Date of Award

6-2024

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Medical Sciences (Biochemistry and Molecular Biology)

Department

Biochemistry & Molecular Biology

First Advisor

Fayez T. Hammad

Abstract

Renal Ischemia-Reperfusion Injury (IRI) is an inevitable consequence of some surgical procedures and clinical conditions such as renal transplantation and aortic cross-clamping. The pathophysiology of renal IRI includes oxidative stress, an aggravated inflammatory response, apoptotic cell death, and fibrogenesis. These pathophysiological processes underlying renal IRI lead to the development of Acute Kidney Injury (AKI). Therefore, there is a need for effective and affordable therapeutic agents, such as phytochemical compounds to mitigate this injury. Nuciferine (NF), is a phytochemical compound extracted from the plant Nelumbo nucifera Gaertn and has been selected for its antioxidant and anti-inflammatory properties as demonstrated in the literature. Therefore, this study aimed to investigate the effects of NF on renal IRI-induced renal dysfunction. Rats were divided into three groups: G-Sham (n=12), G-IRI (n=12), and GIRI/NF (n=12). The G-IRI and G-IRI/NF groups underwent warm renal ischemia through bilateral ligation of the right and left renal arteries for 35 min, with one receiving vehicle and the other receiving 30 mg/kg NF treatment, respectively. G-Sham underwent sham surgery and received only vehicle. Major renal functional parameters, including serum creatinine, Blood Urea Nitrogen (BUN), creatinine clearance, and Albumin Creatinine Ratio (ACR) were measured to evaluate kidney function. Quantitative Real-Time Polymerase Chain Reaction (qRT-PCR) and western blot analysis of key oxidative stress, inflammation, cell death and survival, and fibrotic markers, and histological analysis were performed. Our results demonstrated that NF did not affect basal kidney function compared with the pre-IRI samples. NF significantly attenuated the alterations in serum creatinine (0.38±0.03 vs. 0.68±0.13), creatinine clearance (1.32±0.10 vs. 0.85±0.12), ACR (139.86±13.62 vs. 208.81±25.47) when comparing G-IRI/NF to G-IRI groups (p<0.05 for all). NF also significantly attenuated alterations in markers of renal injury, pro-inflammatory cytokines, pro-fibrotic and apoptotic factors, and histological changes. For instance, the gene expression of Neutrophil Gelatinase-Associated Lipocalin (NGAL) and Kidney Injury Molecule-1 (KIM-1) in the G-IRI/NF and G-IRI were (13.86±1.51 vs. 17.91±0.63) and (296.16±73.59 vs. 590.03±36.79), respectively (p<0.05 for both). Moreover, western blot analysis revealed that NF significantly reduced the expression and activation of NF- kB transcription factor and cleaved caspase-3, both of which were increased following renal IRI. Additionally, NF significantly reversed the IRI-induced reduction in the autophagic marker LC3II/LC3I ratio. Therefore, NF has demonstrated antiinflammatory, anti-apoptotic, and anti-fibrotic properties in renal IRI, which is reflected in the partial recovery of major renal functional parameters and histological features. This study presents, for the first time, the therapeutic potential of NF in renal IRI and this might have clinical implications.

Arabic Abstract

دراسة الإمكانات العلاجية للنوسيفيرين عند الإصابة بنقص التروية الكلوي/إعادة ضخ الدم

تعد إصابة نقص تروية الكلى وإعادة ضخه (IRI) نتيجة حتمية لبعض العمليات الجراحية والمضاعفات السريرية مثل زرع الكلى ولقط عبر الأبهر. تشمل الفيزيولوجيا المرضية للـ IRI الكلوي الإجهاد التأكسدي والاستجابة الالتهابية المتفاقمة، وموت الخلايا المبرمجة، والتليف الليفي تؤدي هذه العمليات الفيزيولوجية المرضية الكامنة وراء IRI الكلوي إلى تطور إصابة الكلى الحادة الشائعة سريريًا (AKI). لذلك، هناك حاجة ملحة لعلاج فعال وبأسعار معقولة ومتاح على نطاق واسع، مثل المركبات الكيميائية النباتية. النيوسيفرين (NF)، هو مركب كيميائي نباتي مستخرج من نبات Nelumbo mucifera Gaertm، وقد تم اختياره لخصائصه المضادة للأكسدة والمضادة للالتهابات كما هو موضح في الأدبيات. لذلك، تهدف هذه الدراسة إلى دراسة التأثيرات المحسنة للـ NF على الخلل الكلوي الناجم عن IRI. تم تقسيم الفئران إلى ثلاث مجموعات: G-Sham ( العدد=12)، G-IRI (العدد=12)، و G-IRI/NF (العدد=12). خضعت مجموعتا G-IRI و G-IRI/NF لنقص التروية من خلال الربط الثنائي الشرايين الكلوي اليمنى واليسرى لمدة 35 دقيقة، حيث تلقت إحداهما سواغ والأخرى 30 ملغم / كغم من علاج NF، على التوالي بعد 35 دقيقة، تم فك الربط لضخه. خضعت G-Sham لعملية جراحية صورية ولم تتلقه سوى السواغ . تم تقييم معلمات وظائف الكلى الرئيسية لتقييم وظائف الكلى، بما في ذلك كرياتينين المصل، ونيتروجين اليوريا في الدم (BUN)، وتصفية الكرياتينين، ونسبة الألبومين إلى الكرياتينين (ACR). تم إجراء وتفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي في الوقت الحقيقي (qRT-PCR) ، وتحليل اللطخة الغربية للإجهاد التأكسدي الرئيسي والالتهاب، وموت الخلايا وبقائها، والعلامات الليفية و كذلك تم تحليل النسيجي. أظهرت نتائجنا أن NF لم يؤثر على وظائف الكلى القاعدية مقارنة بعينات ما قبل IRI أدى NF إلى عكس التغيرات في كرياتينين المصل ( 0.38 ± 0.03 مقابل 0.68 ± 0.13)، وتصفية الكرياتينين (1.32 ± 0.10 مقابل 0.85 ±0.12)، ACR ± 139.86 (13.62 مقابل 25.47±208.81(، ونسبة الكرياتينين في الألبومين البولي (139.86 ± 13.62 مقابل 208.81 ± 25.47)، عند مقارنة G-IRI/NR ب G-IRI للجميع بشكل ملحوظ (0.05>p). كما خفف NF بشكل كبير من التغيرات في علامات إصابة الكلى، والسيتوكينات المؤيدة للالتهابات، والعوامل المؤيدة للتليف وموت الخلايا المبرمج، والتغيرات النسيجية. على سبيل المثال، كان التعبير الجيني للليبوكالين المرتبط بالجيلاتيناز العدلة (NGAL) وجزيء إصابة الكلى (1-KIM) في G-IRI/NF مقابل G-IRI (1.51±13.86 مقابل 17.91±0.63) و (296.16±73.59 مقابل 590.03±36.79)، على التوالي يكشف تحليل اللطخة الغربية أن NF قلل بشكل كبير من التعبير وتنشيط عامل النسخ NF-kB والكاسبيز المشقوق 3، حيث تمت زيادة كلاهما بعد IRI الكلوي. بالإضافة إلى ذالك، عكس NF بشكل كبير الانخفاض الناتج عن IRI في نسبة المؤشر البلعمي LC3II/LC3I. لذلك، أظهر NF خصائص مضادة للالتهابات ومضادة لموت الخلايا المبرمج ومضادة للتليف في عكس عوامل IRI الكلوي، وهو ما ينعكس في استعادة المعلمات الوظيفية الكلوية الرئيسية و السمات النسيجية. تعرض هذه الدراسة، لأول مرة، الإمكانات العلاجية للNF ضد IRI الكلوي، و التي لها آثار سريرية.

Download
COinS