Oxidační stres u pacientů po transplantaci ledviny

Overview

Úspěšná transplantace ledviny (TL) vede k normalizaci exkreční funkce a k úpravě metabolické a endokrinní funkce ledvin. Nejčastější příčinou morbidity a mortality u pacientů po TL jsou kardiovaskulární onemocnění, k jejichž rozvoji přispívá také oxidační stres (OS). Samotná transplantace, ale i období bezprostředně po TL, je spojeno se zvýšenou oxidační zátěží, která se postupně může snižovat. Na rozvoji OS se také podílejí ně­kte­rá imunosupresivní léčiva, především ze skupiny kalcineurinových inhibitorů, která tak nepřímo zvyšují riziko kardiovaskulárních komplikací.

Klíčová slova:
oxidační stres –  transplantace ledviny –  ischemie/ reperfuze –  imunosupresiva

Úvod

Transplantace ledviny (TL) je jednou z možností léčby u pacientů s terminálním onemocněním ledvin (TOL). Úspěšná TL vede k normalizaci vnitřního prostředí a k úpravě celé řady metabolických a endokrinních změn, které provázejí chronické selhání ledvin. Transplantovaní jedinci se po rekonvalescenci mohou zapojit do běžného života.

Akcelerovaná ateroskleróza a následné kardiovaskulární komplikace jsou hlavní příčinou morbidity a mortality u pacientů s chronickými chorobami ledvin. U transplantovaných pacientů jsou kardiovaskulární choroby příčinou 50– 60 % všech úmrtí (obr. 1). Rizikové faktory přispívající ke vzniku aterogeneze jsou uvedeny v tab. 1 [1– 3].

V posledních letech byla značná pozornost věnována oxidačnímu stresu (OS), který je řazen mezi rizikové faktory kardiovaskulární morbidity a mortality u transplantovaných pacientů [4,5]. Vysoká úroveň oxidační zátěže u pacientů po TL vede k poškození buněčných proteinů, lipidů a nukleových kyselin, k alteraci tkáňových struktur a k projevům orgánové dysfunkce [6]. Hypoteticky lze předpokládat, že po úpravě funkce ledvin úspěšnou transplantací dojde také k úpravě rovnováhy mezi tvorbou volných kyslíkových radikálů a antioxidačním systémem organizmu a ke snížení oxidační zátěže organizmu. Výsledky dosavadních studií však nejsou jednoznačné, a proto je problematika OS po TL stále intenzivně studována. Rozporuplné výsledky jsou rovněž o tom, zda a jakým způsobem ovlivňují OS imunosupresivní léčiva, zejména inhibitory kalcineurinu.

Ischemicko‑reperfuzní poškození a OS

Ischemicko‑reperfuzní poškození navozuje zvýšenou imunologickou reaktivitu organizmu příjemce a negativně ovlivňuje přežití transplantovaných ledvin [7]. Bezprostředně po TL je pozorován nárůst ně­kte­rých ukazatelů OS, který je způsoben reperfuzí ischemického štěpu [8– 11]. Na produkci reaktivních forem kyslíku (ROS) se podílí celá řada faktorů. Mezi významné zdroje patří mitochondrie, které při reperfuzi produkují superoxidový radikál. Dalším zdrojem ROS jsou enzymy, které se podílejí na metabolizmu purinů. Xantinoxidoreduktáza (XOD) se nachází v těle ve dvou formách (obr. 2), buď jako xantindehydrogenáza (XD), která vytváří antioxidant kyselinu močovou, či jako xantinoxidáza (XO), která katalyzuje vznik ROS. Za normálních podmínek je jen asi 10 % XOD ve formě XO, v průběhu ischemie však dochází k intenzivní konverzi XOD na XO. Během reperfuze se kyslík stává akceptorem elektronů a dochází k nadprodukci ROS. Proto změny poměru aktivit XD a XO výrazným způsobem ovlivňují kvalitu a funkci štěpu v období po transplantaci. Někteří autoři doporučují sledovat změny aktivit enzymů metabolizujících xantin (XO, XD) bezprostředně před TL a v průběhu prvních 5 minut reperfuze, protože takto získané informace mají důležitý prognostický význam v posuzování kvality a funkce štěpu [12].

NADPH- oxidáza leukocytů aktivovaných cytokiny, komplementem a adhezivními molekulami je nezanedbatelným zdrojem ROS. Aktivované leukocyty se podílejí na aktivaci zánětlivé kaskády, která spolu s reaktivními formami kyslíku a dusíku (RONS) přispívá k poškození epiteliálních buněk proximálního tubulu. Ischemie je provázena akcelerací anaerobní glykolýzy a akumulací laktátu, snížením pH, poklesem hladiny adenozintrifosfátu, narušením stability lysozomů a uvolněním tranzitních kovů z proteinových přenašečů (transferin, fer­ritin, ceruloplazmin) (tab. 2). Tyto nevázané ionty se zapojují do tzv. Fentonovy reakce, při které vzniká velmi reaktivní hydroxylový radikál. Při reperfuzi se zvyšuje exprese inducibilní NO- syntázy a tvorba oxidu dusnatého (NO^•) (tab. 2), který je řazen mezi reaktivní formy dusíku (RNS). V ledvinách se nacházejí všechny 3 izoformy NOS, 2 konstitutivní formy (endotelová a neuronální) a inducibilní forma (iNOS). iNOS je aktivována ischemií či zánětlivými mediátory. NO^• reaguje se superoxidovým radikálem a vzniká peroxynitrit (obr. 3), který je reaktivnější než výchozí radikály a poškozuje proteiny, lipidy a DNA [6]. Peroxynitrit může deaktivovat antioxidační enzymy, např. superoxiddismutázu (SOD) [13]. Zvýšení hladiny ROS vede k nárůstu koncentrace prozánětlivých cytokinů a chemokinů. Zvyšuje se rovněž exprese adhezivních molekul na povrchu neutrofilů a monocytů. Bílé krvinky jsou aktivovány a dostávají se do tkání, kde se stávají dalším zdrojem ROS, které poškozují renální parenchym. Ischemie/ reperfuze ovlivňuje, ať už pozitivně či negativně, expresi celé řady genů, jako jsou geny antioxidačních enzymů (SOD, glutathion- S- transferázu), cytokinů, adhezivních molekul, cytochromu P450 a dalších. Tkáň pozměněná ischemií může mít sníženou antioxidační kapacitu a její schopnost eliminovat nadprodukci RONS vyvolanou následnou reperfuzí může být limitována, což může vyústit v další poškození parenchymu štěpu. Z těchto důvodů je úspěšné zvládnutí reperfuzní fáze důležité pro dobu funkčnosti transplantované ledviny [14– 17].

Možnostem, jak eliminovat poškození ledviny způsobené ischemií/ reperfuzí a jak zlepšit a prodloužit funkci štěpu, se zabývá celá řada pracovišť a výzkumných týmů. Před TL je ledvina uchovávána v roztoku, jehož složení by mělo minimalizovat poškození buněk a zvýšit kvalitu transplantátu. Je snaha obohacovat tyto roztoky látkami, které by prozánětlivé a oxidační procesy v tkáni potlačily. Další možností je modulace přirozených antioxidantů, jako je hemoxygenáza- 1, či podávání vychytávačů RONS, antioxidantů a antioxidačních enzymů, rostlinných extraktů, polyfenolů, derivátů karnitinu, inhibitorů iNOS a protizánětlivých preparátů, které vedou ke snížení ischemicko‑reperfuzního poškození. Bohužel dosavadní poznatky byly získány především z experimentů na zvířatech či na ex vivo modelech [14– 16].

OS v potransplantačním období

Po úspěšné TL dochází k postupnému snižování OS, což se projevuje poklesem plazmatických hladin produktů OS a úpravou celkové antioxidační kapacity (TAC), hladin antioxidantů a prozánětlivých a protizánětlivých mediátorů [18– 20]. Vural et al sledovali skupinu 23 pacientů po dobu 28 dnů po TL a pozorovali pokles hladiny malondialdehydu (MDA) a zvýšení aktivity glutationperoxidázy (GPX), celkové SOD, Zn/ Cu- izoenzymů a hladiny selenu. Hodnoty vybraných parametrů OS se u pacientů po TL blížily hodnotám naměřeným u zdravých lidí [21]. Při dlouhodobém sledování pacientů po TL (1 rok a více) byla v ně­kte­rých studiích pozorována pozvolná úprava markerů OS (MDA, produkty pokročilé oxidace proteinů –  AOPP, GPX, SOD, kataláza, glutationreduktáza) do rozmezí hodnot obvyklých u zdravých osob [22– 25]. Při porovnání antioxidačního stavu osob léčených peritoneální dialýzou a osob po TL bylo zjištěno, že po TL se normalizuje aktivita paraoxonázy a arylesterázy, čímž dochází ke zlepšení funkce lipoproteinů o vysoké hustotě (HDL) a současně dochází k snížení hladiny produktů peroxidace lipidů [26]. Jiná studie sice zaznamenala např. pokles hladiny MDA, tento pokles ovšem nedosáhl hodnot zdravých jedinců [20]. Na druhou stranu byl pozorován i opačný trend zvyšování zánětlivých markerů a produktů oxidačního poškození bio­molekul [27– 29], což svědčí o přetrvávajícím OS v období po transplantaci. Nedávno publikované výsledky prokázaly, že OS u osob po TL je možno ovlivnit složením diety. Ramezani et al prokázali, že zvýšený obsah w- 3 mastných kyselin v dietě snižuje OS u těchto osob [30].

Dalším faktorem, který dlouhodobě ovlivňuje kvalitu štěpu, je hladina kyseliny močové. I když je kyselina močová považována za hlavní součást antioxidační kapacity organizmu, ukazuje se, že urikemie negativně koreluje s délkou funkce štěpu [31]. Suplementace selenem, jakožto významným antioxidantem, nemá výrazný efekt na GPX. Zdá se však, že k úplné normalizaci aktivity GPX a plazmatické hladiny selenu dochází až po TL [32].

Imunosupresivní terapie a OS

Úroveň a délka funkce transplantované ledviny je závislá na celé řadě faktorů, zejména na věku dárce a příjemce orgánu, délce studené ischemie, zkušenostech operačního týmu, kvalitě pooperační péče a volbě imunosupresivní terapie. Imunosupresivní terapie je spojena s celou řadou vedlejších nežádoucích účinků (zvýšení rizika infekcí a nádorových onemocnění, patologických změn v metabolizmu lipidů a sacharidů, nefrotoxicity, hepatotoxicity a OS) [33]. Imunosupresivní schémata jsou založena na kombinaci léků na bázi kortikosteroidů (prednisolon, prednison, metylprednisolon), antimetabolitů (inhibitory purinového metabolizmu –  azatioprin, mykofenolát sodný), kalcineurinových inhibitorů (cyklosporin A, takrolimus), inhibitorů serin/ treoninových proteinkináz (mTOR) a bio­logických preparátů na bázi monoklonálních a polyklonálních protilátek [34].

Základem imunosupresivních protokolů jsou v současné době kalcineurinové inhibitory, cyklosporin A a takrolimus. U těchto dvou imunosupresiv se předpokládá, že zvyšují OS po TL. In vitro bylo zjištěno, že při transformaci cyklosporinu A jaterními mikrozomálními oxidázami (cytochromy P450) vznikají volné radikály, zejména superoxidový radikál, v menší míře pak peroxid vodíku a hydroxylový radikál [35,36]. Jiná výzkumná skupina prokázala, že za tvorbu ROS jsou zodpovědné jiné enzymy než cytochromy P450 [37]. Dále bylo prokázáno, že tyto léky zvyšují produkci NO^• indukcí exprese endotelové NO- syntázy. V důsledku reakce ROS s NO^• dochází ke vzniku reaktivního nitrosylového radikálu a k poklesu NO^•, což vede k poškození endotelu s následným zvýšením krevního tlaku, fibrogenezi a k chronické rejekci [38]. Varghese et al ve své studii potvrdili, že kalciuneurinová imunosupresiva mají prooxidační účinek. Zjistili, že LDL získané z krve pacientů, kteří byli léčeni takrolimem, jsou citlivější k oxidaci než LDL pacientů léčených přípravkem Sandimmun Neoral, který obsahuje kromě cyklosporinu A také vitamin E [39]. Další práce prokázala, že podávaní vitaminu C a E spolu s takrolimem vede k snížení OS [40]. I když oba léky, takrolimus a cyklosporin A, mají prooxidační vlastnosti, je stále v zájmu vědeckých týmů zjistit, jestli léčba takrolimem není provázena menší prooxidační zátěží. Cofan et al se pokusili vyhodnotit oxidační potenciál kalcineurinových imunosupresiv u pacientů léčených cyklosporinem A, kteří byli v důsledku rozvoje hyperplazie gingiv převedeni na takrolimus. I když hodnocený soubor byl malý, výsledky naznačují, že takrolimus se menší mírou podílí na rozvoji OS než cyklosporin A a současně příznivě ovlivňuje lipidový metabolizmus, čímž snižuje riziko kardiovaskulárních komplikací u osob po TL [41]. Obdobné výsledky zaznamenala skupina Martínez Castelao, která popsala zlepšení lipidového spektra u pacientů léčených takrolimem a zvýšení odolnosti LDL vůči oxidační zátěži [42]. U skupiny pacientů léčených cyklosporinem A došlo v průběhu 6 měsíců od TL ke zvýšení úrovně OS a hladiny produktů peroxidace lipidů, naopak u pacientů léčených takrolimem se hladina produktů peroxidace lipidů signifikantně snížila [43]. Oproti tomu práce Morena et al neprokázala u pacientů léčených takrolimem vyšší odolnost LDL k oxidaci v porovnání s pacienty léčenými cyklosporinem A. Citlivost LDL vůči OS byla u obou skupin pacientů obdobná [44]. U pacientů léčených cyklosporinem A nebo takrolimem nebyl pozorován rozdíl ve vybraných parametrech OS (MDA, GPX, SOD, SOD- Zn, SOD- Cu, selen) [21,25]. Obdobné výsledky byly zjištěny i ve studiích, kde se autoři zaměřili na sledování změn AOPP a TAC v průběhu 3 a 6 měsíců od TL u pacientů léčených takrolimem nebo cyklosporinem A. Po TL došlo k poklesu AOPP a úpravě TAC, ale nebyl zjištěn rozdíl mezi skupinami pacientů léčenými rozdílnými inhibitory kalcineurinu [45,46]. Pokles OS byl pozorován také jeden rok po TL snížením hladiny AOPP. Nedošlo však k signifikantnímu poklesu hladiny oxidovaných LDL, které jsou považovány za jeden z markerů kardiovaskulárních komplikací. Tito autoři nepozorovali rozdíl v míře OS mezi skupinami pacientů léčených takrolimem a cyklosporinem [23].

Hypertenze a OS

ROS vznikající v průběhu OS reagují s vazodilatátorem NO^• a snižují jeho hladinu, což přispívá k endotelové dysfunkci a k rozvoji arteriální hypertenze [38]. Calo et al ve své práci zjistili, že pokud dojde k vzniku hypertenze po TL, je tato skutečnost spojena se zvýšením hladiny NADPH- oxidázy, která je zdrojem ROS. Současně dochází ke snížení TAC a hladiny hemoxygenázy- 1, která je považována za důležitý enzymatický antioxidant. Tyto nálezy nebyly zjištěny u jedinců s normálním krevním tlakem. Studie naznačila, že při léčbě hypertenze po TL je vhodné se zaměřit také na ovlivnění OS. Analýza dat však byla provedena na velmi malém souboru osob a tyto zajímavé výsledky bude zapotřebí ověřit v rozsáhlejší studii [47].

Závěr

Úspěšná TL vede k úpravě exkreční funkce ledvin, k normalizaci vnitřního prostředí a většiny metabolických změn, které provázejí chronické selhání ledvin. Po TL dochází ke snížení oxidační zátěže organizmu, ale k úplné normalizaci parametrů charakterizujících OS nedochází. K tomuto stavu přispívá také léčba inhibitory kalcineurinu, které jsou základním stavebním kamenem imunosupresivních režimů používaných po TL. Zvládnutí míry OS v období po transplantaci se odráží na době funkčnosti štěpu.

Práce vznikla v rámci projektů IGA MZ ČR NS 9964/ 4 a MŠ ČR (MSM 6198959216).

Seznam použitých zkratek

AOPP – produkty pokročilé oxidace proteinů

GPX – glutationperoxidáza

HDL – lipoprotein o vysoké hustotě

iNOS – inducibilní NO- syntáza

LDL – lipoprotein o nízké hustotě

MDA – malondialdehyd

mTOR – serin/ treoninové proteinkinázy

NO^• – oxid dusnatý

OS – oxidační stres

RNS – reaktivní formy dusíku

ROS –  reaktivní formy kyslíku

RONS –  reaktivní formy kyslíku a dusíku

SOD – superoxiddismutáza

TAC – celková antioxidační kapacita

TL – transplantace ledvin

TOL – terminální onemocnění ledvin

XD – xantindehydrogenáza

XO – xantinoxidáza

XOD – xantinoxidoreduktáza

Ing. Adéla Galandáková, Ph.D.

http:/ / medchemrs.upol.cz/ profil/ 

e‑mail: galandakova.a@seznam.cz

Doručeno do redakce: 16. 11. 2011

Přijato po recenzi: 21. 2. 2013