Il ruolo di klotho nella malattia renale cronica

La famiglia e la struttura di klotho

I membri della famiglia Klotho includono geni α-, β-e γ-klotho in base alle loro sequenze primarie previste . β-e γ-klotho sono stati scoperti in base alla loro omologia con α-klotho e condividono tutti una proteina transmembrana a passaggio singolo . il β-Klotho è prevalentemente espresso nel fegato, ma si trova anche nel rene, nell’intestino e nella milza e media l’attività dei membri della famiglia del fattore di crescita dei fibroblasti (FGF), come FGF-19 e -21 . γ-Klotho è espresso nel rene e nella pelle e ha funzioni indefinite . In questa recensione, ci concentriamo solo su α-klotho; il termine klotho nei paragrafi seguenti si riferisce a α-klotho.

α-Klotho è composto da cinque esoni che corrispondono 1.012 aminoacidi nella proteina umana e 1.014 aminoacidi nella proteina murina (Fig. 1 bis). La proteina è costituita da un grande dominio extracellulare, inclusi 980 residui N-terminali seguiti da un dominio transmembrana di 21 aminoacidi e da un piccolo dominio di 11 residui corrispondenti al C-terminale intracellulare . Il dominio extracellulare del klotho della membrana consiste di due sequenze di ripetizione di 440 amminoacidi denominati Kl1 e Kl2, che sono generati dallo splicing di trascrizione a lunghezza intera e possono essere scissi dalle metalloproteinasi ADAM-10 e ADAM-17 e rilasciati in circolazione come klotho solubile (clived klotho) (Fig. 1 ter). Inoltre, è stato ipotizzato un trascritto mRNA klotho impiombato alternativamente per codificare una proteina klotho secreta, che equivarrebbe al dominio Kl1, ma questa proteina putativa non è stata identificata e non è stata rilevata nel siero umano finora; è stata osservata solo in sistemi in vitro . Inoltre, un recente studio ha dimostrato che questo mRNA klotho alternativo è stato degradato dal decadimento mRNA mediato da nonsense (NMD), risultando infine in nessuna traduzione di proteine attive . Klotho solubile è la principale forma funzionale nella circolazione e viene rilevata nel sangue, nelle urine e nel liquido cerebrospinale , esercitando la sua funzione agendo come un ormone. Inoltre, si verifica un’altra forma funzionale di klotho, definita klotho legata alla membrana, che è principalmente coinvolta nella segnalazione del recettore FGF.

La struttura del gene e della proteina klotho. a La struttura dei geni klotho da esseri umani e topi. b La struttura della proteina klotho. Solubile klotho proteine sono generati da full-length di trascrizione, splicing al valore indicato α e β taglio siti, costituenti l’intero dominio extracellulare, o al singolo Kl1 o Kl2 domini

La funzione fisiopatologici e implicazioni di klotho in CKD

Co-recettore di FGF23

FGF23 appartiene alla famiglia FGF. Molti studi hanno dimostrato che FGF23 non solo aumenta l’escrezione urinaria di fosfato,ma anche indirettamente sopprime l’assorbimento del fosfato intestinale regolando la produzione di 1α, 25-diidrossivitamina D3 (1,25(OH)2D) . FGF23 trasduce i segnali legandosi ai suoi recettori per fosforilare le molecole di segnalazione a valle . Ci sono quattro diversi recettori FGF (FGFRs), FGFR1-4; queste proteine sono recettori della tirosina chinasi e hanno alta o bassa affinità per FGFs. A causa della loro mancanza di un dominio di legame con il solfato di eparano, FGF23 richiede klotho a lunghezza intera per convertire l’FGFR canonico in uno specifico recettore ad alta affinità per funzionare nei tessuti bersaglio . Recentemente, la ricerca ha dimostrato che nel complesso costituito dal dominio extracellulare capannone di klotho, il dominio legante ligando FGFR1c e FGF23, klotho lega simultaneamente FGFR1c dal suo dominio D3 e FGF23 dalla sua coda C-terminale, con conseguente prossimità FGF23-FGFR1c e conferendo stabilità . Quindi, klotho è un co-recettore essenziale per il legame di FGF23 ai suoi recettori.

Nei tubuli renali prossimali, l’FGF23 trasmesso dal sangue si lega ai complessi FGFR-klotho e attiva direttamente i segnali extracellulari della chinasi regolata dal segnale (ERK)1/2 e della chinasi regolata dal siero/glucocorticoide (SGK)-1. Successivamente, SGK-1 fosforila il cofattore regolatore di scambio Na+/H+ (NHERF)-1 per regolare l’espressione della membrana del cotrasporter NaPi-2a del fosfato di sodio chiave, portando così ad un aumento dell’escrezione urinaria di fosfato . La perdita di espressione klotho legata alla membrana limita la trasduzione del segnale stimolata da FGF23 attraverso complessi FGFR-klotho. È stato dimostrato che una specifica delezione di klotho nei tubuli renali prossimali non è stata in grado di aumentare l’escrezione renale di fosfato in vivo , suggerendo che l’effetto di FGF23 sull’escrezione di fosfato è limitato dalla carenza di klotho tubulare prossimale. Inoltre, FGF23 sopprime l’espressione renale di 1α-idrossilasi, che è l’enzima chiave responsabile della produzione di 1,25(OH)2D, mediante un meccanismo di segnalazione klotho-dipendente nei tubuli renali prossimali . Inoltre, klotho solubile regola direttamente l’escrezione di fosforo nel rene e partecipa all’omeostasi minerale sistemica regolando l’attività 1α-idrossilasi e l’ormone paratiroideo (PTH) e la secrezione di FGF23 . Questi risultati suggeriscono che la carenza di klotho limita la sua regolazione della produzione di FGF23 e l’iperfosfatemia rimane il principale regolatore della secrezione di FGF23 nella CKD . L’effetto di FGF23 su fosfato e 1,25 (OH) 2D è coinvolto in FGFR1, FGFR3 e FGFR4, in particolare FGFR1 . Inoltre, è stato identificato che, come per i parametri minerali, FGF23 e fosfato sono aumentati, mentre klotho e 1,25(OH)2D sono diminuiti in CKD, specialmente nelle fasi iniziali, ad eccezione del fosfato sierico . Questi cambiamenti nei parametri minerali svolgono un ruolo centrale nella fisiopatologia della CKD . In particolare, ogni disturbo nei parametri minerali può essere patogeno da solo o può guidare ed esagerare il disturbo degli altri parametri .

È stato precedentemente riportato che klotho solubile è un regolatore del potenziale recettore transitorio dei canali del calcio epiteliale vannilloide-5 (TRPV5), una glicoproteina essenziale per l’ingresso del calcio nelle cellule epiteliali renali che trasportano il calcio . Si pensa che la regolazione di TRPV5 da parte di klotho funzioni come segue: klotho solubile idrolizza specificamente i residui di zucchero dalle catene di glicani su TRPV5, che a sua volta stabilizza TRPV5 nella membrana attraverso l’interazione dei residui di zucchero con la galectina extracellulare . Tuttavia, il processo di secrezione cellulare di klotho non è chiaro. Recentemente, nei topi klotho-knockout è stata osservata una diminuzione del riassorbimento renale del calcio e un’abbondanza di membrana renale di TRPV5, simile alla scoperta nei topi FGF23-knockout, ma klotho non si co-localizza con TRPV5 né è regolato da FGF23. Piuttosto, Andrukhova O et al. ha sostenuto la nozione che l’abbondanza della membrana apicale di TRPV5 nei tubuli distali renali e il riassorbimento renale del calcio sono regolati da FGF23 attraverso il legame dei complessi FGFR-klotho . Sulla base di questi risultati, si può sostenere che FGF23 funzioni legandosi ai complessi FGFR-klotho, modulando così direttamente il riassorbimento del calcio nei tubuli renali distali. Al contrario, l’ipocalcemia (carenza di calcio) riduce le concentrazioni circolanti di FGF23 . Questa diminuzione di FGF23 potrebbe essere una risposta che evita una successiva riduzione del calcitriolo, che potrebbe esacerbare l’ipocalcemia. Inoltre, Andrukhova O et al. trovato che FGF23 regola direttamente il riassorbimento di sodio nei tubuli renali distali da un meccanismo di segnalazione che coinvolge i complessi FGFR-klotho e l’attivazione di ERK1/2, SGK1, e con-no-lisina chinasi 4 (WNK4) segnale cascate, suggerendo che FGF23 è anche un regolatore chiave del riassorbimento di sodio renale e volume plasmatico . Questo può spiegare l’associazione di FGF23 con il rischio cardiovascolare nei pazienti con insufficienza renale cronica. A causa della mancata osservanza del calcio e del sodio nelle malattie renali, il nuovo legame tra FGF23 e il metabolismo di questi ioni può avere importanti implicazioni fisiopatologiche nella CKD .

Notevolmente, i recettori di membrana di klotho solubile non sono stati precedentemente identificati. Uno studio recente ha trovato che α2-3-sialyllactose, che è presente nel glycan di monosialogangliosides, è un recettore di klotho solubile. Klotho solubile si lega alle zattere lipidiche arricchite da gangliosidi per regolare la segnalazione PI3K . Inoltre, un altro studio ha identificato i residui proteici chiave nel dominio Kl1 che sono probabilmente coinvolti nel legame con α2-3-sialillattosio, che regola i canali TRPC6 e protegge dall’ipertrofia cardiaca indotta da stress . Questi risultati forniscono nuove informazioni sul fatto che il targeting degli acidi sialici può essere un meccanismo generale alla base delle azioni pleiotropiche del klotho solubile.

Antiinfiammazione

L’infiammazione è multifattoriale nella CKD e questa malattia è considerata un esempio prototipo di malattia infiammatoria e invecchiamento precoce . Ci sono molti fattori proinfiammatori aumentati gradualmente nella CKD con il fallimento della funzionalità renale, tra cui l’interleuchina (IL) -6, la fetuina-A sierica e il fattore di necrosi tumorale (TNF). Il fattore nucleare kB (NF-kB) controlla molti processi cellulari, come le risposte antiapoptotiche, lo stress ossidativo e, soprattutto, le risposte infiammatorie . In situazioni normali, NF-kB si trova nel citoplasma in una forma inattiva, legata alle sue proteine inibitorie,chiamate KB inibitorie (IkB). In risposta a vari stimoli, come il TNF, due residui di serina alle posizioni 32 e 36 nella regione N-terminale di IkB sono fosforilati. Questa fosforilazione induce l’ubiquitinazione IkB da parte del complesso E3-IkB ubiquitina ligasi, causando la sua degradazione da parte del proteosoma 26S, portando così alla traslocazione NF-kB al nucleo e all’attivazione diretta della trascrizione genica a valle . Una maggiore attività di NF-kB aumenta l’espressione di mediatori proinfiammatori, come citochine e molecole di adesione. Diversi studi hanno dimostrato che NF-kB svolge un ruolo fondamentale nella progressione dell’infiammazione renale cronica, per cui l’inibizione di NF-kB riduce i livelli di diverse citochine proinfiammatorie e lesioni renali .

Uno studio ha dimostrato che esiste una relazione bidirezionale tra klotho e NF-kB . Da un lato, l’espressione di klotho è regolata da un meccanismo dipendente da NF-kB. Nella CKD umana è stata osservata una riduzione di klotho nel sangue e nelle urine . In un modello murino di danno renale acuto nefrotossico (AKI), anche l’espressione di klotho è stata ridotta e il blocco dell’induttore debole di apoptosi correlato al TNF (TWEAK), che è un membro della superfamiglia del TNF, è stato in grado di ripristinare i livelli di klotho renale e preservare la funzionalità renale. Inoltre, l’inibizione di NF-kB impedisce le diminuzioni TWEAK-mediate nei livelli di klotho . Pertanto, le citochine proinfiammatorie, come TWEAK, regolano negativamente l’espressione di klotho attraverso un meccanismo dipendente da NF-kB e NF–kB è un contributo chiave alla regolazione dell’espressione di klotho .

D’altra parte, klotho è un modulatore anti-infiammatorio che ha regolato negativamente NF-kB, portando di conseguenza a una diminuzione della trasduzione genica proinfiammatoria. È stato riportato che il TNF aumenta le espressioni della proteina 1 (VCAM-1) di adesione delle cellule vascolari e della molecola 1 (ICAM-1) di adesione intercellulare nelle cellule endoteliali, mentre klotho può sopprimere gli aumenti indotti dal TNF nell’espressione di ICAM-1 e VCAM-1 attenuando l’attività di NF-kB . Inoltre, nei topi klotho-mutati, l’aggiunta esogena di klotho solubile o la sovraespressione di klotho membranoso nella coltura tissutale sopprime l’attivazione di NF-kB e le citochine infiammatorie mediate da NF-kB attraverso un meccanismo che coinvolge la fosforilazione della serina(536) nel dominio di transattivazione di RelA . Allo stesso modo, un eccesso di klotho inibisce la via PDLIM2/NF-kB per diminuire la produzione di TNF-α, IL-6 e IL-12 e per migliorare la nefropatia indotta dalla ciclosporina A in vivo e in vitro . Inoltre, klotho può sopprimere l’espressione della proteina NADPH ossidasi 2 (Nox2) e attenuare lo stress ossidativo nelle cellule muscolari lisce aortiche del ratto e può anche sopprimere l’infiammazione mediata dal gene inducibile retinoico (RIG-I). Così, klotho può agire come un modulatore anti-infiammatorio nel rene.

Protezione contro la calcificazione vascolare e il disturbo osseo minerale

La calcificazione vascolare (VC) appare all’inizio del corso della CKD, ma diventa molto più diffusa con il deterioramento della funzionalità renale, creando un forte rischio di mortalità e morbilità cardiovascolare nei pazienti con CKD e ESRD . VC può essere classificato in base al sito vascolare di deposizione minerale anormale, tra cui calcificazione intimale, calcificazione mediale e calcificazione valvolare, che sono tutti altamente prevalenti nella popolazione CKD . Ora è chiaro che il VC è un processo patologico regolato dalle cellule che coinvolge molti inibitori e induttori . In condizioni normali, diversi inibitori proteggono contro il VC dalla sovrasaturazione del calcio e del fosfato, come il pirofosfato, la proteina Gla della matrice e la fetuina-A . Nella popolazione CKD, la funzione totale tra inibitori e induttori è lo squilibrio, portando al verificarsi di VC nelle pareti dei vasi e nelle valvole. Ci sono molti induttori di VC in CKD, compreso ipercalcemia, citochine infiammatorie e particolarmente, fosfato . L’evidenza clinica ha dimostrato che la sovraregolazione del fosfato sierico è uno dei molti fattori di rischio per VC nella popolazione CKD . Inoltre, una crescente quantità di ricerca sperimentale ha rivelato il meccanismo di VC indotta da fosfato, dimostrando che PiT-1 che è cotrasportatore di fosfato nelle cellule muscolari lisce vascolari (SMCS), è coinvolto nella patogenesi e promuove VC per induzione della trasformazione osteocondrogena SMCS e apoptosi e per regolazione del rilascio e della stabilità delle vescicole extracellulari . Questi risultati suggeriscono che il fosfato elevato è un induttore principale di VC.

Il livello di espressione di klotho diminuisce nei pazienti con CKD e modelli animali ed è accompagnato da disturbi renali . È stato riportato che la carenza di klotho causa alti livelli circolanti di fosfato e presenza di VC nei topi con CKD. Al contrario, la sovraespressione di klotho può migliorare la fosfaturia, migliorare la funzione renale e produrre molto meno calcificazione in vivo, nonché sopprimere l’assorbimento sodio-dipendente di fosfato e calcificazione indotta da fosfato di rat vascolare SMCS . Zhang et al. ha riferito che la proteina clived klotho attenua la differenziazione delle cellule staminali mesenchimali del midollo osseo umano indotta dal fosfato in cellule simili agli osteoblasti in vitro tramite l’inattivazione della via di segnalazione FGFR1/ERK . Inoltre, la up-regolazione dell’espressione di klotho mediante l’inibizione della segnalazione di rapamicina migliora anche la VC e protegge dalle malattie vascolari nella CKD . Un altro studio ha dimostrato che Intermedin 1-53 attenua VC nei ratti con CKD regolando l’espressione klotho legata alla membrana nella parete del vaso . Studi recenti hanno confermato che la consegna stabile di klotho solubile può ridurre l’iperfosfatemia cronica e VC in vitro e in vivo e l’attivazione del recettore γ attivato dal proliferatore del perossisoma ha migliorato l’espressione di klotho per inibire la VC indotta da fosfato negli SMCS vascolari . Questi risultati hanno suggerito che la carenza di klotho è strettamente associata a iperfosfatemia e VC e che il miglioramento dell’attività di klotho svolge un ruolo protettivo nell’iperfosfatemia e nella VC nella CKD.

CKD-mineral bone disorder (MBD) è un disturbo sistemico recentemente definito che inizia presto nella fase 2 della CKD ed è caratterizzato da biochimiche sieriche anormali tra cui iperfosfatemia e ipercalacemia, disturbi ossei e VC . Le cause di VC e mortalità cardiovascolare associata a CKD sono in parte attribuite a CKD-MBD . Studi recenti dimostrano che i fattori che sono coinvolti nella lesione renale e nella riparazione e che vengono rilasciati nella circolazione contribuiscono alla patogenesi della CKD-MBD ; tali fattori includono gli inibitori del segnale Wnt, Dickkopf 1 e sclerostin, così come activin A e ActRIIA . I meccanismi patogeni dei componenti di CKD-MBD includono VC, perdita di klotho renale, iperfosfatemia, osteodistrofia, carenza di vitamina D, aumento di FGF23, malattie cardiovascolari e iperparatiroidismo . In questa recensione, ci concentriamo principalmente sugli aspetti relativi a klotho. Come descritto in precedenza, l’espressione di klotho è significativamente diminuita nella CKD. È stato riportato che questa diminuzione di klotho è in parte correlata alla segnalazione di activin e ActRIIA. Inoltre, l’attivazione della segnalazione ActRIIA utilizzando una trappola ligando per il recettore stimola significativamente i livelli di klotho . La conseguente riduzione di klotho limita la sua regolazione della produzione di FGF23 e lascia l’iperfosfatemia come principale regolatore della secrezione di FGF23 nella CKD . Recentemente, i ricercatori hanno identificato che la perdita di klotho è un evento chiave nelle lesioni renali e ossee nei topi CKD-MBD e il ripristino endogeno di klotho mediante inibizione dell’istone deacetilasi attenua le complicanze ossee associate a CKD in un modello murino di CKD-MBD . Allo stesso modo, l’espressione di klotho regolata da rhein mediante ipermetilazione del promotore protegge dalle lesioni renali e ossee nei topi con CKD. Quando klotho viene abbattuto dall’interferenza dell’RNA, gli effetti protettivi renali del rhein sono in gran parte aboliti . Questi dati suggeriscono che la carenza di klotho è strettamente associata allo sviluppo di CKD-MBD e che il ripristino di klotho è benefico per il miglioramento di VC e CKD-MBD.

Miglioramento della fibrosi renale

La manifestazione patologica comune finale di molti casi di CKD è la fibrosi renale. La fibrosi renale rappresenta la guarigione della ferita non riuscita del tessuto renale dopo lesioni croniche e sostenute ed è caratterizzata da glomerulosclerosi, atrofia tubulare e fibrosi interstiziale . La progressione della CKD è evidenziata da una perdita di cellule renali e dalla loro sostituzione con matrice extracellulare (ECM) nei glomeruli e nell’interstizio . Le patogenesi della glomerulosclerosi e della fibrosi tubulointerstiziale sono estremamente simili . In sostanza, la lesione renale provoca una cascata infiammatoria che coinvolge l’attivazione dei macrofagi e il reclutamento delle cellule T, innescando una risposta immunitaria e causando nefrite interstiziale. Quindi, diversi tipi di cellule tra cui macrofagi, cellule T e cellule epiteliali tubulari rispondono a questo processo infiammatorio per produrre mediatori profibrotici, come il fattore di crescita trasformante β (TGF-β). Sotto l’influenza delle citochine profibrotiche, le cellule epiteliali tubolari ferite dedifferenziano e perdono la loro polarità e funzione di trasportatore, riorganizzano il loro citoscheletro in fibre di stress, interrompono la membrana basale tubolare e migrano nell’interstizio, dove sintetizzano quantità crescenti di ECM, portando infine alla fibrosi renale .

Molti studi indicano che TGF-β è uno dei più importanti regolatori profibrotici della fibrosi renale nella CKD progressiva e stimola l’accumulo di proteine della matrice per indurre ECM, inibisce la degradazione della matrice e regola l’attivazione del miofibroblasto . Sulla base del ruolo di TGF-β, molti approcci terapeutici che coinvolgono l’inibizione di TGF-β sono stati testati in modelli sperimentali di CKD e studi clinici, come la somministrazione di anticorpi anti-TGF-β neutralizzanti e piccoli RNA interferenti che mirano al recettore TGF-β di tipo II, che può ridurre la lesione renale strutturale e diminuire la fibrosi renale in CKD . È stato riferito che klotho inibizione aumenta l’espressione di TGF-β1 in topi con fibrosi renale che è stato indotto da ostruzione ureterale unilaterale (UUO) e TGF-β1 riduce klotho espressione renale coltivate cellule epiteliali, suggerendo che la riduzione di klotho espressione migliora TGF-β1 attività e che klotho deficit non è solo una causa, ma anche un risultato di fibrosi renale nell’insufficienza renale cronica . Al contrario, la proteina klotho solubile si lega direttamente al recettore TGF-β di tipo II e inibisce il legame TGF-β1 ai recettori della superficie cellulare, inibendo così la segnalazione di TGF-β1 nei topi con fibrosi renale indotta da UUO. Inoltre, klotho diminuisce l’espressione del marcatore epiteliale e aumenta l’espressione del marcatore mesenchimale per sopprimere la transizione da epiteliale a mesenchimale indotta da TGF-β1 nelle cellule epiteliali renali . Questi risultati indicano che klotho può sopprimere la fibrosi renale inibendo l’attività TGF-β1.

Un’altra molecola profibrotica principale è denominata angiotensina II (Ang II); questa molecola modula la fibrosi mediante effetti diretti sulla matrice e regolando l’espressione di altri fattori, come TGF-β, fattore di crescita del tessuto connettivo, inibitore dell’attivatore del plasminogeno-1, fattore di necrosi tumorale-α e NF-ĸB . Inoltre, i dati hanno dimostrato che il danno renale indotto da Ang II sopprime l’espressione di klotho, mentre l’induzione dell’espressione genica klotho mitiga il danno renale indotto da Ang II . Inoltre, klotho solubile ha dimostrato di inibire la segnalazione Wnt e IGF-1, che può promuovere la transizione da epiteliale a mesenchimale e l’attivazione del miofibroblasto . Studi recenti mostrano inoltre che il klotho esogeno diminuisce la fibronectina e l’ipertrofia cellulare indotte dal glucosio elevati attraverso la via di segnalazione della chinasi ERK1/2-p38 per attenuare la nefropatia diabetica in vitro e che la somministrazione della proteina klotho sopprime la fibrosi tubulo-interstiziale renale e la fibrosi renale indotta da UUO, almeno in parte, controllando la segnalazione del fattore di crescita dei fibroblasti di base-2 in vivo . Questi risultati aumentano la possibilità che klotho solubile possa funzionare come fattore di protezione renale contro la fibrosi inibendo molteplici vie di segnalazione.

Uso potenziale di klotho nella malattia renale cronica umana

Un potenziale biomarcatore per la CKD

La CKD non è facile da rilevare nella fase iniziale della CKD e quindi è molto difficile fare una diagnosi precoce e accurata. E non ci sono biomarcatori che possono essere misurati facilmente, sensibilmente, attendibilmente e specialmente, in correlazione con la presenza, lo sviluppo e le complicazioni di CKD . Come descritto in precedenza, la carenza di klotho renale è altamente associata a disturbi ionici, VC, infiammazione, fibrosi renale e disturbo osseo minerale, che sono tutte caratteristiche della CKD. È stato dimostrato che klotho solubile nella circolazione inizia a diminuire presto nella fase 2 CKD e klotho urinario forse diminuisce anche prima 1 . Inoltre, i dati mostrano che la carenza di klotho nella CKD può migliorare la senescenza delle cellule tubulari e vascolari renali indotta dallo stress ossidativo e può provocare una funzione endoteliale difettosa e una vasculogenesi compromessa . Insieme, questi risultati indicano che la carenza di klotho è strettamente correlata con lo sviluppo e la progressione della CKD e delle complicanze extrarenali. Pertanto, la carenza di klotho solubile sembra avere un potenziale diagnostico, fungendo da biomarcatore precoce e sensibile della CKD.

Molti ricercatori hanno studiato la possibilità di utilizzare klotho come biomarcatore per CKD. CKD-MBD è una delle caratteristiche sorprendenti associate all’elevata morbilità e mortalità degli eventi cardiovascolari in CKD e ESRD . Il metabolismo minerale anormale comprende alti livelli di fosfato sierico, FGF23 e PTH, che sono strettamente associati o addirittura indotti da carenza di klotho . Studi clinici in pazienti con CKD hanno dimostrato che klotho solubile è inferiore al normale (519 ± 183 versus 845 ± 330 pg/mL, P < .0001) nei pazienti renali, e klotho solubile è positivamente correlato con calcio sierico e negativamente correlato con fosfato sierico, PTH e FGF23, suggerendo che klotho solubile potrebbe riflettere la conseguente resistenza tubulare a FGF23, che potrebbe essere un marcatore precoce di CKD-MBD . Recentemente, un altro studio clinico ha suggerito che il klotho solubile è significativamente associato al riassorbimento del fosfato indipendentemente da FGF-23, che può essere un marker del riassorbimento del fosfato . Pertanto, klotho solubile sembra essere un marker per i disturbi del fosfato e del metabolismo osseo nella CKD.

Il GFR, il gold standard per la valutazione della funzionalità renale, è significativamente diminuito nella CKD . Studi clinici e sperimentali hanno dimostrato che questa significativa diminuzione di klotho nei reni è positivamente associata a GFR stimato (eGFR) nei campioni di CKD . Diversi altri studi hanno confermato la correlazione positiva tra i livelli di klotho (nel siero e nelle urine) e l’eGFR in pazienti adulti con CKD . Inoltre, sia i livelli di klotho nel siero che nelle urine sono associati indipendentemente all’eGFR nei pazienti con CKD . Un altro studio ha mostrato che i livelli sierici di klotho sono progressivamente più bassi con l’avanzare dello stadio di CKD, con una diminuzione media aggiustata di 3,2 pg / mL per ogni diminuzione di eGFR di 1 mL/min/1,73 m2 . Coerentemente, una correlazione positiva simile tra i livelli plasmatici di klotho ed eGFR è stata dimostrata nei bambini con CKD . Questi risultati suggeriscono che la diminuzione del klotho solubile può rispecchiare una diminuzione dell’eGFR nei pazienti con CKD.

Tuttavia, alcuni ricercatori hanno ottenuto risultati negativi. Sarah Seiler et al. ha analizzato un’ampia coorte di 312 pazienti con CKD allo stadio 2-4 e ha scoperto che i livelli plasmatici di klotho non erano significativamente associati all’eGFR o ad altri parametri del metabolismo del calcio-fosfato in questi pazienti . Allo stesso modo, in uno studio prospettico osservazionale su 444 pazienti con stadio di CKD 2-4, i livelli di klotho non erano significativamente correlati agli esiti cardiovascolari . Questi risultati indicano che i livelli plasmatici di klotho non sono correlati alla funzionalità renale e non prevedono esiti avversi nei pazienti con CKD. Ci possono essere due ragioni per questi dati contraddittori. Uno è l’età. Yamazaki et al. ha suggerito che i livelli di klotho solubile sono correlati con l’età, trovando che i livelli di klotho sono più alti nei bambini (età media 7,1±4,8 anni) rispetto agli adulti . Shimamura et al. ha anche riportato livelli di klotho significativamente più bassi nei pazienti con stadio CKD 2-5 rispetto ai pazienti con stadio CKD 1. Inoltre, questa scoperta è stata in gran parte basata su dati di quattro giovani individui con eGFR normale e livelli di klotho estremamente elevati, mentre i livelli di klotho nei restanti partecipanti non hanno predetto l’esito negativo della CKD . Inoltre, un recente studio clinico ha rilevato che un allele del polimorfismo del gene G-395A klotho ha una frequenza significativamente più alta tra i bambini con CKD, suggerendo che questo allele mutante di klotho può essere usato come marcatore di rischio per lo sviluppo di ESRD e come predittore di CVD nei bambini . Un altro motivo potrebbe essere le differenze nella dimensione del campione. I risultati ottenuti da alcuni studi con piccole coorti di pazienti affetti da CKD erano diversi da quelli ottenuti con una grande coorte . L’idea di un calo dei livelli di klotho con funzionalità renale compromessa è stata ulteriormente contestata da studi più piccoli .

Sebbene i risultati delle relazioni tra i livelli di klotho circolanti e i risultati della CKD siano contraddittori, tre prodotti di immunodosaggio commerciale comunemente usati per misurare il klotho soluble solubile sono disponibili presso IBL (IBL International GmbH, Amburgo, Germania), Cusabio (Cusabio Biotech, Wuhan, Cina) e USCN (USCN Life Science Inc., Wuhan, Cina) . Solo il kit IBL fornisce informazioni sulla specificità dell’epitopo . Tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che questi saggi esibivano scarse prestazioni, inclusa la mancanza di standardizzazione delle unità nelle letture, e i saggi devono essere migliorati per produrre risultati accurati prima di poter fornire conclusioni affidabili .

Come potenziale strategia di trattamento per la CKD

Sebbene le cause della CKD siano multifattoriali, la carenza di klotho è significativamente associata allo sviluppo e alla progressione della CKD e delle complicanze extrarenali. Molti studi clinici ed animali hanno suggerito che quando lo stato klotho-carente in CKD è salvato, la funzione renale, la lesione morfologica e le complicazioni di CKD ovviamente sono migliorate . Ad esempio, la somministrazione di proteina klotho solubile ha attenuato significativamente la fibrosi renale indotta da UUO e ha soppresso l’espressione dei marcatori di fibrosi e dei geni bersaglio TGF-β1, come Lumaca e Torsione . Inoltre, klotho ha collegato intermedin 1-53 alla soppressione del VC nei ratti CKD e la supplementazione di klotho ha soppresso il sistema renina-angiotensina per migliorare la nefropatia da adriamicina. Inoltre, la proteina klotho sembrava sopprimere la transizione epiteliale-mesenchimale inibendo la segnalazione TGF-β e Wnt . Pertanto, la carenza di klotho può non solo essere un intermedio patogeno nell’accelerazione della progressione della CKD, ma può anche essere un importante contributo alle complicanze croniche, come la CKD-MBD e le malattie cardiovascolari nella CKD. In teoria, qualsiasi terapia che ripristini il livello di klotho mediante supplementazione con klotho esogeno e / o l’up-regulation della produzione endogena di klotho potrebbe essere una nuova strategia di trattamento per la CKD .

Diversi metodi dipendono da vari meccanismi per aumentare l’espressione di klotho (Tabella 1) ; questi includono quanto segue: (1) Demetilazione. La metilazione del promotore del gene klotho riduce la sua attività dal 30% al 40%, mentre la demetilazione del DNA aumenta l’espressione di klotho da 1,5 volte a tre volte . (2) Deacetilazione. I dati mostrano che il TNF e il down-regulation indotto da TWEAK dell’espressione di klotho nelle linee cellulari del rene e del rene possono essere smussati dall’inibizione della deacetilasi dell’istone . (3) Farmaci. Diversi farmaci sul mercato hanno dimostrato di up-regolare l’espressione di klotho in vivo e / o in vitro, tra cui agonisti PPAR-γ , antagonisti del recettore dell’angiotensina II-tipo I , derivati attivi della vitamina D e intermedin . (4) Consegna del gene di Klotho. È stato dimostrato che la consegna del gene Klotho attraverso un vettore virale migliora efficacemente i fenotipi patofisiologici multipli nei topi klotho-carenti, prevenendo così la progressione del danno renale nei modelli di ratto e migliorando la VC e la funzione endoteliale nella CKD . (5) Somministrazione di proteina klotho solubile. L’aumento dei livelli circolanti di klotho attraverso la somministrazione di proteine klotho solubili, che è il dominio extracellulare scisso e a lunghezza intera della membrana klotho, è più diretto, più sicuro e una modalità più semplice per ripristinare la carenza di klotho endocrino . Studi su animali hanno dimostrato che la somministrazione in bolo di proteina klotho solubile è un mezzo sicuro ed efficace per proteggere dalle lesioni renali e preservare la funzionalità renale .