The potential therapeutic effect of lipid-lowering drug, ezetimibe, on ischemia-reperfusion injury in a rat model of lung transplantation

Abstract

Ischemia-reperfusion injury (IRI), wherein inflammatory metabolites such as cytokines and reactive oxygen species accumulate, in solid organ transplantation can lead to the deterioration of the transplanted organ, resulting in early and late comorbidities posttransplantation . Thus, reducing IRI is critical for successful transplantation Ezetimibe (Eze) is a well-known lipid-redusing agent that also exerts an antioxidant effect by modulating the cascade of the adenosine 5’-monophosphate-activated protein kinase/nuclear factor erythroid-2-related factor 2, one of the critical pathways in IRI . The objective of this study was to analyze and evaluate the impact of Eze on IRI in a rat model of lung transplantation. Lewis rats were assigned into four groups for the experiment: transplantation only, no treatment (LT); treatment of donors (LT-D); treatment of recipient (LT-R); and treatment of both donor and recipient (LT-DR). The treatment groups received Eze (1 mg/kg) 3 times per week for 14 days. Donor left lungs were stored for 6 hours at 4℃ and transplanted to the recipient. Following 2 hours of reperfusion, the transplanted lung’s gas exchange function was assesed, and specimens were prepared for histological, infalmmatory, and apoptosis studies The treatment groups showed significantly better gas exchange function of the graft (arterial partial pressure of oxygen in recipients’ aorta: 265.1, 321.9, and 412.6 mmHg in LT, LT-D, LT-R, and LT-DR groups, respectively, p = 0.015) and lower grade of lung injury (lung injury score: 17.0, 12.0, 11.0, 10.5 in LT, LT-D, LT-R, and LT-DR groups, respectively, p < 0.001 ). The plasma levels of inflammatory markers such as chemokine (C-X-C motif) ligand 2, interleukin-1 beta, interleukin-6, interferon-gamma, and tumor necrosis factor-alpha were markedly decreased in the treatment groups. Moreover, myeloperoxidase levels in the lung parenchyma and apoptotic cell ratio demonstrated markedly lower levels in the treatment groups. In conclusion, Eze exerts significant protective effects against IRI with a rat model of lung transplantation. Therefore, it has a potential to function as a protective agent against IRI in lung transplantation.

고형 장기 이식에서 허혈-재관류 손상은 cytokines, reactive oxygen species 등의 염증 관련 인자들의 축적을 유발하고, 그 결과 이식편 손상을 야기하는 것이 잘 알려져 있다. 이로 인해 발생한 이식편 손상은 이식 직후, 또한 이식 후 장기적인 불량한 예후의 원인이 된다. 그러므로 고형 장기 이식에서 허혈-재관류 손상을 해결하는 방안에 대한 연구는 여러 장기에서 중요한 화두이다. Ezetimibe는 잘 알려진 항지질제이며, 항지질제로서의 효과 이외에도 AMPK/Nrf2 pathway를 통한 항산화, 항염증 효과가 밝혀져 있다. AMPK/Nrf2 pathway는 허혈-재관류 손상에서 염증 관련 인자들의 축적에 관여하는 주요 기전으로, 본 연구에서는 ezetimibe의 폐이식에서 허혈-재관류 손상을 낮추는 잠재적인 치료제로서의 가능성을 탐구하였다. Cuff-technique를 이용한 루이스 래트 일측 폐이식 모델을 활용하였으며 루이스랫트를 네 그룹; LT group (이식만 시행), LT-D group(기증자에 ezetimibe 투여), LT-R group (수혜자에 ezetimibe 투여), LT-DR (기증자와 수혜자에 ezetimibe 투여)에 각각 여덟 마리씩 배정하여 치료 그룹에 kg 당 1mg의 ezetimibe를 14일 동안 1주일에 3회 투여하였다. 기증 장기 적출 후 기증 동물의 왼쪽폐는 허혈을 유도하기 위해 4℃에서 6시간 동안 보관한 후 수혜 동물에 이식하였다. 2시간의 재관류 후, 이식편의 기체 교환능, 조직학적인 변화, 염증 및 세포 사멸에 대한 인자들을 분석하기 위한 샘플들을 수집하였다. Ezetimibe 를 투여한 그룹에서 이식편의 산소화가 우수한 것을 확인할 수 있었으며 (partial arterial gas pressure of oxygen in recipients’aorta: 176.8 mmHg in LT, 265.1 mmHg in LT-D, 321.9 mmHg in LT-R, and 412.6 in LT-DR, p = 0.015), 폐 손상 점수도 치료 군에서 유의미하게 낮음을 확인할 수 있었다 (p < 0.001). 이식편의 plasma 샘플에서 분석한 CXCL-2, IL-1β, IL-6, IFN-γ, TNF-α 와 같은 염증 관련 인자들이 ezetimibe 투여군에서 유의미하게 낮음을 확인할 수 있었다. 또한, 치료군에서 MPO 농도와 사멸된 세포의 숫자도 더 낮음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 ezetimibe 가 폐이식에서 발생하는 허혈-재관류 손상 항산화 및 항염증 효과가 있음을 래트 폐이식 모델을 통해 확인할 수 있었다. 본 연구 결과를 근거로 ezetimibe의 폐이식에서 허혈-재관류 손상에 대한 치료제로서의 잠재적 유용성을 제시하고자 한다.