Growth differentiation factor 15 is associated with diabetic kidney disease severity and attenuates ferroptosis-related injury and inflammation in renal tubular epithelial cells
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि जबकि बढ़ा हुआ परिसंचारी ग्रोथ डिफरेंशिएशन फैक्टर 15 (GDF15) डायबिटिक किडनी रोग की गंभीरता से जुड़ा हुआ है, यह ग्लूकोलिपोटॉक्सिसिटी-प्रेरित फेरोप्टोसिस और सूजन को कम करके वृक्क नलिका उपकला कोशिकाओं (रीनल ट्यूबलर एपिथेलियल सेल्स) में एक सुरक्षात्मक भूमिका निभाता है।
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मधुमेह एक ऐसी स्थिति है जिसमें शरीर चीनी (शुगर) को प्रबंधित करने के लिए संघर्ष करता है, और समय के साथ, यह अतिरिक्त चीनी गुर्दे (किडनी) के भीतर नाजुक फिल्टरों को नुकसान पहुंचा सकती है। जबकि डॉक्टर अक्सर किडनी की छनन इकाइयों (फिल्टरिंग यूनिट्स) पर ध्यान केंद्रित करते हैं, मूत्र को दूर ले जाने वाली छोटी नलिकाएं भी निरंतर हमले के घेरे में रहती हैं। जब ये नलिकाएं उच्च चीनी और उच्च वसा के स्तरों के संपर्क में आती हैं, तो वे एक विशिष्ट प्रकार की कोशिकीय क्षति का सामना कर सकती हैं जहाँ कोशिका के भीतर मौजूद लोहा (आयरन) कोशिका के अपने वसा को जंग लगाने और सड़ाने का कारण बनता है, जिससे कोशिका मृत्यु हो जाती है। यह प्रक्रिया, जिसे फेरोप्टोसिस (ferroptosis) कहा जाता है, एक धीमी, आंतरिक क्षरण (corrosion) की तरह है जो किडनी की कार्य करने की क्षमता को कमजोर करती है। इसी समय, शरीर की प्रतिरक्षा प्रणाली अक्सर प्रतिक्रिया स्वरूप सक्रिय हो जाती है, जिससे सूजन (inflammation) पैदा होती है जो नुकसान को और बदतर बना देती है। वैज्ञानिक लंबे समय से रक्त में ऐसे संकेतों की तलाश कर रहे थे जो उन्हें बता सकें कि यह क्षति कितनी गंभीर है, और ऐसा ही एक संकेत, एक प्रोटीन जिसे ग्रोथ डिफरेंशिएशन फैक्टर 15 (GDF15) कहा जाता है, किडनी की समस्या वाले लोगों में बढ़ता हुआ देखा गया है। हालांकि, यह एक रहस्य बना रहा कि क्या यह बढ़ता हुआ संकेत केवल नुकसान के लिए एक चेतावनी सायरन था या प्रोटीन स्वयं कोशिकाओं को जीवित रहने में मदद करने की कोशिश कर रहा था।
शोधकर्ताओं की एक टीम इस पहेली को सुलझाने के लिए मानव रोगियों और प्रयोगशाला में विकसित किडनी कोशिकाओं दोनों को देखने के उद्देश्य से निकली। उन्होंने तीन समूहों के लोगों से रक्त के नमूने एकत्र किए: स्वस्थ व्यक्ति, टाइप 2 मधुमेह वाले लोग जिनमें अभी तक किडनी रोग विकसित नहीं हुआ था, और मधुमेह वाले वे लोग जिन्हें पहले ही महत्वपूर्ण किडनी क्षति हो चुकी थी। जब उन्होंने इन नमत्नों में सुरक्षात्मक प्रोटीन के स्तर को मापा, तो उन्हें एक स्पष्ट पैटर्न मिला। स्वस्थ समूह में प्रोटीन का स्तर सबसे कम था, मधुमेह वाले लेकिन बिना किडनी क्षति वाले समूह में अधिक था, और गंभीर किडनी रोग वाले समूह में सबसे अधिक था। रक्त में इस प्रोटीन का स्तर किडनी की विफलता की गंभीरता के साथ ऊपर-नीचे होता रहा। यह शरीर के वसा को जंग लगने से बचाने वाली प्राकृतिक रक्षा प्रणाली के विपरीत दिशा में और सूजन एवं आयरन असंतुलन के मार्करों की दिशा में चला। इससे यह संकेत मिला कि प्रोटीन किडनी की स्थिति से गहराई से जुड़ा हुआ था, लेकिन चूंकि अध्ययन ने केवल एक ही समय के बिंदु पर ध्यान केंद्रित किया था, इसलिए यह अभी यह सिद्ध नहीं कर सका कि प्रोटीन नुकसान पहुंचा रहा था या उसे ठीक करने की कोशिश कर रहा था।
इसका उत्तर खोजने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक डिश में विकसित मानव किडनी कोशिकाओं के मॉडल की ओर रुख किया। उन्होंने इन कोशिकाओं को उच्च चीनी और उच्च वसा के मिश्रण के संपर्क में रखा, जो मधुमेह ग्रस्त शरीर के भीतर के कठोर वातावरण की नकल करता है। जैसा कि अपेक्षित था, कोशिकाओं ने 'जंग लगने' के लक्षण दिखाने शुरू कर दिए, जिसमें उनके आंतरिक आयरन का स्तर बढ़ गया और उनके सुरक्षात्मक एंटीऑक्सीडेंट कम हो गए। इसी समय, कोशिकाओं ने अधिक मात्रा में सुरक्षात्मक प्रोटीन का उत्पादन करना शुरू कर दिया। शोधकर्ताओं ने एक सूक्ष्म प्रयोग किया: उन्होंने आनुवंशिक उपकरणों का उपयोग करके या तो कोशिकाओं से प्रोटीन को हटा दिया या कोशिकाओं को बहुत अधिक प्रोटीन बनाने के लिए मजबूर किया। जब उन्होंने प्रोटीन को हटा दिया, तो कोशिकाओं को चीनी और वसा के मिश्रण से बहुत अधिक नुकसान हुआ; आयरन का स्तर बहुत अधिक बढ़ गया, सुरक्षात्मक एंटीऑक्सीडेंट तेजी से गायब हो गए, और कोशिकाएं अधिक आसानी से मर गईं। इसके विपरीत, जब उन्होंने कोशिकाओं को अतिरिक्त मात्रा में प्रोटीन बनाने के लिए मजबूर किया, तो कोशिकाएं बहुत अधिक लचीली (resilient) हो गईं। अतिरिक्त प्रोटीन ने आयरन के स्तर को नियंत्रण में रखने, एंटीऑक्सीडेंट को संरक्षित करने और उस सूजन को कम करने में मदद की जो आमतौर पर इस प्रकार की चोट के बाद होती है।
अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि प्रोटीन इस सुरक्षा को कैसे प्राप्त करता है। ऐसा प्रतीत होता है कि यह इस बात को नियंत्रित करके काम करता है कि कोशिकाएं आयरन को कैसे संभालती हैं और उन सूजन संबंधी संकेतों को शांत करके जो अक्सर कोशिका मृत्यु को बदतर बना देते हैं। जब प्रोटीन अनुपस्थित था, तो कोशिकाएं आयरन को सुरक्षित रूप से संग्रहीत करने की अपनी क्षमता खो बैठीं और विषाक्त जंग लगने की प्रक्रिया से अभिभूत हो गईं। जब प्रोटीन मौजूद था, तो इसने कोशिकाओं को संतुलन बनाए रखने में मदद की, जिससे आयरन को घातक क्षरण (corrosion) का कारण बनने से रोका जा सका। शोधकर्ताओं ने अपने निष्कर्षों की पुष्टि करने के लिए इस जंग लगने की प्रक्रिया को रोकने वाले एक ज्ञात रसायन का भी उपयोग किया। जब उन्होंने प्रोटीन की कमी वाली कोशिकाओं में यह रसायन मिलाया, तो इसने कोशिकाओं को जीवित रहने में मदद की, जिससे यह सिद्ध हुआ कि प्रोटीन की कमी से होने वाला नुकसान वास्तव में इसी जंग लगने वाली प्रक्रिया द्वारा संचालित था।
ये निष्कर्ष बताते हैं कि रोगियों में देखे जाने वाले प्रोटीन के बढ़ते स्तर संभवतः शरीर द्वारा नुकसान के खिलाफ लड़ने की एक कोशिश है, न कि स्वयं समस्या का कारण। प्रोटीन एक ढाल की तरह कार्य करता प्रतीत होता है, जो किडनी की कोशिकाओं को मधुमेह की विशेषता बताने वाले चीनी और वसा के विषाक्त मिश्रण से बचाने में मदद करता है। हालांकि यह अध्ययन अभी यह सिद्ध नहीं करता कि इस प्रोटीन को रोगियों को देने से किडनी रोग का इलाज हो जाएगा, लेकिन यह इस बात का पुख्ता प्रमाण देता है कि प्रोटीन एक महत्वपूर्ण सुरक्षात्मक भूमिका निभाता है। यह शोध एक जटिल संबंध को उजागर करता है जहाँ शरीर की तनाव प्रतिक्रिया कोशिकीय जंग और सूजन के प्रसार को सीमित करने की कोशिश करती है। यह समझने के साथ कि यह प्रोटीन आयरन के स्तर को स्थिर रखने और सूजन को कम रखने के लिए कैसे काम करता है, वैज्ञानिक एक दिन किडनी को मधुमेह के धीमे, नुकसानदेह प्रभावों से बचाने के नए तरीके खोज सकते हैं।
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