Hydrogen sulfide metabolism and its role in kidney function in a rat model of chronic kidney disease

Abstract

Background. Chronic kidney disease (CKD) is an ongoing global problem. It is correlated with a substantial increase in mortality and morbidity. Although, hydrogen sulfide (H2S) plays an important role in the physiological and pathological processes in the kidney, the influence of CKD on the enzymatic synthesis and utilization of H2S in the kidney is unclear. The aim of this study was to evaluate the activity of H2S-producing enzymes (сystathionine gamma-lyase, cystathionine beta-synthase and cysteine aminotransferase) and the content of H2S in rats with CKD, and to establish the relationship between these parameters and markers of the functional state of the kidneys. Material and methods. CKD in rats was induced by 5/6 nephrectomy of the contralateral kidney. H2S regulation was examined in post-nuclear kidney homogenates by measuring H2S levels and cystathionine gamma-lyase, cystathionine beta-synthase, and cysteine aminotransferase activity using spectrophotometric methods. Functional and biochemical measurements were monitored after water load (5% of body mass). Results. CKD in rats was associated with defects in H2S metabolism in rat kidneys. The activity of H2S-producing enzymes decreased by 28.3-34.2% (p<0.05), the rate of utilization of exogenous H2S in the kidneys increased by 34.3% (p<0.05), and the content of H2S was reduced by 35.8% (p<0.05) in comparison with a control group. A progressive loss of kidney function (tubular and glomerular disorders) is closely correlated with the content of H2S in the kidneys. Conclusions. The H2S system in kidneys may be an important metabolic target, which can influence the efficacy of treatments to improve the functional state of kidneys in CKD.

Wprowadzenie. Przewlekła choroba nerek (ang. chronic kidney disease, CKD) jest obecnie problemem na skalę globalną. Fakt ten jest skorelowany ze znacznym wzrostem zachorowalności i śmiertelności. Pomimo, iż siarkowodór (H2S) odgrywa ważną rolę w procesach fizjologicznych i patologicznych zachodzących w nerkach, oddziaływanie przewlekłej choroby nerek na enzymatyczną syntezę i wykorzystanie H2S w nerkach pozostaje niejasne. Celem niniejszego badania jest ocena aktywności enzymów wytwarzających H2S (gamma-liazy cystationinowej, beta-syntazy cystationinowej i aminotransferazy cysteinowej), a także zawartości siarkowodoru u szczurów z przewlekłą chorobą nerek i ustalenie związku tych parametrów z markerami stanu funkcjonalnego nerek. Materiał i metody. Przewlekłą chorobę nerek u szczurów wywołano przez wykonanie niepełnej nefrektomii przeciwległej nerki. Regulacja siarkowodoru została oszacowana w homogenacie pojądrowym nerki przez pomiar poziomu H2S, gamma-liazy cystationinowej, beta-syntazy cystationinowej oraz aminotransferazy cysteinowej za pomocą metod spektrofotometrycznych. Pomiary funkcjonalne i biochemiczne monitorowano po obciążeniu wodą (5% masy ciała). Wyniki. Przewlekła choroba nerek u szczurów wiąże się z zaburzeniami metabolizmu siarkowodoru w ich nerkach. Aktywność enzymów wytwarzających H2S zmniejszyła się o 28,3-34,2% (p<0,05), szybkość wykorzystania egzogenicznego H2S w nerkach wzrosła o 34,3% (p<0,05), a zawartość H2S została zmniejszona o 35,8% (p<0,05) w porównaniu z grupą kontrolną. Postępująca utrata czynności nerek (zaburzenia kanalikowe i kłębuszkowe) jest ściśle skorelowana z zawartością H2S w nerkach szczurów. Wnioski. Układ siarkowodoru w nerkach może stanowić ważny cel metaboliczny, który może wpływać na skuteczną terapię poprawiającą czynności nerek przy przewlekłej chorobie tego narządu.