Morphological Effects of Cigarette Smoking on Respiratory System and Related Functions Based on AQPs Expression

SUMMARY: A great deal of attention of air pollution on respiratory health is increasing, particularly in relation to haze days. It is that exposure to cigarette smoke augments the toxicity of common air contaminants, thereby increasing the complexity of respiratory diseases. Although there are various mechanisms involved to respiratory diseases caused or worsen by cigarette smoking, in which the role of AQPs in the lung with regard to fluid homeostasis still remains elusive. In this paper, we copied the rat models based on smoke generator, and investigated the morphological changes of mucosa and related functions depending on the balance of lining liquid of alveoli via AQPs expression. Compared with normal group, weak labelling of AQP1 and AQP5 protein abundance were clearly detected in the corresponding part of smoke exposure groups compared with normal group. Hence, it is suggested that the contribution of AQPs in the lung is diminished, thereby causing perturbed balancing between resorptive and secretory fluid homeostasis under cigarette smoking.

Cada vez se presta más atención a la contaminación del aire en la salud respiratoria, particularmente, en relación con los días de neblina. En consecuencia la exposición al humo del cigarrillo aumenta la toxicidad de los contaminantes comunes del aire, lo que además aumenta la complejidad de las enfermedades respiratorias. Aunque existen varios mecanismos involucrados en las enfermedades respiratorias causadas o empeoradas por el tabaquismo, en las que el papel de las AQP en el pulmón respecto a la homeostasis de líquidos sigue siendo difícil de alcanzar. En este artículo, copiamos los modelos de rata basados en el generador de humo e investigamos los cambios morfológicos de la mucosa y las funciones relacionadas según el equilibrio del líquido de revestimiento de los alvéolos a través de la expresión de AQP. En comparación con el grupo normal, se detectó claramente un etiquetado débil de la abundancia de proteínas AQP1 y AQP5 en la parte correspondiente de los grupos de exposición al humo en comparación con el grupo control. Por lo tanto, se sugiere que la contribución de las AQP en el pulmón está disminuida, provocando así un equilibrio perturbado entre la homeostasis del líquido secretor y de reabsorción bajo el hábito de fumar cigarrillos.

Acuaporinas, implicaciones en modelos patológicos, de tratamiento y rol clínico / Aquaporins, implications at pathologic models, of treatment and clinical role

Las acuaporinas son un grupo de proteínas integrales de membrana cuya estructura y función parten de la simple concepción del transporte de fluidos transmembrana, sin embargo la complejidad de su utilidad recién comienza a comprenderse. Se han implicado en múltiples modelos patogénicos de varias índoles. Desde su papel en el muy estudiado transporte y generación de orina de concentración normal, su rol en la patogenia de la diabetes insípida y la respuesta hormonal a la vasopresina, como su papel en la tumorigenesis de múltiples neoplasias y en la patogenia y posible utilidad en la terapéutica de lesiones del sistema nervioso central (SNC) así como el entendimiento de las mismas para el desarrollo de nuevas técnicas terapéuticas.

Aquaporins are a group of membrane integral proteins which structure and function start's from the simple concept of the transmembrane fluid movement, however the complexion of its utility it's beginning to rise in comprehension. It has been implicated in multiple pathogenic models from al sorts. From it's role in the widely studied transport and urine of normal concentration generation, its role on insipid diabetes pathogenesis and the hormonal response to vasopressin. Roles in the tumorigenesis of many cancers, and its role as a prognostic factor expression in cutaneous neoplasms. Also it's role in the pathogenesis and potential utility in the therapy of the central nervous system CNS lesions, as well as it is for the understanding of the development of new therapeutic techniques.

Influencia de las acuaporinas en la génesis de múltiples enfermedades / Aquaporins Influence in the Genesis of Multiple Diseases

Las acuaporinas son una familia de proteínas que forman los canales de agua de la membrana. Están involucradas en una gran variedad de funciones fisiológicas y enfermedades humanas como el glaucoma, cáncer, epilepsia, obesidad entre otras. El descubrimiento de las acuaporinas cambia el panorama con respecto a la comprensión del transporte de agua en las membranas biológicas y a la naturaleza de las proteínas transportadoras en general, porque su estudio demuestra que existen canales en las membranas no sólo permeables a iones y que los movimientos de agua a través de las membranas son regulados por la célula en forma muy diferente a como se pensaba hace una década, esto implica comprender mejor los mecanismos fisiopatológicos que lleven al desarrollo de nuevas medidas terapéuticas y más eficaces para el tratamiento de las enfermedades.

Aquaporins are a family of membrane water channels. They are involved in a great variety of physiological functions and human diseases including, glaucoma, cancer, epilepsy, obesity among others. The discovery of the aquaporins have changed the view regarding the understanding of the transportation of water in the biological membranes and to the nature of the transporting proteins in general, because its study has showed that there are canals not only in permeable membranes to ions and the fact that the movements of water through the membranes are regulated by the cell in very different way, comparing to the considerations that existed a decade ago, this allows the understanding of physiopathologic mechanisms that lead to the development of therapeutic new measures better and more effective for the diseases treatment.

Modulación de la abundancia de acuaporinas 2 en el riñón de la rata: efecto del óxido nítrico durante el estado hipovolémico / Aquaporin-2 Abundance Modulation in the Kidney of the Rat: The Effect of Nitric Oxide During the Hypovolemic State

Hemos demostrado que el shock hemorrágico induce un incremento en la actividad de la enzima óxido nítrico sintetasa, isoforma específica y dependiente del tiempo. Dicha activación estaría involucrada en la modulación de la función cardiovascular. Parecería que la inhibición del sistema del óxido nítrico previene el aumento de la frecuencia cardíaca que se observa en las fases tardías del estado hipovolémico inducido por una pérdida aguda de sangre. En este estudio planteamos la hipótesis de que la inhibición del sistema del óxido nítrico altera la expresión y/o la localización de las acuaporinas 2 en los túbulos colectores renales de ratas sometidas a una hemorragia. Se utilizaron ratas Sprague-Dawley macho, divididas en cuatro grupos (n =15 por grupo): a) normotensas (grupo N), b) hipovolémicas (hemorragia 20% volemia) (grupo H), c) normotensas y tratadas con N G-nitro-L-arginina metil éster (grupo L-NAME N) y d) hipovolémicas y tratadas con el inhibidor (grupo LNAME H). La distribución y la expresión de las acuaporinas 2 se determinaron mediante análisis inmunohistoquímico y Western blot a los 120 minutos del sangrado. La hemorragia indujo un incremento en la expresión de las acuaporinas 2 a los 120 minutos del sangrado. La inmunolocalización mostró que las acuaporinas 2 se ubicaron en el citoplasma de las células principales de los túbulos colectores renales de las ratas sometidas a hemorragia. La inhibición del óxido nítrico aumentó los niveles de acuaporinas 2, principalmente en la membrana apical. Se demuestra así que el sistema del óxido nítrico estaría asociado con una disminución progresiva de la expresión de las acuaporinas 2 que contribuye a la alteración de la capacidad de concentración de la orina en respuesta al shock hemorrágico.

We have previously demonstrated that hemorrhagic shock induces a time-dependent increase in the activity of nitric oxide synthase specific isoform. Such activation might be involved in modulation of cardiovascular function. It seems that the inhibition of the nitric oxide system prevents hemorrhage- induced heart rate changes seen in late stages of hypovolemic shock. The objective of this study was to assess if the inhibition of the nitric oxide system alters aquaporin-2 expression and/or location in the collecting-duct systems in kidneys of bleeding rats. Male Sprague-Dawley rats were used, divided in four groups (n = 15 for each group): a) normotensive rats (group N), b) hypovolemic rats (animals subjected to a 20% loss of the total volemia) (group H), c) normotensive rats pretreated with the nitric oxide synthase inhibitor N G-nitro-L-arginine- methyl ester (group L-NAME N), and d) hypovolemic rats pretreated with the inhibitor (group L-NAME H). The distribution and the expression of aquaporin-2 were assessed 120 minutes after bleeding by immunohystochemical and Western blot analysis. An increase in aquaporin-2 expression was seen 120 after blood loss. Immunolocation showed aquaporin-2 inside the cytoplasm of collecting-duct main cells in kidneys of bleeding rats. Nitric oxide inhibition increased aquaporin-2 levels, especially in the apical membrane. Thus, the nitric oxide system might be associated with a progressive decrease in the expression of aquaporin-2 which may alter urine concentration as a response to hemorrhagic shock.