Untersuchungen zur Expression von Proteinen des oxidativen Stress und der antioxidativen Abwehr bei Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz

Abstract

Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz haben trotz ständig verbesserter Nierenersatztherapieverfahren eine verminderte Überlebenschance gegenüber der Normalbevölkerung. Eine wesentliche Rolle spielt dafür die Erhöhung von oxidativem Stress bei diesen Patienten. Die hier vorliegende Arbeit hat die Expression verschiedener Enzyme des oxidativen Stress und der antioxidativen Abwehr bei Hämodialysepatienten und zweier Kontrollgruppen, bestehend aus Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz ohne Nierenersatztherapie und gesunden Probanden, untersucht. Ziel war es, herauszufinden inwieweit die Niereninsuffizienz Auswirkungen auf den oxidativen Stress und die Expression von Proteinen des oxidativen Angriffs (Insulin-like Growth Factor Binding Protein 1, IGFBP1) und der antioxidativen Abwehr (Superoxiddismutase 1 und 2, SOD1 und 2; Glutathionperoxidase, GPx; und die NAD(P)H:quinone oxido-reduktase 1, NQO1) hat. Die Expression dieser Proteine wurde in Monozyten von Kontrollpersonen und von Patienten vor und nach einer Hämodialysetherapie mit einem In-cell-Western Assay quantifiziert. Darüber hinaus wurde die antioxidative Gesamtkapazität des Plasmas mit einem Total Antioxidant Status Kit gemessen. Die SOD1 Expression war bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz signifikant höher als bei gesunden Probanden (34,5±22,6 vs. 20,7±145 arbiträre Einheiten; Mittelwert ± SEM; p<0,05). Im Verlauf einer Hämodialysebehandlung kam es zu einer signifikanten Verminderung der SOD1 um 46% (von 39,9±64,9 auf 18,4±10,4; n=20; p<0,01). Es ergab sich bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz ein signifikant inverser Zusammenhang zwischen der SOD1 Expression und dem C-reaktiven Protein (Korrelation nach Spearman rs=-0,44; p<0,05, n=25). Dies weist darauf hin, dass eine chronische Entzündungsreaktion zu einer Verminderung der antioxidativen Proteine führt. Die SOD2 Expression war bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz signifikant geringer als bei gesunden Probanden (56,8±37,6 vs. 94.7 ±70.6 arbiträre Einheiten; p<0,05). Die GPx Expression war nicht signifikant unterschiedlich bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz und gesunden Probanden Schließlich war die NQO1 Expression signifikant größer bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz im Vergleich mit gesunden Probanden (7,6±4,9 vs. 4,4±3,0 arbiträre Einheiten; p<0,05). Das „oxidative“ Protein IGFBP1 war signifikant stärker exprimiert bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz im Vergleich zu gesunden Probanden (11,3±6,6 vs. 7,3±4,6 arbiträre Einheiten; p<0,05), was für den gesteigerten oxidativen Stress ursächlich mitverantwortlich sein kann. Schließlich zeigte sich, dass die antioxidative Kapazität im Plasma unter einer Hämodialysetherapie signifikant abnahm (0.81 ± 0.26 mM vs. 0.59 ± 0.24mM). Die vorliegende Untersuchung zeigt, dass bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz eine Reihe von Veränderungen der Expression von antioxidativen und oxidativen Proteinen auftreten. Diese Veränderungen spielen in ihrer Gesamtheit eine wesentliche Rolle bei dem gesteigerten oxidativen Stress bei chronischer Niereninsuffizienz.

Despite constant improvement in dialysis treatment, patients with chronic kidney disease show a marked decrease in survival when compared to the healthy population. An important factor contributing to the decrease in survival in these patients is the increase of oxidative stress. This study investigates the expression of markers of oxidative stress and antioxidant defence in patients undergoing hemodialysis treatment, patients with chronic renal failure without hemodialysis and healthy controls. The aim was to determine to what extent renal failure influences the expression of proteins of oxidative stress (Insulin-like Growth Factor Binding Protein 1, IGFBP1) and antioxidant defence (Superoxiddismutase 1 and 2, SOD1 and 2; Glutathionperoxidase, GPx; and the NAD(P)H:quinone oxido-reduktase 1, NQO1). Isolated monocytes were used for the in-cell western Blot to determine the protein expression of the studied groups, and the total antioxidant capacity of plasma was measured using a total antioxidant status assay kit. Expression of SOD1 was significantly increased in patients with chronic renal failure in comparison to healthy controls(34,5±22,6 vs. 20,7±145 arbitrary units; mean ± SEM; p<0,05). During hemodialysis a significant decrease in SOD1 expression of 46% (from 39,9±64,9 to 18,4±10,4; n=20; p<0,01) was observed. A significant inverse correlation was observed between SOD1 expression and CRP (Spearman rs=-0,44; p<0,05, n=25). This suggests that chronic inflammation may lead to a decrease in proteins of antioxidant defence. Expression of SOD2 was significantly decreased in patients with chronic renal failure in comparison to healty controls (56,8±37,6 vs. 94.7 ±70.6 arbitrary Units; p<0,05). There was no significant change in GPx expression when comparing patients with chronic renal failure to healthy controls. Expression of NQO1 was significantly increased in patients with chronic renal failure when compared to healthy controls (7,6±4,9 vs. 4,4±3,0 arbitrary units; p<0,05). Expression of the ‘oxidative’ Protien IGFBP1 was significantly increased in patients with chronic renal failure when compared to healthy controls (11,3±6,6 vs. 7,3±4,6 arbitrary units; p<0,05), suggesting its role in the increase of oxidant stress in these patients. Lastly, it was shown that the antioxidant capacity of plasma significantly decreased during a hemodialysis session (0.81 ± 0.26 mM vs. 0.59 ± 0.24mM). This study shows that patients with chronic renal failure are subject to changes in the expression of oxidant and antioxidant enzyms. These changes play a major role in the increase of oxidative stress in chronic renal failure.