Antioxidant and Anti-Inflammatory Strategies Based on the Potentiation of Glutathione Peroxidase Activity Prevent Endothelial Dysfunction in Chronic Kidney Disease

BACKGROUND/AIMS: Accelerated atherosclerosis in chronic kidney disease (CKD) is preceded by endothelial dysfunction (ED), which exhibits a proinflammatory and prothrombotic phenotype and enhanced oxidative stress. In this study, the effect of several compounds with anti-inflammatory and/or antioxidant properties on uremia-induced endothelial dysfunction has been evaluated in an in vitro model. METHODS: Endothelial cells (ECs) were exposed to sera from uremic patients in the absence and presence of the flavonoids apigenin, genistein and quercetin, the antioxidant enzyme mimetics (AEM) ebselen (glutathione peroxidase mimetic), EUK-134 and EUK-118 (both superoxide dismutase mimetics), and the pharmacological drug N-acetylcysteine (NAC). We explored changes in the expression of adhesion receptors on the cell surface, by immunofluorescence, the production of radical oxygen species (ROS), by fluorescence detection, and the activation of signaling proteins related to inflammation, by both a phosphospecific antibody cell-based ELISA and immunoblotting techniques. RESULTS: Uremic media induced a significantly increased expression of ICAM-1, overproduction of radical oxygen species (ROS) and activation of p38 mitogen activated protein kinase (p38MAPK) and Nuclear Factor kB (NFkB) in ECs. Quercetin, the AEM and NAC showed a significant inhibitory effect on both ICAM-1 expression and ROS generation (p<0.05). All the compounds reduced p38MAPK activation, but only the AEM, especially ebselen, and NAC, both potentiating the glutathione peroxidase pathway, also inhibited NFkB activation. These two compounds were capable of increasing endothelial glutathione levels, especially in response to uremia. CONCLUSION: Our results indicate that the potentiation of the antioxidant pathways can be an effective strategy to improve endothelial dysfunction in uremia and a potential target to reduce the cardiovascular risk in this population

NFkB in the development of endothelial activation and damage in uremia: an in vitro approach

Impaired hemostasis coexists with accelerated atherosclerosis in patients with chronic kidney disease (CKD). The elevated frequency of atherothrombotic events has been associated with endothelial dysfunction. The relative contribution of the uremic state and the impact of the renal replacement therapies have been often disregarded. Plasma markers of endothelial activation and damage were evaluated in three groups of patients with CKD: under conservative treatment (predialysis), on hemodialysis, and on peritoneal dialysis. Activation of p38 MAPK and the transcription factor NFκB was assessed in endothelial cell (EC) cultures exposed to pooled sera from each group of patients. Most of the markers evaluated (VCAM-1, ICAM-1, VWF, circulating endothelial cells) were significantly higher in CDK patients than in controls, being significantly more increased in the group of peritoneal dialysis patients. These results correlated with the activation of both p38 MAPK and NFκB in EC cells exposed to the same sera samples, and also to the peritoneal dialysis fluids. Hemodialysis did not further contribute to the endothelial damage induced by the uremic state observed in predialysis patients, probably due to the improved biocompatibility of the hemodialysis technique in recent years, resulting in lower cellular activation. However, peritoneal dialysis seemed to exert a significant proinflammatory effect on the endothelium that could be related to the high glucose concentrations and glucose degradation products present in the dialysis fluid. Although peritoneal dialysis has been traditionally considered a more physiological technique, our results raise some doubts with respect to inflammation and EC damage

Endothelial damage, inflammation and immunity in chronic kidney disease

Chronic kidney disease (CKD) patients have an accelerated atherosclerosis, increased risk of thrombotic-ischemic complications, and excessive mortality rates when compared with the general population. There is also evidence of an endothelial damage in which the proinflammatory state, the enhanced oxidative stress, or the accumulation of toxins due to their reduced renal clearance in uremia play a role. Further, there is evidence that uremic endothelial cells are both involved in and victims of the activation of the innate immunity. Uremic endothelial cells produce danger associated molecular patterns (DAMPS), which by binding to specific pattern recognition receptors expressed in multiple cells, including endothelial cells, induce the expression of adhesion molecules, the production of proinflammatory cytokines and an enhanced production of reactive oxygen species in endothelial cells, which constitute a link between immunity and inflammation. The connection between endothelial damage, inflammation and defective immunity in uremia will be reviewed here

Antioxidant and Anti-Inflammatory Strategies Based on the Potentiation of Glutathione Peroxidase Activity Prevent Endothelial Dysfunction in Chronic Kidney Disease

Background/Aims: Accelerated atherosclerosis in chronic kidney disease (CKD) is preceded by endothelial dysfunction (ED), which exhibits a proinflammatory and prothrombotic phenotype and enhanced oxidative stress. In this study, the effect of several compounds with anti-inflammatory and/or antioxidant properties on uremia-induced endothelial dysfunction has been evaluated in an in vitro model. Methods: Endothelial cells (ECs) were exposed to sera from uremic patients in the absence and presence of the flavonoids apigenin, genistein and quercetin, the antioxidant enzyme mimetics (AEM) ebselen (glutathione peroxidase mimetic), EUK-134 and EUK-118 (both superoxide dismutase mimetics), and the pharmacological drug N-acetylcysteine (NAC). We explored changes in the expression of adhesion receptors on the cell surface, by immunofluorescence, the production of radical oxygen species (ROS), by fluorescence detection, and the activation of signaling proteins related to inflammation, by both a phosphospecific antibody cell-based ELISA and immunoblotting techniques. Results: Uremic media induced a significantly increased expression of ICAM-1, overproduction of radical oxygen species (ROS) and activation of p38 mitogen activated protein kinase (p38MAPK) and Nuclear Factor kB (NFkB) in ECs. Quercetin, the AEM and NAC showed a significant inhibitory effect on both ICAM-1 expression and ROS generation (p&#x3c;0.05). All the compounds reduced p38MAPK activation, but only the AEM, especially ebselen, and NAC, both potentiating the glutathione peroxidase pathway, also inhibited NFkB activation. These two compounds were capable of increasing endothelial glutathione levels, especially in response to uremia. Conclusion: Our results indicate that the potentiation of the antioxidant pathways can be an effective strategy to improve endothelial dysfunction in uremia and a potential target to reduce the cardiovascular risk in this population

Repercusión de la actualización del software del monitor 5008 en el volumen convectivo total

Introducción: La hemodiafiltración on-line (HDF-OL) se basa en la administración controlada de grandes volúmenes de sustitución de líquido de diálisis ultrapuro al circuito sanguíneo extracorpóreo de diálisis. Actualmente es la técnica más efectiva para la eliminación de toxinas urémicas de pequeño y gran tamaño. Recientes estudios han observado una asociación en el descenso de la mortalidad en relación directa con el volumen convectivo recibido. La última actualización del software del monitor Fresenius 5008 (5008 CorDiax) permite la automatización del volumen de sustitución sin precisar la introducción de los valores de proteínas totales y hematocrito, con el objetivo optimizar al máximo la convección. Objetivo: El objetivo del estudio fue valorar la reciente versión del software del monitor 5008 comparada con la versión anterior sobre la repercusión en el volumen convectivo total. Material y métodos: Se incluyeron 63 pacientes, 44 varones y 19 mujeres, con una edad media de 65,2 ± 15 años, que se encontraban en programa de HDF-OL. Cada paciente fue analizado en 6 sesiones, 3 con el monitor 5008 y 3 con el monitor 5008 CorDiax. En cada sesión se feterminaron el volumen de sustitución, el volumen convectivo total y los parámetros de diálisis. Resultados: No se observaron diferencias significativas en las presiones arterial, venosa o transmembrana ni aumento en el número de alarmas o coagulación de líneas o dializadores. Se observó un aumento significativo del volumen de sustitución con el uso del software CorDiax al pasar de 27,2 a 31,2 l/sesión. El volumen convectivo total se incrementó de 29,5 a 33,3 l/sesión, representando un aumento del volumen convectivo efectivo del 26 % al 29,6 % de la sangre total depurada. Conclusión: El cambio de software en el monitor de diálisis 5008 ha significado un aumento del volumen convectivo total del 13 %, representando un incremento del 3,5 % de la sangre total depurada

Modulación farmacológica de la disfunción endotelial en la uremia

[spa] La enfermedad cardiovascular (CV) es la principal causa de muerte de los pacientes con enfermedad renal crónica terminal (ERCT). Es especialmente llamativa la diferencia que existe, con respecto la población general, en el grupo de pacientes más jóvenes, siendo ésta de hasta 50 veces superior. A pesar de las mejoras técnicas implementadas en diálisis o de las estrategias farmacológicas disponibles, no se ha conseguido reducir la mortalidad de origen CV en este grupo de pacientes. Esta elevada prevalencia de enfermedad CV (en forma de alteraciones microvasculares o macrovasculares -aterosclerosis o arteriosclerosis-) tiene como nexo común la disfunción endotelial (DE), se encuentra agravada en la enfermedad renal crónica (ERC) y se manifiesta presentando un fenotipo proinflamatorio, prooxidante y protrombótico. Esta Tesis Doctoral (TD) plantea la hipótesis de que es posible mejorar la DE presente en la uremia mediante nuevos enfoques de modulación farmacológica a partir de la identificación de nuevas potenciales dianas terapéuticas. Los objetivos son: explorar los efectos de la modulación de distintos sistemas antioxidantes-antiinflamatorios, y la posibilidad de intervención sobre los cambios epigenéticos asociados a la exposición crónica de las células endoteliales (CE) al medio urémico. La metodología se centra en el estudio de los cambios y capacidad de modulación de la DE. Para ello, se ha utilizado un modelo in vitro de cultivo de CE procedentes de venas de cordón umbilical humano (HUVECs), incubadas con suero de pacientes con ERCT en programa de diálisis (diálisis peritoneal o hemodiálisis) y donantes sanos tras la exposición a los distintos compuestos estudiados. Las técnicas utilizadas en el primer trabajo incluyen: inmunofluorescencia para medir la expresión de ICAM-1, técnicas de fluorescencia para la determinación de la generación de radicales libres de oxígeno (ROS), técnicas de ELISA y Western blot para el estudio de la expresión del factor de transcripción NFкB y de la íva p38MAPK y fl uorimetría para la medición de glutatión (GSH). Las técnicas utilizadas en el segundo trabajo incluyen: análisis proteómico para detectar proteínas expresadas de manera diferencial; Western blot e inmunofluorescencia para la cuantificación de la histona desacetilasa (HDAC) tipo 1 (HDAC1) y tipo 2 (HDAC2), y de la vía PI3-kinasa/AKT; inmunofluorescencia para medir la expresión de ICAM-1, Toll Like Receptor 4 (TLR4), factor von Willebrand (FvW) y técnicas de fluorescencia para la determinación de la generación de (ROS). Los resultados del primer trabajo demuestran que la modulación farmacológica de los sistemas antioxidantes, mediante la potenciación de la vía de la glutatión peroxidasa (GPX) inducen una mayor respuesta antioxidante y antiinflamatoria que las estrategias que potencian la vía de la superóxido dismutasa (SOD) o los distintos flavonoides, que obtienen unos resultados parciales. Los resultados del segundo demuestran que el medio urémico induce cambios en la expresión de proteínas a nivel de las CE. Algunos de estos cambios son revertidos por el fármaco defibrotide (DF), con reconocidas propiedades protectoras del endotelio en otros contextos. De las proteínas sobreexpresadas en las CE expuestas al medio urémico y que son normalizadas por el DF destacamos, por su relevancia biológica, HDAC1 y HDAC2. El DF, regulando la sobreexpresión de HDAC1 y HDAC2, logra una mejoría del fenotipo proinflamatorio, protrombótico y prooxidante, y una disminución de la actividad de la inmunidad innata, de las CE expuestas al medio urémico. Así pues, esta TD permite concluir que es posible mejorar la DE presente en la ERC in vitro mediante un abordaje distinto al disponible hasta la fecha, con estrategias que se centren en contrarrestar el entorno prooxidante, así como algunos de los cambios epigenéticos observados en estas CE, abriendo las expectativas de posibles nuevas dianas terapéuticas.[eng] Cardiovascular disease (CV) is the leading cause of death of patients with terminal chronic kidney disease (ERCT). This high prevalence of CV disease (in the form of microvascular or macrovascular alterations - atherosclerosis or arteriosclerosis) has as a common link endothelial dysfunction (ED), is aggravated in chronic kidney disease (CKD) and manifests itself by presenting a proinflammatory, prooxidant and prothrombotic phenotype. This Doctoral Thesis (TD) hypothesizes that it is possible to improve the ED present in uremia through new pharmacological modulation approaches based on the identification of new potential therapeutic targets. The objectives are: to explore the effects of the modulation of different antioxidant-anti-inflammatory systems, and the possibility of intervention on epigenetic changes associated with chronic exposure of endothelial cells (EC) to the uremic environment. he results of the first work show that the pharmacological modulation of antioxidant systems, through the potentiation of the glutathione peroxidase (GPX) pathway, induces a greater antioxidant and anti-inflammatory response than the strategies that enhance the superoxide dismutase (SOD) pathway or the different flavonoids, which obtain partial results. The results of the second show that the uremic medium induces changes in protein expression at the EC level. Some of these changes are reversed by the drug defibrotide (DF), with recognized endothelial protective properties in other contexts. Of the overexpressed proteins in the EC exposed to the uremic environment and which are normalized by the DF, we highlight, due to their biological relevance, HDAC1 and HDAC2. The DF, regulating the overexpression of HDAC1 and HDAC2, achieves an improvement of the proinflammatory, prothrombotic and prooxidant phenotype, and a decrease in the activity of innate immunity, of the EC exposed to the uremic environment. Thus, this TD allows us to conclude that it is possible to improve the ED present in CKD in vitro through a different approach to that available to date, with strategies that focus on counteracting the prooxidant environment, as well as some of the epigenetic changes observed in these CE, opening the expectations of possible new therapeutic targets

Riesgo cardiovascular en pacientes con insuficiencia renal crónica en tratamiento sustitutivo renal

RESUMEN Los pacientes en diálisis constituyen un grupo de riesgo cardiovascular muy elevado, ya que esta patología representa alrededor del 50% de las causas de muerte en estos pacientes, y la mortalidad cardiovascular es entre 10 y 20 veces superior respecto a la población general tras ajustar por edad, sexo y raza. La patología cardiovascular en estos pacientes no se explica únicamente por la elevada prevalencia de factores de riesgo cardiovascular clásicos (edad, hipertensión, diabetes, hiperlipemia, tabaquismo, etc.). Por ello, se postula que la presencia de factores de riesgo cardiovascular «nuevos» (hiperhomocisteinemia, hiperfibrinogenemia, elevación de lipoproteína (a), el estrés oxidativo, la inflamación, etc.) o relacionados con el estado urémico (anemia, el estado hiperdinámico inducido por el acceso vascular, alteraciones del metabolismo calcio-fósforo, hiperparatiroidismo, acumulación de inhibidores endógenos de la síntesis de óxido nítrico, etc.) podrían explicar esta mayor morbi-mortalidad cardiovascular. El evento inicial en el desarrollo de la aterosclerosis es la disfunción endotelial. Los pacientes urémicos presentan una disfunción endotelial, que es aparente incluso antes de iniciar tratamiento sustitutivo renal, y que persiste o se agrava cuando los pacientes están en diálisis. Por todo ello, estos pacientes deben ser considerados como un grupo de alto riesgo cardiovascular, y el tratamiento de los factores de riesgo cardiovascular debe ser precoz, agresivo y multifactorial para intentar reducir la elevada morbimortalidad cardiovascular que sufren. ABSTRACT Dialysis patients constitute a high-risk subset of patients for developing cardiovascular disease, which accounts for nearly 50% of deaths. After stratification for age, race and gender, cardiovascular mortality is 10-20 times higher in dialysis patients than in the general population. Cardiovascular disease in this population cannot be fully explained by the high prevalence of classical cardiovascular risk factors (age, hypertension, diabetes, hiperlipidemia, smoking, etc.). Thus, the involvement of «new» cardiovascular risk factors (hyperhomocysteinemia, hyperfibrinogenemia, high lipoprotein (a) levels, oxidative stress, inflammation, etc.), and uremia-related factors (anemia, impaired calcium-phosphorus metabolism, hyperparathyroidism, accummulation of endogenous inhibitors of nitric oxide synthesis, etc.) has been also invoked to play a role in the increased cardiovascular risk in these patients. Endothelial dysfunction is the initial event in the development of atherosclerosis. Uremic patients exhibit an endothelial dysfunction, even before starting dialysis, which persists o is even aggravated under dialysis treatment. Uremic patients must be considered at high risk of developing cardiovascular disease. Thus cardiovascular risk factors in these patients should be managed early, aggressive and multifactorially in order to reduce their high cardiovascular morbidity and mortality

Diálisis peritoneal automática adaptada: un método de prescripción eficaz, eficiente y seguro

El objetivo del trabajo es analizar los resultados obtenidos tras la introducción de la modalidad de diálisis peritoneal automática adaptada, usando bicarbonato puro como agente tampón, en un grupo de pacientes en programa de diálisis peritoneal automática convencional. Estudio de diseño cuasi experimental, que se realizó entre los meses de febrero y diciembre de 2013, en la unidad de diálisis peritoneal del Hospital Clínic de Barcelona. Los sujetos de estudio fueron 12 pacientes, 7 mujeres y 5 hombres, de dicha unidad en modalidad de diálisis peritoneal automática convencional. Edad media 58±12 años (rango: 34-71). El estudio consistió en comparar dos modalidades de diálisis peritoneal automática. Se inició el estudio con prescripción de diálisis convencional, durante tres meses, para cambiar a modalidad de diálisis adaptada durante el mismo intervalo de tiempo. Y finalizarlo, con tres meses de pauta de diálisis convencional. Se prescribió el mismo volumen total de líquido de diálisis y tiempo de sesión, para cada paciente en ambas modalidades, variando los volúmenes y tiempos de permanencia en función de la modalidad. Se utilizó solución de diálisis con bicarbonato puro y glucosa 1,5%. Todos los pacientes, con día seco. Se monitorizaron las variables al inicio del estudio, y en cada cambio de prescripción. Los resultados obtenidos en diálisis convencional: Kt/v=2,3±0,2, aclaramiento de creatinina=63±8litros/s mana, y ultrafiltración=842±110ml. En diálisis adaptada, Kt/v=2,8±0,2, aclaramiento de creatinina=74±9litros/semana, y ultrafiltración=982±123ml. La diálisis adaptada permite obtener una adecuada eficacia de tratamiento, mejora los parámetros de adecuación de diálisis y ultrafiltración; siendo segura y cómoda

Up-regulation of HDACs, a harbinger of uremic endothelial dysfunction, is prevented by defibrotide

Endothelial dysfunction is an earlier contributor to the development of atherosclerosis in chronic kidney disease (CKD), in which the role of epigenetic triggers cannot be ruled out. Endothelial protective strategies, such as defibrotide (DF), may be useful in this scenario. We evaluated changes induced by CKD on endothelial cell proteome and explored the effect of DF and the mechanisms involved. Human umbilical cord vein endothelial cells were exposed to sera from healthy donors (n = 20) and patients with end-stage renal disease on haemodialysis (n = 20). Differential protein expression was investigated by using a proteomic approach, Western blot and immunofluorescence. HDAC1 and HDAC2 overexpression was detected. Increased HDAC1 expression occurred at both cytoplasm and nucleus. These effects were dose-dependently inhibited by DF. Both the HDACs inhibitor trichostatin A and DF prevented the up-regulation of the endothelial dysfunction markers induced by the uraemic milieu: intercellular adhesion molecule-1, surface Toll-like receptor-4, von Willebrand Factor and reactive oxygen species. Moreover, DF down-regulated HDACs expression through the PI3/AKT signalling pathway. HDACs appear as key modulators of the CKD-induced endothelial dysfunction as specific blockade by trichostatin A or by DF prevents endothelial dysfunction responses to the CKD insult. Moreover, DF exerts its endothelial protective effect by inhibiting HDAC up-regulation likely through PI3K/AKT