبه جينات الإنترفيرون (STING)، الذي يتم تنشيطه بواسطة أنماط جزيئية مرتبطة بالعوامل الممرضة.
يناقش المؤلفون الآليات التي يساهم بها STING في إصابة الكلى، بما في ذلك تفاعله مع كيناز TANK-binding 1 (TBK1) والتنشيط اللاحق لعامل النسخ النووي (NF)-κB وعامل تنظيم الإنترفيرون 3 (IRF3)، مما يؤدي إلى إنتاج السيتوكينات المسببة للالتهابات. يشيرون إلى أن تنشيط STING غير الطبيعي قد ارتبط بأشكال مختلفة من إصابة الكلى، بما في ذلك نقص التروية وإعادة التروية وAKI الناتج عن سيسبلاتين. علاوة على ذلك، تستكشف الورقة التفاعل بين STING وإجهاد الشبكة الإندوبلازمية (ER) والإجهاد التأكسدي وجسم NOD-like receptor protein 3 (NLRP3) الالتهابي، وهي مسارات حاسمة في AKI الإنتاني. تهدف الدراسة إلى توضيح دور STING في AKI الناتج عن LPS وإمكاناته كهدف علاجي جديد من خلال التحقيق في تأثيراته على إصابة الخلايا الأنبوبيّة من خلال هذه المسارات المترابطة.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام ذكور الفئران من سلالة C57BL/6J (من 6 إلى 8 أسابيع، وزنها 20-25 جرام) للتحقيق في تأثيرات الليبوبوليسكاريد (LPS) على إصابة الكلى الحادة الإنتانية (AKI). تم تقسيم الفئران عشوائيًا إلى ثلاث مجموعات: مجموعة التحكم (CTL)، LPS لمدة 24 ساعة، وLPS لمدة 48 ساعة، مع احتواء كل مجموعة على ستة فئران. تم تحفيز نماذج AKI الإنتانية من خلال الحقن داخل الصفاق لـ LPS بجرعة 10 ملغ/كغ، بينما تلقت مجموعة التحكم حجمًا مكافئًا من محلول ملحي 0.9%. بالإضافة إلى ذلك، تم إنتاج فئران knockout STING المحددة للأنابيب (STING-cKO) عن طريق تزاوج فئران STING exon 3، 4، 5-floxed مع فئران Ksp-cadherin-Cre. كانت الفئران البرية (WT) بمثابة مجموعة التحكم.
بعد إعطاء LPS أو المحلول الملحي، تم جمع عينات من الدم والبول لإجراء تحليلات كيميائية حيوية متنوعة، بما في ذلك قياسات الكرياتينين في المصل (Scr)، والنيتروجين البولي في الدم (BUN)، والليبيكالين المرتبط بالجلوتيناز المحايد (NGAL). تم تحليل عينات البول بشكل خاص لنسب الألبومين إلى الكرياتينين (ACR)، وجزيء إصابة الكلى-1 (KIM-1)، وNGAL. تم euthanizing الفئران بعد 24 أو 48 ساعة من الحقن، وتم جمع أنسجة الكلى لمزيد من الفحص. التزمت الدراسة بالإرشادات الأخلاقية وتمت تحت ظروف بيئية خاضعة للرقابة، مما يضمن رفاهية الحيوانات طوال عملية التجربة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يبرز النتائج المهمة، بما في ذلك البيانات الإحصائية، والاتجاهات الملحوظة، وأي ارتباطات تم تحديدها خلال الدراسة. عادةً ما تكون النتائج مدعومة بأشكال، جداول، أو معادلات ذات صلة توضح البيانات بوضوح.
قد يناقش القسم أيضًا تداعيات النتائج، مقارنًا إياها بالأدبيات الموجودة لوضع النتائج في سياق أوسع من مجال الدراسة. يتم الإشارة إلى أي نتائج غير متوقعة أو شذوذ، مع تقديم تفسيرات أو فرضيات محتملة لهذه الملاحظات. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتقديم نظرة شاملة على الأدلة التجريبية التي تم جمعها، مما يمهد الطريق لمزيد من المناقشة والتفسير في الأقسام اللاحقة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في دور مسار الإشارة STING/TBK1/IRF3 في إصابة الكلى الحادة (AKI) الناتجة عن LPS باستخدام خط خلايا الأنابيب القريبة البشرية (HK2) ونموذج الفأر. كشفت النتائج أن معالجة LPS نشطت بشكل كبير مسار STING، مما يتوافق مع خلل وظائف الكلى وتلف الأنابيب. بشكل ملحوظ، أظهرت الفئران التي تم حذف STING (STING-cKO) إصابة أنبوبية والتهاب أقل، مما يشير إلى أن STING هو وسيط حاسم في تلف الأنابيب في AKI الناتج عن LPS. أشار تحليل تسلسل RNA إلى أن حذف STING قمع تعبير الجينات المسببة للالتهابات والموت الخلوي، مما يبرز دوره في تنظيم الاستجابات المناعية الفطرية والالتهاب في الخلايا الأنبوبيّة.
علاوة على ذلك، استكشفت الدراسة الآليات الكامنة وراء تلف الأنابيب الذي يسببه STING، كاشفة أن تنشيط STING أدى إلى خلل في الميتوكوندريا وزيادة إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية الميتوكوندرية (mtROS)، مما أدى بدوره إلى تنشيط الجسم الالتهابي NLRP3. تم الإشارة إلى محور STING/mtROS/NLRP3 في تعزيز الالتهاب والموت الخلوي في الخلايا الأنبوبيّة. بالإضافة إلى ذلك، خفف حذف STING من إجهاد الشبكة الإندوبلازمية (ER)، مما يشير إلى تفاعل معقد بين STING، والإجهاد التأكسدي، وإجهاد ER في الوساطة بين إصابة الأنابيب. بشكل عام، تبرز الأبحاث إمكانيات استهداف مسار STING كاستراتيجية علاجية لتخفيف تلف الأنابيب في AKI الإنتاني.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41419-024-06600-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38485717
Publication Date: 2024-03-14
Author(s): Cao Yun et al.
Primary Topic: Inflammasome and immune disorders
Overview
This study investigates the role of the stimulator of interferon genes (STING) in the pathogenesis of acute kidney injury (AKI) induced by sepsis, particularly focusing on its activation in tubular cells following lipopolysaccharide (LPS) exposure. The findings reveal that STING is significantly activated in these cells, and the deletion of STING specifically in tubular cells mitigates LPS-induced renal dysfunction and associated pathological changes. The research elucidates a mechanistic pathway whereby STING activation leads to endoplasmic reticulum (ER) stress, resulting in the overproduction of mitochondrial reactive oxygen species (mtROS) and subsequent activation of the NOD-like receptor protein 3 (NLRP3) inflammasome. This cascade ultimately contributes to tubular cell inflammation and pyroptosis.
In conclusion, this study is the first to demonstrate that STING plays a critical role in mediating tubular inflammation and cell death through the STING/ER stress/mtROS/NLRP3 inflammasome axis in the context of LPS-induced AKI. The evidence suggests that targeting the STING pathway may represent a novel therapeutic approach for preventing septic AKI, highlighting its potential as a strategic intervention in managing this condition.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the critical issue of acute kidney injury (AKI), particularly septic AKI, which is prevalent among hospitalized patients and is characterized by a rapid decline in renal function due to sepsis. Sepsis triggers inappropriate immune responses and inflammation, leading to significant organ dysfunction and a high mortality rate. The paper highlights the need for targeted therapeutic strategies, as current treatments for septic AKI are lacking. It emphasizes the role of innate immunity and inflammatory responses in the pathogenesis of septic AKI, particularly focusing on the stimulator of interferon genes (STING) pathway, which is activated by pathogen-associated molecular patterns.
The authors discuss the mechanisms by which STING contributes to renal injury, including its interaction with TANK-binding kinase 1 (TBK1) and subsequent activation of nuclear factor (NF)-κB and interferon regulatory factor 3 (IRF3), leading to the production of proinflammatory cytokines. They note that aberrant STING activation has been linked to various forms of kidney injury, including ischemia-reperfusion and cisplatin-induced AKI. Furthermore, the paper explores the interplay between STING, endoplasmic reticulum (ER) stress, oxidative stress, and the NOD-like receptor protein 3 (NLRP3) inflammasome, which are critical pathways in septic AKI. The study aims to elucidate the role of STING in LPS-induced AKI and its potential as a novel therapeutic target by investigating its effects on tubular cell injury through these interconnected pathways.
Methods
In this study, male C57BL/6J mice (6-8 weeks old, weighing 20-25 g) were utilized to investigate the effects of lipopolysaccharide (LPS) on septic acute kidney injury (AKI). The mice were randomly assigned to three groups: control (CTL), LPS 24 hours, and LPS 48 hours, with each group containing six mice. The septic AKI models were induced through intraperitoneal injection of LPS at a dosage of 10 mg/kg, while the control group received an equivalent volume of 0.9% saline. Additionally, tubule-specific STING knockout (STING-cKO) mice were generated by crossing STING exon 3, 4, 5-floxed mice with Ksp-cadherin-Cre mice. Wildtype (WT) littermates served as controls.
Following LPS or saline administration, blood and urine samples were collected for various biochemical analyses, including serum creatinine (Scr), blood urea nitrogen (BUN), and neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL) measurements. Urine samples were specifically analyzed for albumin-to-creatinine ratios (ACR), kidney injury molecule-1 (KIM-1), and NGAL. Mice were euthanized 24 or 48 hours post-injection, and kidney tissues were harvested for further examination. The study adhered to ethical guidelines and was conducted under controlled environmental conditions, ensuring the welfare of the animals throughout the experimental process.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights the significant outcomes, including statistical data, observed trends, and any correlations identified during the study. The results are typically supported by relevant figures, tables, or equations that illustrate the data clearly.
The section may also discuss the implications of the findings, comparing them with existing literature to contextualize the results within the broader field of study. Any unexpected outcomes or anomalies are noted, along with potential explanations or hypotheses for these observations. Overall, this section serves to provide a comprehensive overview of the empirical evidence gathered, setting the stage for further discussion and interpretation in subsequent sections.
Discussion
In this study, the role of the STING/TBK1/IRF3 signaling pathway in LPS-induced acute kidney injury (AKI) was investigated using the human proximal tubule cell line (HK2) and a mouse model. The findings revealed that LPS treatment significantly activated the STING pathway, correlating with renal dysfunction and tubular damage. Notably, STING knockout (STING-cKO) mice exhibited reduced tubular injury and inflammation, suggesting that STING is a critical mediator of tubular damage in LPS-induced AKI. RNA-sequencing analysis indicated that STING knockout suppressed the expression of pro-inflammatory and pro-apoptotic genes, highlighting its role in regulating innate immune responses and inflammation in tubular cells.
Furthermore, the study explored the mechanisms underlying STING-mediated tubular damage, revealing that STING activation led to mitochondrial dysfunction and increased mitochondrial reactive oxygen species (mtROS) production, which in turn activated the NLRP3 inflammasome. The STING/mtROS/NLRP3 axis was implicated in promoting inflammation and apoptosis in tubular cells. Additionally, STING knockout alleviated endoplasmic reticulum (ER) stress, suggesting a complex interplay between STING, oxidative stress, and ER stress in mediating tubular injury. Overall, the research underscores the potential of targeting the STING pathway as a therapeutic strategy for mitigating tubular damage in septic AKI.