Modellering van nierfibrose bij zebravissen met behulp van aristolochinezuur I

Chronische nierziekte (CKD) is een wereldwijd gezondheidsprobleem dat wordt gekenmerkt door een langzaam en progressief verlies van de nierfunctie. Het eindpunt van vrijwel alle progressieve nieraandoeningen is fibrose, histologisch gekenmerkt door een overmatige accumulatie en afzetting van extracellulaire matrix (ECM) die de normale histo-architectuur van het orgaan verstoort.

Het aantal patiënten met nierfibrose is tussen 1990 en 2016 verdubbeld, wat de noodzaak verklaart om modellen te genereren en te valideren voor een beter begrip van de ziekte en om potentiële nieuwe therapieën te vinden.

Hoewel ze een hoge doorvoercapaciteit bieden, worden in vitro modellen weinig gebruikt omdat ze de complexe interactie tussen verschillende celtypen niet kunnen recapituleren. Knaagdieren zijn daarentegen wel op grote schaal gebruikt om de ziekte te modelleren en om de pathogenese en onderliggende mechanismen van nierfibrose op te helderen. Geen van deze in vivo modellen is echter geschikt voor het screenen van bibliotheken met een groot aantal verbindingen vanwege hun hoge kosten en arbeidsintensieve procedures. Daarom zou het zeer nuttig zijn om een diermodel te kunnen ontwikkelen dat kostenefficiënt is en de kenmerken van menselijke nierfibrose goed weerspiegelt.

Zebravissen (Danio rerio) zijn kleine gewervelde dieren met een fysiologie die sterk gelijkt op die van de mens en met een hoge mate van conservering van het menselijk genoom, ook met betrekking tot farmaceutische doelwitten. Door deze kenmerken te combineren met experimenteel gemak en snelheid, zijn ze het afgelopen decennium gebruikt als een kostenefficiënt en geldig alternatief voor ziektemodellering en grootschalige drugsscreening. Recente studies tonen ook aan dat de zebravis een geschikt en kosteneffectief model is om fibrose te bestuderen.

Aristolochinezuur (AA)-geïnduceerde nefropathie bij mensen wordt gekenmerkt door progressieve renale interstitiële fibrose en urotheliale maligniteit en is waargenomen na ongewilde orale inname van Aristolochia-soorten. Interessant is dat vergelijkbare resultaten als bij patiënten werden waargenomen bij ratten na chronische AA-behandeling. Bijvoorbeeld, ratten die dagelijks subcutaan geïnjecteerd werden met 10 mg/kg AA, vertoonden tubulaire necrose geassocieerd met lymfatische infiltraten en tubulaire atrofie omgeven door interstitiële fibrose op respectievelijk dag 10 en dag 35. Bovendien ontwikkelden mannelijke C57Bl/6J muizen onderworpen aan een dagelijkse i.p. toediening van AA (3.5 mg/kg) al vanaf 5 dagen duidelijke nierfibrose.

In deze studie onderzochten we de mogelijkheid eenzebravismodel voor nierfibrose te genereren met behulp van aristolochinezuur I (AAІ). De resultaten tonen dat larvale zebravissen die 8 dagen vanaf 15 dpf waren blootgesteld aan 0.5 µM AAI duidelijke tekenen van AKI (acuut nierletsel) vertoonden. De schade resulteerde in het relatieve verlies van de functionele glomerulaire filtratiebarrière. Anderzijds hebben we geen afzetting van collageen waargenomen, noch konden we α-SMA, een kenmerk van myofibroblasten, immunodetecteren in de tubuli. Bovendien werd geen toename van genexpressie van fibrogenese-biomarkers gevonden na extractie van RNA van hele dieren. Aangezien zebravissen een sterk vermogen hebben tot weefselregeneratie die mogelijk fibrogene processen belemmert, gebruikten we ook een tert−/− zebravislijn die telomerasedeficiëntie en verminderde weefselhomeostase vertoonde. Met AAI behandelde tert−/− larven vertoonden een verhoogde gevoeligheid voor 0.5 µM AAI. Belangrijk is dat na AAI-behandeling een milde collageenafzetting in de tubuli kon worden gevonden. Het resultaat toont aan dat aanhoudende AKI veroorzaakt door nefrotoxische verbindingen in combinatie met defecte tert−/− stamcellen een fibrotische respons kan veroorzaken. Anderzijds is het echter zo dat het beperkte tijdsinterval en de totale geïnduceerde toxiciteit de mogelijkheid om AAI als een chemische stof in te zetten voor het opzetten van een nierfibrose-zebravismodel drastisch beperken.

Niettegenstaande de huidige uitkomst, is het het vinden van de juiste voorwaarden om nierfibrose in zebravis te modelleren wellicht een kwestie van tijd. In dat opzicht hebben we enkele alternatieve benaderingen voorgesteld, zoals het gebruik van andere fibrogene verbindingen, en de overexpressie van TGF-b1a door een door mifepristone induceerbaar LexPR-systeem. Mogelijk kan ook het gebruik van een genetische ablatiebenadering die nitroreductase in de nefron tot expressie brengt, in combinatie met chemische nierstress, een interessante benadering zijn.