rola klotho w przewlekłej chorobie nerek

rodzina i struktura klotho

członkowie rodziny Klotho obejmują geny α-, β-i γ-klotho w oparciu o przewidywane sekwencje pierwotne . β – i γ-Klotho zostały odkryte w oparciu o ich homologię z α-klotho i wszystkie dzielą jednoprzepływowe białko transmembrane . β-Klotho jest głównie wyrażany w wątrobie, ale znajduje się również w nerkach, jelitach i śledzionie i pośredniczy w aktywności członków rodziny czynników wzrostu fibroblastów (FGF), takich jak FGF-19 i -21 . γ-Klotho ulega ekspresji w nerkach i skórze i Ma nieokreślone funkcje . W tej recenzji skupiamy się tylko na α-klotho; termin klotho w poniższych akapitach odnosi się do α-klotho.

α-Klotho składa się z pięciu eksonów, które odpowiadają 1012 aminokwasom w białku ludzkim i 1014 aminokwasom w białku myszy (Fig. 1a). Białko składa się z dużej domeny zewnątrzkomórkowej, w tym 980 reszt N-końcowych, po których następuje 21-aminokwasowa domena transbłonowa i mała domena 11 reszt odpowiadających wewnątrzkomórkowemu C-terminusowi . Zewnątrzkomórkowa domena błonowa klotho składa się z dwóch powtarzających się sekwencji 440 aminokwasów zwanych Kl1 i Kl2, które są generowane przez splicing transkryptu pełnej długości i mogą być rozszczepiane przez metaloproteinazy ADAM – 10 i ADAM-17 i uwalniane do obiegu jako rozpuszczalny klotho (rozszczepiony klotho) (Fig. 1B). Ponadto, alternatywnie spliced Klotho mRNA transkrypt został postawiony jako kod dla wydzielanego białka klotho, które byłoby równoznaczne z domeną Kl1, ale to przypuszczalne białko nie zostało zidentyfikowane i nie zostało do tej pory wykryte w surowicy ludzkiej; zaobserwowano je tylko w układach in vitro . Co więcej, ostatnie badania wykazały, że ta alternatywna mRNA Klotho została zdegradowana przez nonsensowy rozkład mRNA (NMD), co ostatecznie skutkowało brakiem aktywnego translacji białka . Rozpuszczalny klotho jest główną formą funkcjonalną w krążeniu i jest wykrywany we krwi, moczu i płynie mózgowo-rdzeniowym , wywierając swoją funkcję, działając jako hormon. Ponadto występuje inna funkcjonalna forma klotho, określana jako Klotho związane z błoną, która jest głównie zaangażowana w sygnalizację receptora FGF.

struktura genu klotho i białka. a struktura genów klotho od ludzi i myszy. B struktura białka klotho. Rozpuszczalne białka klotho są wytwarzane przez splicing transkryptu o Pełnej długości we wskazanych miejscach cięcia α i β, obejmujących całą domenę zewnątrzkomórkową, lub w pojedynczych domenach Kl1 lub Kl2

funkcja i patofizjologiczne implikacje klotho w CKD

Ko-receptor Fgf23

fgf23 należy do rodziny FGF. Wiele badań wykazało, że FGF23 nie tylko zwiększa wydalanie fosforanów z moczem, ale także pośrednio hamuje wchłanianie fosforanów jelitowych poprzez obniżanie produkcji 1α, 25-dihydroksywitaminy D3 (1,25(OH)2D) . FGF23 przekazuje sygnały poprzez wiązanie się z receptorami do fosforylowanych cząsteczek sygnałowych . Istnieją cztery różne receptory FGF( FGFRs), FGFR1-4; białka te są receptorami kinazy tyrozynowej i mają wysokie lub niskie powinowactwo do FGF. Ze względu na brak domeny wiążącej siarczan heparanu, FGF23 wymaga pełnej długości klotho do przekształcenia kanonicznego fgfr w specyficzny receptor o wysokim powinowactwie do działania w tkankach docelowych . Ostatnio badania wykazały, że w kompleksie składającym się z pozakomórkowej domeny Klotho, domeny wiążącej ligand fgfr1c i fgf23, klotho jednocześnie łączy FGFR1c przez domenę D3 i FGF23 przez ogon C-końcowy, co powoduje bliskość fgf23-fgfr1c i nadaje stabilność . Tak więc klotho jest niezbędnym receptorem dla wiązania FGF23 z jego receptorami.

w proksymalnych kanalikach nerkowych, przenoszony przez krew FGF23 wiąże się z kompleksami fgfr-klotho i bezpośrednio aktywuje sygnały zewnątrzkomórkowej kinazy regulowanej sygnałem (ERK)1/2 i kinazy regulowanej serum/glikokortykosteroidami (SGK)-1. Następnie SGK-1 fosforyluje kofaktor regulacyjny wymiany NA+/H+ (NHERF)-1 w celu regulacji w dół ekspresji błonowej kluczowego kotransportera fosforanu sodu NaPi-2A, prowadząc w ten sposób do zwiększenia wydalania fosforanów z moczem . Utrata ekspresji Klotho związanej z błoną ogranicza transdukcję sygnału stymulowanego fgf23 przez kompleksy fgfr-klotho. Wykazano , że specyficzna delecja klotho w proksymalnych kanalikach nerkowych nie była w stanie zwiększyć wydalania fosforanów w nerkach in vivo, co sugeruje, że wpływ FGF23 na wydalanie fosforanów jest ograniczony przez niedobór Klotho w kanalikach proksymalnych. Ponadto FGF23 hamuje ekspresję 1α-hydroksylazy nerkowej, która jest kluczowym enzymem odpowiedzialnym za produkcję 1,25(OH)2D, poprzez zależny od klotha mechanizm sygnałowy w proksymalnych kanalikach nerkowych . Ponadto rozpuszczalny klotho bezpośrednio reguluje wydalanie fosforu w nerkach i uczestniczy w układowej homeostazie mineralnej poprzez regulację aktywności 1α-hydroksylazy oraz wydzielania parathormonu (PTH) i fgf23 . Wyniki te sugerują, że niedobór klotho ogranicza jego regulację produkcji FGF23, a hiperfosfatemia pozostaje głównym regulatorem wydzielania fgf23 w CKD . Wpływ fgf23 na fosforan i 1,25 (OH) 2D jest zaangażowany w FGFR1, FGFR3 i FGFR4, zwłaszcza FGFR1 . Ponadto stwierdzono, że podobnie jak w przypadku parametrów mineralnych, fgf23 i fosforan są zwiększone, podczas gdy klotho i 1,25 (OH) 2D są zmniejszone w CKD, zwłaszcza we wczesnych stadiach, z wyjątkiem fosforanu w surowicy . Te zmiany parametrów mineralnych odgrywają kluczową rolę w patofizjologii CKD . Należy zauważyć, że każde zaburzenie parametrów mineralnych może być patogenne samodzielnie lub może prowadzić i wyolbrzymiać zaburzenie innych parametrów .

wcześniej donoszono, że rozpuszczalny klotho jest regulatorem potencjału przejściowego receptora nabłonkowego kanału wapniowego wanniloid-5 (TRPV5), glikoproteiny niezbędnej do wnikania wapnia do komórek nabłonkowych nerek transportujących wapń . Uważa się, że regulacja TRPV5 przez klotho działa w następujący sposób: rozpuszczalny klotho specyficznie hydrolizuje pozostałości cukrowe z łańcuchów glikanowych na TRPV5, co z kolei stabilizuje TRPV5 w błonie poprzez interakcję pozostałości cukrowych z pozakomórkową galektyną . Jednak proces wydzielania komórkowego klotho jest niejasny. Ostatnio zaobserwowano zmniejszenie reabsorpcji wapnia przez nerki i obfitość TRPV5 w błonie nerkowej u myszy z nokautem klotho, podobnie jak u myszy z nokautem FGF23, ale klotho ani nie współlokalizuje się z TRPV5, ani nie jest regulowany przez FGF23. Raczej Andrukhova o et al. poparł tezę, że błona wierzchołkowa obfitość TRPV5 w kanalikach dystalnych nerek i reabsorpcji wapnia w nerkach są regulowane przez FGF23 poprzez wiązanie kompleksów fgfr-klotho . Na podstawie tych wyników można stwierdzić, że fgf23 działa poprzez wiązanie się z kompleksami fgfr-klotho, w ten sposób bezpośrednio modulując wchłanianie zwrotne wapnia w dystalnych kanalikach nerkowych. Natomiast hipokalcemia (niedobór wapnia) zmniejsza krążące stężenie FGF23 . Zmniejszenie stężenia FGF23 może być odpowiedzią, która pozwala uniknąć późniejszego zmniejszenia stężenia kalcytriolu, co może zaostrzyć hipokalcemię. Dodatkowo, Andrukhova o et al. stwierdzono, że FGF23 bezpośrednio reguluje reabsorpcję sodu w dystalnych kanalikach nerkowych poprzez mechanizm sygnalizacyjny obejmujący kompleksy fgfr-klotho i aktywację kaskad sygnałowych ERK1/2, SGK1 i z kinazą-no-lizyny 4 (WNK4), co sugeruje, że FGF23 jest również kluczowym regulatorem reabsorpcji sodu w nerkach i objętości osocza . Może to wyjaśniać związek FGF23 z ryzykiem sercowo-naczyniowym u pacjentów z CKD. Ze względu na lekceważenie wapnia i sodu w chorobach nerek , nowy związek między FGF23 a metabolizmem tych jonów może mieć poważne konsekwencje patofizjologiczne w CKD .

zauważalnie, receptory błonowe rozpuszczalnego klotho nie zostały wcześniej zidentyfikowane. Ostatnie badania wykazały, że α2-3-sialyllaktoza, która jest obecna w glikanie monosialogangliozydów, jest receptorem rozpuszczalnego klotho. Rozpuszczalny klotho wiąże się z Tratwami lipidowymi wzbogaconymi w gangliozyd, regulując sygnalizację PI3K . Ponadto w innym badaniu zidentyfikowano kluczowe reszty białkowe w domenie Kl1, które prawdopodobnie biorą udział w wiązaniu z α2-3-sialylaktozą, która reguluje w dół kanały TRPC6 i chroni przed wywołanym stresem przerostem serca . Wyniki te dostarczają nowych informacji, że ukierunkowanie na kwasy sialowe może być ogólnym mechanizmem leżącym u podstaw działania plejotropowego rozpuszczalnego klotho.

przeciwzapalne

zapalenie jest wieloczynnikowe w CKD, a choroba ta jest uważana za prototypowy przykład choroby zapalnej i przedwczesnego starzenia się . Istnieje wiele czynników prozapalnych zwiększających się stopniowo w CKD wraz z niewydolnością nerek, w tym interleukina (IL)-6, fetuina-a w surowicy i czynnik martwicy nowotworu (TNF) . Czynnik jądrowy kB (NF-kB) kontroluje wiele procesów komórkowych, takich jak odpowiedzi przeciwapoptotyczne, stres oksydacyjny, a zwłaszcza reakcje zapalne . W normalnych sytuacjach NF-kB znajduje się w cytoplazmie w postaci nieaktywnej, związanej z jego białkami hamującymi,określanymi jako hamujący kB (IkB). W odpowiedzi na różne bodźce, takie jak TNF, dwie reszty serynowe w pozycjach 32 i 36 W N-końcowym regionie IkB ulegają fosforylacji. Fosforylacja ta indukuje ubikwitynację IkB przez kompleks ligazy E3-IkB ubikwityny, powodując jej degradację przez proteosom 26s, prowadząc w ten sposób do translokacji NF-kB do jądra i bezpośredniej aktywacji transkrypcji genu znajdującego się poniżej . Większa aktywność NF-kB zwiększa ekspresję mediatorów prozapalnych, takich jak cytokiny i cząsteczki adhezyjne. Kilka badań wykazało, że NF-kB odgrywa kluczową rolę w postępie przewlekłego zapalenia nerek, przy czym hamowanie NF-kB zmniejsza poziom kilku prozapalnych cytokin i uszkodzenia nerek .

jedno z badań wykazało, że istnieje dwukierunkowa zależność między klotho i NF-kB . Z jednej strony, wyrażenie klotho jest regulowane przez mechanizm zależny od NF-kB. W CKD u ludzi obserwowano zmniejszenie stężenia klotho we krwi i moczu . W mysim modelu nefrotoksycznego ostrego uszkodzenia nerek (AKI) ekspresja klotho była również zmniejszona, a zablokowanie związanego z TNF słabego induktora apoptozy (TWEAK), który jest członkiem nadrodziny TNF, było w stanie przywrócić poziomy Klotho w nerkach i zachować czynność nerek. Ponadto hamowanie NF-kB zapobiega obniżaniu poziomu klotho za pośrednictwem TWEAK . Tak więc, prozapalne cytokiny, takie jak TWEAK, negatywnie regulują ekspresję klotho poprzez mechanizm zależny od NF-kB, A NF–kB jest kluczowym czynnikiem wpływającym na regulację ekspresji klotho .

z drugiej strony, klotho jest modulatorem przeciwzapalnym, który negatywnie reguluje NF-kB, co prowadzi do zmniejszenia prozapalnej transdukcji genów. Donoszono, że TNF zwiększa ekspresję białka 1 adhezji komórek naczyniowych (VCAM-1) i cząsteczki adhezji międzykomórkowej 1 (ICAM-1) w komórkach śródbłonka, podczas gdy klotho może tłumić indukowany TNF wzrost ekspresji ICAM-1 i VCAM-1 poprzez łagodzenie aktywności NF-kB . Ponadto, u zmutowanych myszy Klotho, egzogenne dodanie rozpuszczalnego klotho lub nadekspresja błoniastego klotho w hodowli tkankowej hamuje aktywację NF-kB i cytokin zapalnych za pośrednictwem NF-kB poprzez mechanizm, który obejmuje fosforylację seryny (536) w domenie transakcyjnej RelA . Podobnie, nadmiar klotho hamuje szlak PDLIM2 / NF-kB, zmniejszając wytwarzanie TNF-α, IL-6 i IL-12 oraz łagodząc nefropatię wywołaną cyklosporyną A In vivo I in vitro . Ponadto, klotho może tłumić ekspresję białka oksydazy NADPH 2 (Nox2) i tłumić stres oksydacyjny w komórkach mięśni gładkich aorty szczura, a także może tłumić indukowane kwasem retinowym zapalenie genu-i (RIG-I). Tak więc klotho może działać jako modulator przeciwzapalny w nerkach.

Ochrona przed zwapnieniem naczyń i mineralnym zaburzeniem kości

zwapnienie naczyń (VC) pojawia się na początku przebiegu CKD, ale staje się znacznie bardziej powszechne w miarę pogarszania się czynności nerek, tworząc silne ryzyko śmiertelności i zachorowalności z powodu chorób sercowo-naczyniowych u pacjentów z CKD i ESRD . VC można sklasyfikować na podstawie miejsca naczyniowego nieprawidłowego odkładania się minerałów, w tym zwapnienia intymnego, zwapnienia przyśrodkowego i zwapnienia zastawkowego, które są bardzo rozpowszechnione w populacji CKD . Jest teraz jasne, że VC jest regulowanym przez komórki procesem patologicznym, który obejmuje wiele inhibitorów i induktorów . W normalnych warunkach kilka inhibitorów chroni przed VC przez przesycenie wapnia i fosforanów, takich jak Pirofosforan, białko GLA matrycy i fetuin-A . W populacji CKD całkowitą funkcją pomiędzy inhibitorami i induktorami jest niewyważenie, prowadzące do występowania VC w ścianach naczyń i zaworach. Istnieje wiele induktorów VC w CKD, w tym hiperkalcemia, cytokiny zapalne, a zwłaszcza fosforany . Dowody kliniczne wykazały, że zwiększenie stężenia fosforanów w surowicy jest jednym z wielu czynników ryzyka VC w populacji CKD . Co więcej, rosnąca ilość badań eksperymentalnych ujawniła mechanizm indukowanego fosforanem VC, pokazując, że pit-1, który jest cotransporterem fosforanu w naczyniowych komórkach mięśni gładkich (SMCs), bierze udział w patogenezie i promuje VC przez indukcję transformacji osteochondrogennej SMCs i apoptozę oraz przez regulację uwalniania i stabilności pęcherzyków zewnątrzkomórkowych . Wyniki te sugerują, że podwyższony fosforan jest głównym induktorem VC.

poziom ekspresji klotho zmniejsza się u pacjentów z CKD i modelami zwierzęcymi i towarzyszy im zaburzenia czynności nerek . Doniesiono, że niedobór klotho powoduje wysokie krążące poziomy fosforanów i VC u myszy z CKD. Odwrotnie, nadekspresja klotho może zwiększać fosfaturię, poprawiać czynność nerek i wytwarzać znacznie mniej zwapnień in vivo, a także hamować zależny od sodu wychwyt fosforanów i indukowane fosforanami zwapnienia SMC naczyń szczura . Zhang et al. stwierdzono, że rozszczepione białko klotho tłumi indukowane fosforanami mezenchymalne komórki macierzyste ludzkiego szpiku kostnego różnicujące się w komórki podobne do osteoblastów in vitro poprzez inaktywację szlaku sygnałowego FGFR1/ERK . Ponadto podwyższona regulacja ekspresji klotho poprzez hamowanie sygnalizacji rapamycyny również łagodzi VC i chroni przed chorobami naczyniowymi w CKD . Inne badanie wykazało, że Intermedin 1-53 łagodzi VC u szczurów z CKD poprzez regulację ekspresji Klotho związanej z błoną w ścianie naczynia . Ostatnie badania potwierdziły , że stabilne dostarczanie rozpuszczalnego klotho może zmniejszyć przewlekłą hiperfosfatemię i VC in vitro i in vivo, a aktywacja receptora γ aktywowanego proliferatorem peroksysomów zwiększyła ekspresję klotho w celu zahamowania indukowanego fosforanem VC w naczyniowych SMC . Wyniki te sugerują, że niedobór klotho jest ściśle związany z hiperfosfatemią i VC oraz że zwiększenie aktywności klotho odgrywa ochronną rolę w hiperfosfatemii i VC w CKD.

CKD-mineral bone disorder (MBD) jest nowo określanym zaburzeniem ogólnoustrojowym, które rozpoczyna się we wczesnym stadium 2 CKD i charakteryzuje się nieprawidłowymi biochemiami w surowicy, w tym hiperfosfatemią i hiperkalakemią, zaburzeniami kości i VC . Przyczyny VC i śmiertelności sercowo-naczyniowej związane z CKD są częściowo przypisywane CKD-MBD . Ostatnie badania wykazują, że czynniki, które biorą udział w uszkodzeniu i naprawie nerek i które są uwalniane do krążenia, przyczyniają się do patogenezy CKD-MBD ; do takich czynników należą inhibitory sygnału Wnt, Dickkopf 1 i sklerostyna, a także aktywina a i ActRIIA . Mechanizmy patogenne składników CKD-MBD obejmują VC, utratę klotho nerek, hiperfosfatemię, osteodystrofię, niedobór witaminy D, zwiększenie FGF23, choroby sercowo-naczyniowe i nadczynność przytarczyc . W tym przeglądzie skupiamy się głównie na aspektach związanych z klotho. Jak opisano wcześniej, ekspresja klotho jest znacznie zmniejszona w CKD. Stwierdzono, że zmniejszenie stężenia klotho jest częściowo związane z sygnalizacją aktywiny i działania leku ActRIIA. Ponadto aktywacja sygnalizacji ActRIIA za pomocą pułapki ligandowej na receptor znacząco stymuluje poziom klotho . Wynikające z tego zmniejszenie klotho ogranicza jego regulację produkcji FGF23 i pozostawia hiperfosfatemię jako główny regulator wydzielania fgf23 w CKD . Niedawno naukowcy zidentyfikowali, że utrata klotho jest kluczowym zdarzeniem w uszkodzeniach nerek i kości u myszy CKD-MBD, a endogenna odbudowa klotho przez hamowanie deacetylazy histonowej łagodzi powikłania kostne związane z CKD w mysim modelu CKD-MBD . Podobnie, regulowana przez rhein ekspresja klotho przez hipermetylację promotora chroni przed uszkodzeniami nerek i kości u myszy z CKD. Kiedy klotho jest powalany przez interferencję RNA, ochronne działanie Renu jest w dużej mierze zniesione . Dane te sugerują, że niedobór klotho jest ściśle związany z rozwojem CKD-MBD i że przywrócenie klotho jest korzystne dla poprawy VC i CKD-MBD.

Poprawa zwłóknienia nerek

ostatnim wspólnym objawem patologicznym wielu przypadków CKD jest zwłóknienie nerek. Zwłóknienie nerek stanowi nieskuteczne gojenie się tkanek nerek po przewlekłym, trwałym urazie i charakteryzuje się stwardnieniem kłębuszków, zanikiem kanalików i zwłóknieniem śródmiąższowym . Postęp CKD świadczy o utracie komórek nerkowych i ich zastąpieniu przez macierz zewnątrzkomórkową (ECM )w kłębuszkach nerkowych i śródmiąższu. Patogenezy glomerulosclerosis i tubulointersticial fibrosis są bardzo podobne . W istocie uszkodzenie nerek prowadzi do kaskady zapalnej obejmującej aktywację makrofagów i rekrutację komórek T, wywołując odpowiedź immunologiczną i powodując śródmiąższowe zapalenie nerek. Następnie kilka typów komórek, w tym makrofagi, komórki T i rurkowe komórki nabłonkowe reagują na ten proces zapalny, wytwarzając mediatory profibrotyczne, takie jak transformujący czynnik wzrostu β (TGF-β). Pod wpływem cytokin profibrotycznych uszkodzone komórki nabłonka kanalikowego dedyfferencjują i tracą swoją polaryzację i funkcję transportera, reorganizują swój cytoszkielet w włókna naprężeniowe, zaburzają kanalikową błonę podstawną i migrują do śródstopia, gdzie syntetyzują coraz większe ilości ECM, ostatecznie prowadząc do zwłóknienia nerek .

wiele badań wskazuje, że TGF-β jest jednym z najważniejszych profibrotycznych regulatorów zwłóknienia nerek w postępującej CKD i stymuluje gromadzenie się białek matrycy w celu indukcji ECM, hamuje degradację matrycy i reguluje aktywację miofibroblastów . Opierając się na roli TGF-β, wiele podejść terapeutycznych obejmujących hamowanie TGF-β zostało przetestowanych w eksperymentalnych modelach CKD i badaniach klinicznych, takich jak podawanie neutralizujących przeciwciał anty-TGF-β i małych interferujących RNA, które celują w receptor TGF-β typu II, co może zmniejszyć strukturalne uszkodzenie nerek i zmniejszyć zwłóknienie nerek w CKD . Donoszono, że hamowanie klotho zwiększa ekspresję TGF-β1 u myszy z zwłóknieniem nerek wywołanym przez jednostronną niedrożność moczowodu (uuo), a TGF-β1 zmniejsza ekspresję klotho w hodowanych komórkach nabłonka nerki, co sugeruje, że zmniejszona ekspresja klotho zwiększa aktywność TGF-β1 i że niedobór klotho jest nie tylko przyczyną, ale także wynikiem zwłóknienia nerek w CKD . W przeciwieństwie do tego, rozpuszczalne białko klotho bezpośrednio wiąże się z receptorem TGF-β typu II i hamuje wiązanie TGF-β1 z receptorami powierzchniowymi komórek, hamując w ten sposób sygnalizację TGF-β1 u myszy z zwłóknieniem nerek indukowanym przez UUO. Ponadto, klotho zmniejsza ekspresję markera nabłonkowego i zwiększa ekspresję markera mezenchymalnego w celu zahamowania indukowanego przez TGF-β1 przejścia nabłonkowego do mezenchymalnego w komórkach nabłonkowych nerek . Wyniki te wskazują, że klotho może hamować zwłóknienie nerek poprzez hamowanie aktywności TGF-β1.

inną główną cząsteczką profibrotyczną jest angiotensyna II (ANG II); cząsteczka ta moduluje zwłóknienie poprzez bezpośredni wpływ na matrycę i regulację ekspresji innych czynników, takich jak TGF-β , czynnik wzrostu tkanki łącznej , inhibitor aktywatora plazminogenu-1 , czynnik martwicy nowotworu-α i NF -bb . Ponadto dane wykazały, że indukowane Ang II uszkodzenie nerek hamuje ekspresję klotho, podczas gdy indukcja ekspresji genu klotho łagodzi indukowane ANG II uszkodzenie nerek . Ponadto wykazano, że rozpuszczalny klotho hamuje sygnalizację Wnt i IGF-1, co może promować Przejście nabłonka do mezenchymalnej i aktywację miofibroblastów . Ostatnie badania pokazują również, że egzogenny klotho zmniejsza wysoki wzrost fibronektyny wywołany glukozą i przerost komórek poprzez szlak sygnałowy kinazy ERK1 / 2-p38 w celu osłabienia nefropatii cukrzycowej in vitro oraz że podawanie białka klotho hamuje włóknienie kanalikowo-śródmiąższowe nerek i włóknienie nerek wywołane UUO, przynajmniej częściowo, poprzez kontrolowanie sygnalizacji podstawowego czynnika wzrostu fibroblastów-2 in vivo . Wyniki te zwiększają możliwość, że rozpuszczalny klotho może działać jako czynnik chroniący nerki przed zwłóknieniem poprzez hamowanie wielu szlaków sygnałowych.

potencjalne zastosowanie klotho w przewlekłej chorobie nerek u ludzi

potencjalny biomarker CKD

CKD nie jest łatwy do wykrycia na wczesnym etapie CKD, a zatem bardzo trudno jest dokonać wczesnej i dokładnej diagnozy. I nie ma biomarkerów, które mogłyby być mierzone łatwo, wrażliwie, niezawodnie i specjalnie, w korelacji z obecnością, rozwojem i powikłaniami CKD . Jak opisano wcześniej, nerkowy niedobór klotho jest silnie związany z zaburzeniami jonowymi, VC, zapaleniem, zwłóknieniem nerek i zaburzeniami mineralno-kostnymi, które są wszystkimi cechami CKD. Wykazano, że rozpuszczalny klotho w krążeniu zaczyna zmniejszać się wcześnie w stadium 2 CKD, a Klotho w moczu prawdopodobnie zmniejsza się jeszcze wcześniej 1 . Ponadto dane pokazują, że niedobór klotho w CKD może nasilać starzenie się kanalików nerkowych i komórek naczyniowych wywołane stresem oksydacyjnym i może prowadzić do wadliwej funkcji śródbłonka i upośledzonej waskulogenezy . Łącznie wyniki te wskazują, że niedobór klotho jest ściśle skorelowany z rozwojem i postępem CKD i powikłań pozajelitowych. Tak więc, rozpuszczalny niedobór klotho wydaje się mieć potencjał diagnostyczny, służąc jako wczesny i wrażliwy biomarker CKD.

wielu badaczy zbadało możliwość zastosowania klotho jako biomarkera CKD. CKD-MBD jest jedną z uderzających cech związanych z wysoką zachorowalnością i śmiertelnością zdarzeń sercowo-naczyniowych w CKD i ESRD . Nieprawidłowy metabolizm minerałów obejmuje wysokie stężenie fosforanów w surowicy, FGF23 i PTH, które są ściśle związane z niedoborem klotho lub nawet wywołane przez niego . Badania kliniczne u pacjentów z CKD wykazały, że rozpuszczalny klotho jest niższy niż normalny (519 ± 183 w porównaniu do 845 ± 330 pg/mL, P < .0001) u pacjentów z nerkami, a rozpuszczalny klotho jest dodatnio skorelowany z wapniem w surowicy i ujemnie skorelowany z fosforanem w surowicy, PTH i FGF23, co sugeruje, że rozpuszczalny klotho może odzwierciedlać wynikającą z tego oporność kanalików na FGF23, która może być wczesnym markerem CKD-MBD . Niedawno inne badanie kliniczne sugerowało, że rozpuszczalny klotho jest znacząco związany z reabsorpcją fosforanów niezależnie od FGF-23, który może być markerem reabsorpcji fosforanów . Dlatego rozpuszczalny klotho wydaje się być markerem zaburzeń metabolizmu fosforanów i kości w CKD.

GFR, złoty standard oceny czynności nerek, jest znacznie zmniejszony w CKD . Badania kliniczne i eksperymentalne wykazały, że to znaczące zmniejszenie klotho w nerkach jest pozytywnie związane z szacowanym GFR (eGFR) w próbkach CKD . Kilka innych badań potwierdziło dodatnią korelację między stężeniem klotho (w surowicy i moczu) a eGFR u dorosłych pacjentów z CKD . Ponadto zarówno stężenie klotho w surowicy, jak i w moczu są niezależnie związane z eGFR u pacjentów z CKD . Inne badanie wykazało, że stężenia klotho w surowicy są stopniowo zmniejszane wraz z postępującym stadium CKD, z dostosowanym średnim zmniejszeniem o 3,2 pg/mL dla każdego zmniejszenia eGFR o 1 mL/min/1,73 m2 . Konsekwentnie, podobną pozytywną korelację pomiędzy poziomem Klotho w osoczu i eGFR wykazano u dzieci z CKD . Wyniki te sugerują, że zmniejszenie rozpuszczalnego klotho może odzwierciedlać zmniejszenie eGFR u pacjentów z CKD.

jednak niektórzy badacze uzyskali niekorzystne wyniki. Sarah Seiler et al. analizując dużą kohortę 312 pacjentów z CKD w stadium 2-4 i stwierdzając, że stężenie Klotho w osoczu nie było istotnie związane z eGFR lub innymi parametrami metabolizmu wapnia i fosforanu u tych pacjentów . Podobnie, w prospektywnym badaniu obserwacyjnym z udziałem 444 pacjentów w stadium 2-4 CKD, poziomy klotho nie były istotnie związane z wynikami sercowo-naczyniowymi . Wyniki te wskazują, że stężenia Klotho w osoczu nie są związane z czynnością nerek i nie przewidują działań niepożądanych u pacjentów z CKD. Mogą istnieć dwie przyczyny tych sprzecznych danych. Jeden to wiek. Yamazaki et al. sugerowano, że poziomy rozpuszczalnego klotho są skorelowane z wiekiem, stwierdzając, że poziomy klotho są wyższe u dzieci (średnia wieku 7,1±4,8 lat) niż u dorosłych . Shimamura et al. stwierdzono również znamiennie niższe poziomy klotho u pacjentów w stadium 2-5 CKD niż u pacjentów w stadium 1 CKD. Ponadto ustalenie to w dużej mierze opierało się na danych pochodzących od czterech młodych osobników z normalnym eGFR i bardzo wysokim poziomem klotho, podczas gdy poziomy klotho u pozostałych uczestników nie przewidywały niekorzystnego wyniku CKD . Ponadto, niedawne badanie kliniczne wykazało, że allel polimorfizmu genu g-395A klotho ma znacznie większą częstość wśród dzieci z CKD, co sugeruje, że ten zmutowany allel klotho może być stosowany jako marker ryzyka rozwoju ESRD i jako predyktor CVD u dzieci . Innym powodem mogą być różnice w wielkości próby. Wyniki uzyskane w niektórych badaniach z udziałem małych kohort pacjentów z CKD różniły się od wyników uzyskanych w przypadku dużej kohorty . Pomysł obniżenia poziomu klotho z zaburzoną czynnością nerek był dalej kwestionowany w mniejszych badaniach .

chociaż wyniki relacji między poziomami krążącego klotho a wynikami CKD są sprzeczne, trzy powszechnie stosowane komercyjne produkty Immunologiczne do pomiaru rozpuszczalnego klotho-są dostępne w IBL (IBL International GmbH, Hamburg, Niemcy), Cusabio (Cusabio Biotech, Wuhan, Chiny) i USCN (USCN Life Science Inc., Wuhan, Chiny). Tylko zestaw IBL dostarcza informacji na temat swoistości epitopów . Jednak naukowcy odkryli, że testy te wykazywały słabą wydajność, w tym brak standaryzacji jednostek w odczytach, a testy muszą zostać ulepszone, aby uzyskać dokładne wyniki, zanim będą mogły dostarczyć wiarygodnych wniosków .

jako potencjalna strategia leczenia CKD

chociaż przyczyny CKD są wieloczynnikowe, niedobór klotho jest znacząco związany z rozwojem i progresją CKD i powikłań pozajelitowych. Wiele badań klinicznych i na zwierzętach sugerowało, że gdy stan z niedoborem klotho w CKD jest uratowany, czynność nerek, zmiany morfologiczne i powikłania CKD są oczywiście poprawione . Na przykład, podawanie rozpuszczalnego białka klotho znacząco atenuowało zwłóknienie nerek wywołane przez UUO i hamowało ekspresję markerów zwłóknienia i genów docelowych TGF-β1, takich jak ślimak i Twist . Ponadto klotho łączył intermedynę 1-53 z supresją VC u szczurów z CKD , a suplementacja klotho hamowała układ renina-angiotensyna w celu złagodzenia nefropatii Adriamycyny. Ponadto białko klotho wydaje się hamować Przejście nabłonkowo-mezenchymalne poprzez hamowanie sygnalizacji TGF-β i Wnt . W związku z tym niedobór klotho może nie tylko być patogennym pośrednikiem w przyspieszaniu progresji CKD, ale może również w znacznym stopniu przyczyniać się do przewlekłych powikłań, takich jak CKD-MBD i chorób sercowo-naczyniowych w CKD. Możliwe, że każda terapia, która przywraca poziom klotho poprzez suplementację egzogennym klotho i / lub podwyższoną regulację endogennej produkcji klotho, może być nową strategią leczenia CKD .

kilka metod jest zależnych od różnych mechanizmów zwiększających ekspresję klotho (Tabela 1); należą do nich: (1) demetylacja. Metylacja promotora genu klotho zmniejsza jego aktywność o 30% do 40%, podczas gdy demetylacja DNA zwiększa ekspresję klotho 1,5-krotnie do trzykrotnego . (2) Deacetylacja. Dane pokazują, że indukowana TNF i TWEAK obniżająca się regulacja ekspresji klotho w nerkach i liniach komórkowych nerek może być osłabiona przez hamowanie deacetylazy histonowej . (3) narkotyki. Wykazano, że kilka leków dostępnych na rynku reguluje ekspresję klotho in vivo i / lub in vitro, w tym agoniści receptora PPAR-γ , antagoniści receptora angiotensyny II typu i , aktywne pochodne witaminy D i intermedyna . (4) Dostawa genu Klotho. Wykazano, że dostarczanie genu Klotho przez nośnik wirusa skutecznie poprawia wiele fenotypów patofizjologicznych u myszy z niedoborem klotho, zapobiegając w ten sposób postępowi uszkodzenia nerek w modelach szczura i poprawiając VC i funkcję śródbłonka w CKD . (5) podawanie rozpuszczalnego białka klotho. Zwiększenie krążących poziomów klotho poprzez podawanie rozpuszczalnego białka klotho, które jest rozszczepioną, pełnowartościową domeną zewnątrzkomórkową błon klotho, jest bardziej bezpośrednie, bezpieczniejsze i łatwiejsze w przywracaniu niedoboru Klotho endokrynologicznego . Badania na zwierzętach wykazały, że podanie rozpuszczalnego białka klotho w bolusie jest bezpiecznym i skutecznym środkiem do ochrony przed uszkodzeniem nerek i zachowania czynności nerek .