Colchicine attenuates kidney injury via modulating the NLRP3 inflammasome pathway

Abstract

Background: Chronic inflammation contributes to the progression of chronic kidney disease (CKD). Colchicine, a well-known anti-inflammatory drug, has emerged as a therapeutic option in various inflammatory diseases. However, its role in CKD remains unclear. This study aimed to explore the reno-protective effects of colchicine in an experimental CKD model and its potential role in modulating the NOD-like receptor family, pyrin domain containing protein 3 (NLRP3) inflammasome pathway. Method: C57BL/6 mice were fed a 2% adenine-containing diet to induce animal CKD mode. Colchicine (0.3 mg/kg/day) or saline was administered intraperitoneally for 4 weeks via osmotic pump. RNA sequencing of kidney tissue was performed to capture molecular signatures associated with the therapeutic mechanism of colchicine in CKD. In vitro, renal tubular epithelial cells (TECs) were exposed to transforming growth factor-β (TGF-β, 10 ng/mL) and bone marrow-derived macrophages (BMDMs) were exposed to p-cresol sulfate (PCS, 0.5 mM). Colchicine (0.1 μM for RTECs and 1.0 μM for BMDMs) was administered to evaluate its protective effects. Fibrosis markers and NLRP3 inflammasome pathway were examined in kidney tissue, TECs and BMDMs. Results: CKD mice exhibited systemic inflammation, as evidenced by increased circulating levels of inflammatory cytokines. Colchicine treatment significantly reduced these inflammatory markers. In the adenine-fed mice, prominent fibrotic changes and macrophage infiltration were observed in kidney tissues, both of which were significantly attenuated by colchicine treatment. These improvements were accompanied by reduced albuminuria and improved kidney function. RNA sequencing revealed that colchicine modulated key inflammatory pathways, including the nuclear factor-κB, NOD-like receptor signaling pathway, and cytokine–cytokine receptor interaction. Notably, colchicine treatment decreased the expression levels of NLRP3 inflammasome pathway components in CKD mice, TGF-β-treated TECs and PCS-treated BMDMs. Mechanistically, colchicine directly inhibited the interaction between NLRP3 and ASC in TGF-β-treated RTECs and PCS-treated BMDMs, resulting in decreased NLRP inflammasome assembly, as demonstrated by oligomerization cross-linking assay and proximity ligation assay. Conclusion: This study demonstrated that colchicine can attenuate kidney injury and fibrosis in CKD mice by inhibiting the assembly and activation of NLRP3 inflammasome. 배경: 콜히친(Colchicine)은 항염증 효과를 가진 것으로 잘 알려져 있지만, 만성콩팥병에서의 역할은 아직 명확하지 않다. 이 연구에서는 만성콩팥병 동물 모델에서 콜히친의 NLRP3 인플라마좀(NOD-like receptor, pyrin domain containing protein 3 inflammasome) 경로 조절 및 신장 보호 효과에 대해 평가하고자 하였다. 방법: C57BL/6 생쥐에 2% adenine함유 사료를 급여하여 만성콩팥병 동물 모델을 유도하였다. 콜히친(0.3 mg/kg/day) 또는 생리식염수를 복강 내로 4주간 투여하였다. 만성콩팥병에서 콜히친의 치료 기전 분석을 위해 신장 조직에 대한 RNA sequencing을 실시하였다. 체외 실험에서는 transforming growth factor-β (TGF-β, 10 ng/mL)을 처리한 신장 세뇨관 상피 세포와, p-cresol sulfate(PCS, 0.5 mM)을 처리한 골수 유래 대식세포에, 각각 콜히친(신장 세뇨관 상피 세포 0.1 μM, 골수 유래 대식세포 1.0 μM)을 처리하여 보호 효과를 평가하였다. 신장 조직 및 각 세포에서 섬유화 지표와 NLRP3 인플라마좀 경로의 변화를 조사하였다. 결과: 만성콩팥병 생쥐는 염증성 사이토카인의 혈중 농도가 증가하는 전신 염증 상태를 보였으며, 콜히친 치료 시 해당 염증 지표가 유의미하게 감소하였다. 또한 Adenine함유 사료를 급여한 생쥐의 신장 조직에서 관찰된 현저한 섬유화 변화와 대식세포 침윤이, 콜히친 치료 후 유의하게 완화되었다. 이는 알부민뇨 감소 및 신장 기능 개선과 함께 동반되었다. RNA 시퀀싱 분석 결과, 콜히친은 nuclear factor-κB 경로, 사이토카인-수용체 상호작용, NOD-like 수용체 신호 경로 등 염증 신호 경로를 조절하는 것으로 확인되었다. 특히, 콜히친 치료는 만성콩팥병 생쥐, TGF-β 처리 신장 세뇨관 상피 세포 및 PCS 처리 골수 유래 대식세포에서 NLRP3 인플라마좀 경로 구성 요소들의 발현을 유의하게 감소시켰다. Oligomerization cross-linking assay 및 proximity ligation assay결과, 콜히친이TGF-β 처리 신장 세뇨관 상피 세포와 PCS 처리 골수 유래 대식세포에서 NLRP3와 Apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD (ASC) 간의 상호작용을 직접적으로 저해함으로써 NLRP3 인플라마좀 복합체의 형성을 감소시키는 것으로 나타났다. 결론: 콜히친이 NLRP3 인플라마좀의 조립과 활성을 억제함으로써 adenine으로 유도된 만성콩팥병 생쥐 모델에서 신장 손상과 섬유화를 완화할 수 있음을 제시하였다.