Einfluss von tubulärem Knockout des Von-Hippel-Lindau-Proteins auf die durch Cyclosporin-A ausgelöste chronische tubulo-interstitielle Nierenfibrose der Maus

Abstract

Hintergrund: Chronische Cyclosporin-A (CyA) Gabe führt zu tubulo- interstitieller Nierenfibrose. Die dafür verantwortlichen Mechanismen sind zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht hinreichend verstanden. CyA könnte renale Hypoxie über Vasokonstriktion und/oder direkten tubulären Schaden auslösen. Hypoxie-induzierbare Faktoren (HIF) sind Hauptregulatoren von Hypoxieanpassung. HIF werden hauptsächlich über Sauerstoff-abhängige Proteolyse, welche das von Hippel-Lindau Protein (VHL) benötigt, reguliert. VHL Knockout (KO) führt zu HIF Aktivierung unter Normoxie. Abhängig von den beteiligten Zielgenen könnte HIF entweder tubuläres Überleben oder tubulo- interstitielle Fibrose fördern. Das Hauptziel dieser Studie war es, die Rolle von HIF in CyA-induzierter tubulo-interstitieller Nierenfibrose zu charakterisieren. Methoden: Zuchtmäuse der Linie Pax8-rtTA mit einem induzierbaren, Doxycyclin-abhängigen und Nephron-spezifischen VHL-KO wurden für sechs Wochen nach einem der folgenden Protokolle behandelt: I) unbehandelte Kontrollen, II) Niedrigsalzdiät (0,05% Na+, Na+↓), III) Na+↓/CyA, und IV) VHL-KO Induktion gefolgt von Na+↓/CyA. Die Nierenfunktion wurde mithilfe von metabolischen Käfigen beurteilt. Histologische Untersuchungen wurden anhand von perfusionsfixierten Nieren durchgeführt. Gewebehypoxie wurde mithilfe von Pimonidazol(PIM)-Addukten kenntlich gemacht. Hypoxieanpassung wurde durch nukleäre HIF-1α-Akkumulation detektiert. Ergebnisse: Der Vergleich mit Kontrolltieren zeigte, dass Na+↓/CyA zu tubulo-interstitieller Fibrose führt. Dem vorangegangen war tubuläre Akkumulation von PIM und HIF-1α. Der Vergleich von Na+↓/CyA und Na+↓/CyA/VHL-Ko zeigte, dass Na+↓/CyA/VHL-KO zu einer signifikant stärkeren Niereninsuffizienz (Serum-Kreatinin 0,6 mg/dl vs. 0,3 mg/dl, Serum-Harnstoff 105 mg/dl vs. 71 mg/dl, Kreatinin-Clearance 0,8 µl/min vs. 0,6 µl/min) sowie tubulo-interstitiellen Fibrose (tubulo- interstitielle Fäche 43 % vs. 63% der kombinierten tubulären und interstitiellen Fläche) führt. In beiden Gruppen waren die CyA-Talspiegel (3100 µg/l vs. 3254 µg/l) sowie die Natriumkonzent-rationen im Urin (16 mmol/l vs. 15 mmol/l) vergleichbar. Schlussfolgerungen: Wir haben ein Mausmodell für CyA-Toxizität, dass zu tubulo-interstitieller Fibrose und funktionellen Nierenschädigung führt, entwickelt. Nierenhypoxie und Hypoxieanpassung sind frühe Ereignisse in der CyA-Toxizität. Chronische renal-tubuläre HIF- Aktivierung verstärkt die durch CyA ausgelöste Niereninsuffizienz und die tubulo-interstitielle Fibrose.

Background: Chronic cyclosporine A (CyA) exposure leads to renal tubulo- interstitial fibrosis, but the mechanism responsible are insufficiently understood. CyA may cause renal hypoxia due to vasoconstriction and/or direct tubular toxicity. Hypoxia-inducible factors (HIF) are master regulators of hypoxia adaptation. HIF are mainly regulated by oxygen dependent proteolysis which requires von Hippel-Lindau protein (VHL). VHL knockout (KO) leads to HIF activation under normoxia. Depending on the target genes engaged, HIF may either promote tubular survival or tubulo-interstitial fibrosis. The principal aim of the study was to determine the role of HIF in CyA-induced tubulo- interstitial renal fibrosis. Methods: For six weeks mice with Pax8-rtTA-based, inducible, doxycycline dependent, and nephron-specific VHL-KO were subjected to one of the following protocols: I) un-treated controls, II) low sodium diet (0.05% Na+, Na+↓), III) Na+↓/CyA, and IV) VHL-KO induction followed by Na+↓/CyA. Renal function was assessed with help of metabolic cages. Fine histology was performed in perfusion-fixed kidneys. Tissue hypoxia was visualized with help of pimonidazole (PIM) adducts. Hypoxia adaptation was detected by nuclear HIF-1accumulation. Results: When compared with controls, Na+↓/CyA led to tubulo-interstitial fibrosis, which was preceded by tubular accumulation of both PIM and HIF-1α. When compared with Na+↓/CyA, VHL- KO/Na+↓/CyA animals developed significantly more pronounced renal insufficiency (serum creatinine 0.6 mg/dl vs. 0.3 mg/dl, serum urea 105 mg/dl vs. 71 mg/dl, creatinine clearance 0.6 µl/min vs. 0.8 µl/min), as well as tubulo-interstitial fibrosis (tubulo-interstitial area 43 % vs. 63 % of the combined tubular and tubulo-interstitial area). In both groups CyA trough levels were comparable (3100 µg/l vs. 3254 µg/l), as was urinary sodium concentration (17 mmol/l vs. 16 mmol/l). Conclusions: We developed a mouse model of CyA toxicity leading to tubulo-interstitial fibrosis, and renal functional impairment. Renal hypoxia and hypoxia adaptation are early events in CyA toxicity, and precede fibrosis. Chronic renal tubular HIF activation aggravates renal insufficiency and tubulo-interstitial fibrosis induced by CyA.