Η επίδραση του ουραιμικού ορού στο σύστημα μεταλλοπρωτεϊνασών (MMPs/TIMPs) και σε βασικές βιολογικές δράσεις ενδοθηλιακών κυττάρων σε καλλιέργειες H.U.V.E.C.

Abstract

End-stage renal disease (ESRD) is accompanied by accumulation of several uremic toxins leading to major metabolic and inflammatory disturbances. Endothelial cells are one of the major targets of uremic toxins causing dysfunction vascular remodeling and atherosclerosis. Primary cultures from human umbilical vein endothelial cells (HUVEC), incubated with serum from ESRD patients before (predialysis) and after (postdialysis) a 4h regular dialysis session were used. Basic biological functions of endothelial cells like proliferation migration wound healing as well as apoptosis were studied. In addition expression of MMP-2, MMP-9, TIMP-1 TIMP-2 elastin and collagen type IV was also investigated. Cell proliferation was determined with crystal violet method apoptosis with flow cytometry and cell migration with transwell system. Zymograms were used to detect MMP-2 and MMP-9 activity. Western Blot analysis for TIMP-1 and TIMP-2 protein expression and RT PCR was performed for MMP-2, MMP-9, TIMP-1, TIMP-2 elastin and collagen type IV mRNA detection. Results: Incubation of HUVEC with predialysis serum results in reduced proliferation cell migration and wound healing capacity as well as increased apoptosis compared to incubation with postdialysis serum. Predialysis serum also upregulates MMP-2 and MMP-9 and downregulates TIMP-1 and TIMP-2 expression and decreases both elastin and collagen type IV (mRNA and protein) compared to postdialysis serum. Conclusions: Uremic serum alters basic biological functions of endothelial cells and causes an imbalance between synthesis and degradation of extracellular matrix components. The endothelial dysfunction that is in part improved by dialysis is probably related to vascular remodeling observed in patients with ESRD.

Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι ο προσδιορισμός του βαθμού βελτίωσης των εν δυνάμει διαταραχών των κυτταρικών συστημάτων κατά την εφαρμογή συνεδρίας αιμοκάθαρσης. Ως πειραματικό μοντέλο θεωρήσαμε καταλληλότερο το in vitro σύστημα από ανθρωπινά ενδοθηλιακά κύτταρα από ομφάλια φλέβα (HUVEC). Στις καλλιέργειες των κυττάρων επέδρασε ουραιμικός ορός πριν (προ ορός) και μετά (μετά ορός) από συνέδρια αιμοκάθαρσης. Ο ορός ελήφθη από 10 ασθενείς που υποβάλλονταν σε υποκατάσταση της νεφρικής λειτουργίας με τετράωρες συνεδρίες αιμοκάθαρσης τρεις φορές εβδομαδιαίως. Ο ορός ελήφθη πριν και μετά τις συνεδρίες αιμοκάθαρσης προκειμένου να μελετηθεί η επίδραση του ουραιμικού περιβάλλοντος με μεγαλύτερη και μικρότερη συγκέντρωση ουραιμικών τοξινών αντίστοιχα στις βιολογικές λειτουργίες των υγιών ενδοθηλιακών κυττάρων. Χρησιμοποιήθηκε ορός σε συγκέντρωση 5-20% και η διάρκεια επώασης ήταν 12-72 ώρες. Μελετήθηκαν βασικές βιολογικές λειτουργίες των ενδοθηλιακών κυττάρων (πολλαπλασιασμός μετανάστευση απόπτωση επούλωση τραύματος). Επιπλέον μελετήθηκε το σύστημα των μεταλλοπρωτεϊνασών ΜΜΡ-2 και ΜΜΡ-9 και των αναστολέων τους ΤΙΜΡ-1 και ΤΙΜΡ-2 σε επίπεδο mRNA και πρωτεΐνης καθώς και η έκφραση του κολλαγόνου τύπου IV και της ελαστίνης προκειμένου να διευκρινιστούν οι αλλαγές που υφίσταται το μικροπεριβάλλον των ενδοθηλιακών κυττάρων υπό την επίδραση υψηλών και χαμηλών συγκεντρώσεων ουραιμικών τοξινών. Στα τελευταία in vitro πειράματα μελετήθηκε η έκφραση VCAM-1 και ICAM-1, μόρια τα οποία έχει αποδειχθεί ότι εμπλέκονται στη φλεγμονή και στη δυσλειτουργία του ενδοθηλίου. Διαπιστώθηκε πως ο ορός προ της θεραπείας με αιμοκάθαρση είναι τοξικός γιατί καταστέλλει τον πολλαπλασιασμό των φυσιολογικών ενδοθηλιακών κυττάρων, ενώ το ίδιο δε συμβαίνει κατά την επώαση των κυττάρων με ορό ατόμων με φυσιολογική νεφρική λειτουργία. Επιπλέον, μελετήθηκαν συγκριτικά οι προαναφερθείσες λειτουργίες των κυττάρων μετά την επίδραση ορού πριν και μετά από συνέδρια αιμοκάθαρσης και διαπιστώθηκε πως μετά την απομάκρυνση τοξικών ουσιών με 4ωρη συνεδρία αιμοκάθαρσης, βελτιώθηκε η λειτουργία των κυττάρων αποκαθιστώντας σε σημαντικό βαθμό το ρυθμό πολλαπλασιασμού, την ικανότητα μετανάστευσης και επούλωσης τραύματος, ενώ το ποσοστό απόπτωσης μειώθηκε μετά την αιμοκάθαρση. Όσον αφορά την εξωκυττάρια ουσία και το σύστημα μεταλλοπρωτεϊνασών, καθώς και την παραγωγή ελαστίνης και κολλαγόνου τύπου IV, διαπιστώθηκε πως ο ορός πριν την αιμοκάθαρση επάγει την παραγωγή ΜΜ-2 και ΜΜΡ-9 σε σχέση με τον ορό μετά την αιμοκάθαρση, ενώ το αντίθετο συμβαίνει με τους αναστολείς τους ΤΙΜΡ-1 και ΤΙΜΡ-2. Αύξηση της παράγωγης ελαστίνης και κολλαγόνου παρατηρήθηκε με την επίδραση ορού μετά την αιμοκάθαρση. Η αυξημένη δραστικότητα των MMPs με την ταυτόχρονη μείωση της έκφρασης των βασικών συστατικών της εξωκυττάριας ύλης (κολλαγόνου τύπου IV, ελαστίνης) οδηγεί στην καταστροφή του εξωκυττάριου στρώματος πάνω στο οποίο τα ενδοθηλιακά κύτταρα εγκαθίστανται ώστε να διατηρούν την ομοιόστασή τους. Συμπερασματικά, επομένως, μπορούμε να πούμε πως ο ουραιμικός ορός στο σύνολό του επηρεάζει βασικές βιολογικές δράσεις των κυττάρων, ενώ ξεκάθαρα φαίνεται η ευνοϊκή επίδραση της αιμοκάθαρσης.