ゲンタマイシン誘発性急性腎障害の動物モデルでは、収集管のプログラムされた壊死が関与している

Gentamicin-Induced Acute Kidney Injury in an Animal Model Involves Programmed Necrosis of the Collecting Duct.

• Huihui Huang
• William W Jin
• Ming Huang
• Heyu Ji
• Diane E Capen
• Yin Xia
• Junying Yuan
• Teodor G Păunescu
• Hua A Jenny Lu

抄録

背景:

ゲンタマイシンはグラム陰性菌を標的とした強力なアミノグリコシド系抗生物質であるが，腎毒性のため臨床応用には限界がある。ゲンタマイシン誘発性AKIの原因は、主に近位尿細管細胞のアポトーシスに起因すると考えられてきた。しかし、アポトーシスをブロックすることは、部分的にのみ動物のゲンタマイシン誘発性AKIを減衰させる。

BACKGROUND: Gentamicin is a potent aminoglycoside antibiotic that targets gram-negative bacteria, but nephrotoxicity limits its clinical application. The cause of gentamicin-induced AKI has been attributed mainly to apoptosis of the proximal tubule cells. However, blocking apoptosis only partially attenuates gentamicin-induced AKI in animals.

方法:

ゲンタマイシンを7日間投与したマウスはAKIを発症し、プログラムされた細胞死の経路を薬理学的阻害剤を用いて、RIPK3欠損マウスで調べた。また、ブタとマウスの腎臓細胞株での効果も調べた。

METHODS: Mice treated with gentamicin for 7 days developed AKI, and programmed cell death pathways were examined using pharmacologic inhibitors and in RIPK3-deficient mice. Effects in porcine and murine kidney cell lines were also examined.

結果:

ゲンタマイシンは近位尿細管において低レベルのアポトーシスを引き起こし、細胞やオルガネラの腫脹や細胞膜の破断を含む、主に集血管（CD）で発生する壊死と一致する有意な超構造的変化を引き起こした。ゲンタマイシン投与マウスおよび培養腎尿細管細胞では、主要な壊死性シグナル伝達分子であるMixed lineage kinase domain-like pseudokinase（MLKL）およびreceptor-interacting serine/threonine-protein-kinase 3（RIPK3）のアップレギュレーションが検出された。さらに、ゲンタマイシンはマウス腎臓のCD中の全リン酸化MLKL(pMLKL)のアピカル蓄積を誘導した。壊死タンパク質であるRIPK1をネクロスタチン-1（Nec-1）で阻害することで、ゲンタマイシン誘発の壊死とMLKLとRIPK3のアップレギュレーションがマウスと培養細胞で減少した。また、Nec-1は腎臓の炎症や線維化を緩和し、ゲンタマイシン誘発の腎機能障害を有意に改善した。さらに、マウスでRIPK3を欠失させると、ゲンタマイシン誘発性AKIが有意に減少した。

RESULTS: Gentamicin caused a low level of apoptosis in the proximal tubules and significant ultrastructural alterations consistent with necroptosis, occurring predominantly in the collecting ducts (CDs), including cell and organelle swelling and rupture of the cell membrane. Upregulation of the key necroptotic signaling molecules, mixed lineage kinase domain-like pseudokinase (MLKL) and receptor-interacting serine/threonine-protein kinase 3 (RIPK3), was detected in gentamicin-treated mice and in cultured renal tubule cells. In addition, gentamicin induced apical accumulation of total and phosphorylated MLKL (pMLKL) in CDs in mouse kidney. Inhibiting a necroptotic protein, RIPK1, with necrostatin-1 (Nec-1), attenuated gentamicin-induced necrosis and upregulation of MLKL and RIPK3 in mice and cultured cells. Nec-1 also alleviated kidney inflammation and fibrosis, and significantly improved gentamicin-induced renal dysfunction in mice. Furthermore, deletion of RIPK3 in the mice significantly attenuated gentamicin-induced AKI.

結論:

ゲンタマイシン誘発性腎障害における集血管におけるプログラムされた壊死の役割は、これまで認識されていなかったが、壊死を抑制することでゲンタマイシン誘発性AKIを緩和する新たな治療戦略の可能性を示唆している。

CONCLUSIONS: A previously unrecognized role of programmed necrosis in collecting ducts in gentamicin-induced kidney injury presents a potential new therapeutic strategy to alleviate gentamicin-induced AKI through inhibiting necroptosis.

Copyright © 2020 by the American Society of Nephrology.