БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 12, с. 1854–1866

УДК 612.062

Рапамицин не обладает защитным эффектом при остром почечном повреждении, вызванном ишемией или цисплатином *

© 2019 Н.В. Андрианова 1,2, Л.Д. Зорова 2,3, В.А. Бабенко 2,3, И.Б. Певзнер 2,3, В.А. Попков 2,3, Д.Н. Силачев 2,3, Е.Ю. Плотников 2,3,4**, Д.Б. Зоров 2,3**

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119991 Москва, Россия

НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119991 Москва, Россия; электронная почта: plotnikov@belozersky.msu.ru, zorov@belozersky.msu.ru

Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. акад. В.И. Кулакова, 117997 Москва, Россия

Институт молекулярной медицины, Первый московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова, 119991 Москва, Россия

Поступила в редакцию 24.06.2019
После доработки 12.07.2019
Принята к публикации 12.07.2019

DOI: 10.1134/S0320972519120091

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: рапамицин, острое почечное повреждение, ишемия, цисплатин, эпителий почечных канальцев, аутофагия, нефропротекция.

Аннотация

Аутофагия играет важную роль в патогенезе острого почечного повреждения (ОПП). Показано, что хотя активация аутофагии связана с увеличением продолжительности жизни и защитными эффектами при разных патологиях, действие таких активаторов аутофагии, как рапамицин и его аналоги, на ОПП остается неясным. В данной работе исследовали действие рапамицина на модели ишемической и цисплатин-индуцированной острой почечной недостаточности как in vivo, так и in vitro. Эффекты рапамицина на функции почек in vivo на фоне ишемии/реперфузии (И/Р) или инъекции цисплатина оценивали по концентрации мочевины и креатинина в сыворотке крови и уровню маркера ОПП (белка NGAL) в моче. Эксперименты in vitro выполняли на первичной культуре эпителия почечных канальцев (ЭПК), которую подвергали действию кислородно-глюкозной депривации (КГД) или инкубации с цисплатином на фоне добавления различных концентраций рапамицина. Жизнеспособность клеток и скорость роста оценивали по МТТ-тесту, а также в режиме реального времени с помощью прибора RTCA iCELLigence. Обнаружено, что рапамицин не приводил к активации процесса аутофагии и не уменьшал тяжесть ишемического и цисплатин-индуцированного ОПП. Эксперименты на ЭПК показали, что рапамицин подавлял пролиферацию первичной культуры клеток и не обладал защитным действием при КГД или инкубации ЭПК с цисплатином. Впервые показано, что ингибитор mTOR рапамицин не приводил к защитному действию на почки при ОПП. Предполагается, что рапамицин нельзя считать идеальным миметиком ассоциированных с аутофагией процессов, для которых доказано нефропротекторное действие (например, ограничения калорийности питания), как это считали ранее. Защитное действие может быть более сложным и осуществляться через множество мишеней, связанных с аутофагией, а не ограничиваться исключительно ингибированием mTOR. Использование рапамицина и его аналогов для лечения разных форм ОПП требует дальнейшего изучения для более комплексного понимания его возможных положительных или отрицательных эффектов.

Сноски

* Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio.msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM19-194, 23.09.2019.

** Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант 18-15-00058).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая работа не содержит каких-либо исследований, в которых в качестве объектов были использованы люди. Работу с лабораторными животными проводили в соответствии с требованиями Комиссии по биоэтике НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского. Все манипуляции выполняли в соответствии с руководством Федерации европейских научных ассоциаций по лабораторным животным.

Список литературы

1. Levine, B., and Kroemer, G. (2008) Autophagy in the pathogenesis of disease, Cell, 132, 27–42, doi: 10.1016/j.cell.2007.12.018.

2. Mizushima, N., Levine, B., Cuervo, A.M., and Klionsky, D.J. (2008) Autophagy fights disease through cellular self-digestion, Nature, 451, 1069–1075, doi: 10.1038/nature06639.

3. Ryu, D., Mouchiroud, L., Andreux, P.A., Katsyuba, E., Moullan, N., and Nicolet-Dit-Félix, A.A., et al. (2016) Urolithin A induces mitophagy and prolongs lifespan in C. elegans and increases muscle function in rodents, Nat. Med., 22, 879–888, doi: 10.1038/nm.4132.

4. Andreux, P.A., Blanco-Bose, W., Ryu, D., Burdet, F., Ibberson, M., and Aebischer, P., et al. (2019) The mitophagy activator urolithin A is safe and induces a molecular signature of improved mitochondrial and cellular health in humans, Nat. Metab., 1, 595–603, doi: 10.1038/s42255-019-0073-4.

5. Periyasamy-Thandavan, S., Jiang, M., Wei, Q., Smith, R., Yin, X.-M., and Dong, Z. (2008) Autophagy is cytoprotective during cisplatin injury of renal proximal tubular cells, Kidney Int., 74, 631–640, doi: 10.1038/ki.2008.214.

6. Takahashi, A., Kimura, T., Takabatake, Y., Namba, T., Kaimori, J., and Kitamura, H., et al. (2012) Autophagy guards against cisplatin-induced acute kidney injury, Am. J. Pathol., 180, 517–525, doi: 10.1016/j.ajpath.2011.11.001.

7. Liu, S., Hartleben, B., Kretz, O., Wiech, T., Igarashi, P., and Mizushima, N., et al. (2012) Autophagy plays a critical role in kidney tubule maintenance, aging and ischemia-reperfusion injury, Autophagy, 8, 826–837, doi: 10.4161/auto.19419.

8. Li, L., Wang, Z. V., Hill, J.A., and Lin, F. (2014) New autophagy reporter mice reveal dynamics of proximal tubular autophagy, J. Am. Soc. Nephrol., 25, 305–315, doi: 10.1681/ASN.2013040374.

9. Li, T., Liu, Y., Zhao, J., Miao, S., Xu, Y., and Liu, K., et al. (2017) Aggravation of acute kidney injury by mPGES-2 down regulation is associated with autophagy inhibition and enhanced apoptosis, Sci. Rep., 7, 10247, doi: 10.1038/s41598-017-10271-8.

10. Mei, S., Livingston, M., Hao, J., Li, L., Mei, C., and Dong, Z. (2016) Autophagy is activated to protect against endotoxic acute kidney injury, Sci. Rep., 6, 22171, doi: 10.1038/srep22171.

11. Karagiannidis, I., Kataki, A., Glustianou, G., Memos, N., Papalois, A., and Alexakis, N., et al. (2016) Extended cytoprotective effect of autophagy in the late stages of sepsis and fluctuations in signal transduction pathways in a rat experimental model of kidney injury, Shock, 45, 139–147, doi: 10.1097/SHK.0000000000000505.

12. Ko, G.J., Bae, S.Y., Hong, Y.-A., Pyo, H.J., and Kwon, Y.J. (2016) Radiocontrast-induced nephropathy is attenuated by autophagy through regulation of apoptosis and inflammation, Hum. Exp. Toxicol., 35, 724–736, doi: 10.1177/0960327115604198.

13. Kimura, T., Takabatake, Y., Takahashi, A., Kaimori, J., Matsui, I., and Namba, T., et al. (2011) Autophagy protects the proximal tubule from degeneration and acute ischemic injury, J. Am. Soc. Nephrol., 22, 902–913, doi: 10.1681/ASN.2010070705.

14. Jiang, M., Wei, Q., Dong, G., Komatsu, M., Su, Y., and Dong, Z. (2012) Autophagy in proximal tubules protects against acute kidney injury, Kidney Int., 82, 1271–1283, doi: 10.1038/ki.2012.261.

15. Andrianova, N.V., Jankauskas, S.S., Zorova, L.D., Pevzner, I.B., Popkov, V.A., and Silachev, D.N., et al. (2018) Mechanisms of age-dependent loss of dietary restriction protective effects in acute kidney injury, Cells, 7, 178, doi: 10.3390/cells7100178.

16. Kuo, S.-Y., Castoreno, A.B., Aldrich, L.N., Lassen, K.G., Goel, G., and Dančik, V., et al. (2015) Small-molecule enhancers of autophagy modulate cellular disease phenotypes suggested by human genetics, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 112, 4281–4287, doi: 10.1073/pnas.1512289112.

17. Blagosklonny, M.V. (2017) From rapalogs to anti-aging formula, Oncotarget, 8, 35492–35507, doi: 10.18632/oncotarget.18033.

18. Plotnikov, E.Y., Kazachenko, A.V., Vyssokikh, M.Y., Vasileva, A.K., Tcvirkun, D.V., and Isaev, N.K., et al. (2007) The role of mitochondria in oxidative and nitrosative stress during ischemia/reperfusion in the rat kidney, Kidney Int., 72, 1493–1502, doi: 10.1038/sj.ki.5002568.

19. Schneider, C.A., Rasband, W.S., and Eliceiri, K.W. (2012) NIH image to imageJ: 25 years of image analysis, Nat. Methods, 9, 671–675.

20. Giaever, I., and Keese, C.R. (1984) Monitoring fibroblast behavior in tissue culture with an applied electric field, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 81, 3761–3764.

21. Popkov, V.A., Andrianova, N.V., Manskikh, V.N., Silachev, D.N., Pevzner, I.B., and Zorova, L.D., et al. (2018) Pregnancy protects the kidney from acute ischemic injury, Sci. Rep., 8, 14534, doi: 10.1038/s41598-018-32801-8.

22. Tavares, M.R., Pavan, C.B., Amaral, C.L., Meneguello, L., Luchessi, A.D., and Simabuco, F.M. (2015) The S6K protein family in health and disease, Life Sci., 131, 1–10, doi: 10.1016/j.lfs.2015.03.001.

23. Stankov, M., Panayotova-Dimitrova, D., Leverkus, M., Klusmann, J.-H., and Behrens, G. (2014) Cytometric analysis of autophagic activity with cyto-ID staining in primary cells, Bio-Protocol., 4, doi: 10.21769/BioProtoc.1090.

24. Todorovic, Z., Medic, B., Basta-Jovanovic, G., Radojevic Skodric, S., Stojanovic, R., and Rovcanin, B., et al. (2014) Acute pretreatment with chloroquine attenuates renal I/R injury in rats, PLoS One, 9, 92673, doi: 10.1371/journal.pone.0092673.

25. Zhang, Y.-L., Zhang, J., Cui, L.-Y., and Yang, S. (2015) Autophagy activation attenuates renal ischemia-reperfusion injury in rats, Exp. Biol. Med., 240, 1590–1598, doi: 10.1177/1535370215581306.

26. Ling, H., Chen, H., Wei, M., Meng, X., Yu, Y., and Xie, K. (2016) The effect of autophagy on inflammation cytokines in renal ischemia/reperfusion injury, Inflammation, 39, 347–356, doi: 10.1007/s10753-015-0255-5.

27. Guan, X., Qian, Y., Shen, Y., Zhang, L., Du, Y., and Dai, H., et al. (2015) Autophagy protects renal tubular cells against ischemia/reperfusion injury in a time-dependent manner, Cell. Physiol. Biochem., 36, 285–298, doi: 10.1159/000374071.

28. Zhu, J., Lu, T., Yue, S., Shen, X., Gao, F., and Busuttil, R.W., et al. (2015) Rapamycin protection of livers from ischemia and reperfusion injury is dependent on both autophagy induction and mammalian target of rapamycin complex 2-Akt activation, Transplantation, 99, 48–55, doi: 10.1097/TP.0000000000000476.

29. Parra, C., Salas, P., and Dominguez, J. (2010) Effects of immunosuppressive drugs on rat renal ischemia reperfusion injury, Transplant. Proc., 42, 245–247, doi: 10.1016/j.transproceed.2009.11.018.

30. Pereira, B.J., Castro, I., Burdmann, E.A., Malheiros, D.M., and Yu, L. (2010) Effects of sirolimus alone or in combination with cyclosporine A on renal ischemia/reperfusion injury, Braz. J. Med. Biol. Res., 43, 737–744.

31. Gonçalves, G.M., Cenedeze, M.A., Feitoza, C.Q., de Paula, C.B., Marques, G.D., and Pinheiro, H.S., et al. (2007) The role of immunosuppressive drugs in aggravating renal ischemia and reperfusion injury, Transplant. Proc., 39, 417–420, doi: 10.1016/j.transproceed.2007.01.027.

32. Lui, S.L., Chan, K.W., Tsang, R., Yung, S., Lai, K.N., and Chan, T.M. (2006) Effect of rapamycin on renal ischemia-reperfusion injury in mice, Transpl. Int., 19, 834–839, doi: 10.1111/j.1432-2277.2006.00361.x.

33. Lieberthal, W., Fuhro, R., Andry, C.C., Rennke, H., Abernathy, V.E., and Koh, J.S., et al. (2001) Rapamycin impairs recovery from acute renal failure: role of cell-cycle arrest and apoptosis of tubular cells, Am. J. Physiol. Renal. Physiol., 281, 693–706, doi: 10.1152/ajprenal.2001.281.4.F693.

34. Martel, R.R., Klicius, J., and Galet, S. (1977) Inhibition of the immune response by rapamycin, a new antifungal antibiotic, Can. J. Physiol. Pharmacol., 55, 48–51.

35. Kim, B.S., Lim, S.W., Li, C., Kim, J.S., Sun, B.K., and Ahn, K.O., et al. (2005) Ischemia-reperfusion injury activates innate immunity in rat kidneys, Transplantation, 79, 1370–1377.

36. Dumont, F.J., and Su, Q. (1996) Mechanism of action of the immunosuppressant rapamycin, Life Sci., 58, 373–395.

37. Law, B.K. (2005) Rapamycin: an anti-cancer immunosuppressant? Crit. Rev. Oncol. Hematol., 56, 47–60, doi: 10.1016/j.critrevonc.2004.09.009.

38. Kaushal, G.P. (2012) Autophagy protects proximal tubular cells from injury and apoptosis, Kidney Int., 82, 1250–1253, doi: 10.1038/ki.2012.337.

39. Nakagawa, S., Nishihara, K., Inui, K., and Masuda, S. (2012) Involvement of autophagy in the pharmacological effects of the mTOR inhibitor everolimus in acute kidney injury, Eur. J. Pharmacol., 696, 43–54, doi: 10.1016/j.ejphar.2012.09.010.

40. Mitchell, J.R., Verweij, M., Brand, K., van de Ven, M., Goemaere, N., and van den Engel, S., et al. (2010) Short-term dietary restriction and fasting precondition against ischemia reperfusion injury in mice, Aging Cell, 9, 40–53, doi: 10.1111/j.1474-9726.2009.00532.x.

41. Ning, Y.-C., Cai, G.-Y., Zhuo, L., Gao, J.-J., Dong, D., and Cui, S.-Y., et al. (2013) Beneficial effects of short-term calorie restriction against cisplatin-induced acute renal injury in aged rats, Nephron. Exp. Nephrol., 124, 19–27, doi: 10.1159/000357380.

42. Tokunaga, C., Yoshino, K., and Yoneezawa, K. (2004) mTOR integrates amino acid- and energy-sensing pathways, Biochem. Biophys. Res. Commun., 313,443–446.

43. Li, J., Kim, S.G., and Blenis, J. (2014) Rapamycin: one drug, many effects, Cell Metab., 19, 373–379, doi: 10.1016/j.cmet.2014.01.001.

44. Lee, S.-H., and Min, K.-J. (2013) Caloric restriction and its mimetics, BMB Rep., 46, 181–187.

45. Lamming, D.W. (2016) Inhibition of the mechanistic target of rapamycin (mTOR)–rapamycin and beyond, Cold Spring Harb. Perspect. Med., 6, a025924, doi: 10.1101/cshperspect.a025924.