Истраживање Цистанцхе: Фармаколошки епигенетички модулатори алкалне фосфатазе у хроничној бубрежној болести, део 1
Mar 12, 2022
Контакт:joanna.jia@wecistanche.com/ ВхатсАпп: 008618081934791
Матхиас Хаархаусa,b,c, Деан Гилхамд, Евелина Куликовскиd, Пер Магнусонb, и Камиар Калантар-Задехe,f,g
Сврха прегледа
Инхронична болест бубрега, поремећај неколико метаболичких регулационих механизама изазива превремено старење, убрзанокардиоваскуларне болести, и морталитет. Једноциљне интервенције више пута нису успевале да побољшају прогнозу хроничне болести бубрега пацијената.Епигенетичкиинтервенције имају потенцијал да модулирају неколико патогенетских процеса истовремено.Алкална фосфатазаје снажан предиктор кардиоваскуларних болести и морталитета од свих узрока и умешан је у патогене процесе повезане са кардиоваскуларним болестима ухронична болест бубрега.
Недавни налази
У експерименталним студијама,епигенетскимодулација одалкалнефосфатазаод странемикроРНКили инхибиција бромодомена и екстра терминалног (БЕТ) протеина показала је обећавајуће резултате за лечење кардиоваскуларних болести и других хроничних метаболичких болести. БЕТ инхибиторапабеталонетренутно се процењује за смањење кардиоваскуларног ризика у клиничкој студији фазе ИИИ код пацијената са високим ризиком од кардиоваскуларних болести, укључујући пацијенте са хроничном болешћу бубрега (ЦлиницалТриалс.гов Идентификатор: НЦТ02586155). Студије фазе ИИ показују аналкалнефосфатаза-снижавање потенцијалаапабеталоне, што је било повезано са побољшаним кардиоваскуларним и бубрежним исходима.
Резиме
Алкална фосфатазаје предиктор кардиоваскуларних болести и морталитета ухронична болест бубрега. Епигенетичкимодулација одалкална фосфатазаима потенцијал да утиче на неколико патогенетских процеса у хроничној бубрежној болести и тиме побољшакардиоваскуларниисходи.
Кључне речи:
функција бубрега, алкална фосфатаза, апабеталоне, хронична болест бубрега, епигенетски, микроРНА, васкуларна калцификација.
Увод
Хронична болест бубрега (хронична болест бубрега) је стање неравнотеже неколико важних физиолошких регулаторних механизама, међу којима су минерална равнотежа, кисело-базни баланс, равнотежа исхране и енергетски баланс, што резултира убрзаним кардиоваскуларним обољењима (кардиоваскуларним обољењима) и смртношћу. . Поред тога, хронична болест бубрега је такође повезан са хроничном упалом и подсећа на модел прераног старења [1,2]. Код хроничне бубрежне болести, бројни путеви су регулисани нагоре који су повезани са имунитетом и упалом, оксидативним стресом, ендотелном дисфункцијом,васкуларна калцификацијаи коагулација [3]. Пхармацологицепигенетскимодулација има предност што истовремено циља на неколико процеса повезаних са болестима. Због експресије у више ткива и органа, која се појачано регулише као одговор на различите патогене стимулусе,алкална фосфатаза (алкалнефосфатаза, ЕЦ 3.1.3.1) може бити погодна мета заепигенетскимодулација (слика 1).
СЛИКА 1.Алкална фосфатазаје свеприсутно изражен; међутим, допринос одалкална фосфатазаод различитих ткива до циркулишућихалкална фосфатазаактивност може варирати. У здравим условима, изоформе јетре и костију ткива неспецифичног изозимаалкална фосфатазачине отприлике 50 процената сваког од укупног оптицајаалкална фосфатазаактивност. цреваалкална фосфатазаможе чинити до 10 процената циркулишућегалкална фосфатазаактивност код особа са крвном групом Б или 0, али мање од 3 процента код особа са крвном групом А. Циркулишеалкална фосфатазапредвиђа исходе повезане са болестима, на пример, кардиоваскуларне болести или смртност, али до којих сеалкална фосфатазаизведена из специфичних ткива доприноси укупној циркулацијиалкалнефосфатазаактивност у патолошким стањима остаје углавном неутврђена. Дизајнирали Мацровецтор и Бргфк-Фреепик.цом.
цистанцхемоћилечити болест бубрегапобољшатибубрежна функција
КЉУЧНЕ ТАЧКЕ
Циркулишеалкалнефосфатазаје снажан маркер ризика за кардиоваскуларне болести и смртност од свих узрока у општој популацији и хроничне болести бубрега.
Алкална фосфатазаје свеприсутно изражен и укључен је у неколико патофизиолошких процеса повезаних са кардиоваскуларним компликацијама код хроничне болести бубрега, нпр.васкуларна калцификација, хронична упала, оксидативни стрес и фиброза.
БЕТ инхибитори имикроРНКсуепигенетскимодулатори са потенцијалом да истовремено циљају на неколико различитих патогених механизама појачано регулисаних код хроничних болести.
Романепигенетскимодулаторапабеталонециља на патогенетске процесе повезане са индукцијомалкалнефосфатазаи побољшава кардиоваскуларну прогнозу код пацијената са високим ризиком, укључујући пацијенте са хроничном болешћу бубрега док снижава циркулацијуалкалнефосфатазаактивност.
Цистанцхеможе побољшатифункције бубрегаи избегаватихронична болест бубрега.
АЛКАЛНА ФОСФАТАЗАУ ЗДРАВЉУ И БОЛЕСТИ
Алкална фосфатазаје свеприсутно изражен ензим који катализује хидролитичко уклањање фосфатних група из биохемијских једињења [4]. Четири различита изозима су позната код људи. Ткино-неспецифични изозим (ТН-алкалнефосфатаза) се експримује у различитим органима, на пример, кости, јетра, бубрези, мозак, кардиоваскуларни систем и леукоцити, док се ткивно специфични изозими експримирају у цревима (И-алкална фосфатаза), постељицу и тестис (герминативне ћелијеалкалнефосфатаза) [5]. Код већине здравих особа, циркулишу укупноалкалнефосфатаза активност се састоји од приближно 50 процената изоформа ТН-а специфичних за кости.алкалнефосфатаза(B-алкалнефосфатаза) и једнак проценат ТН-специфичних за јетруалкалнефосфатазаизоформе. Међутим, код пацијената са крвним групама Б и 0, И-алкална фосфатазаможе допринети и до 10 процената оптицајаалкалнефосфатазаактивност. Код особа са крвном групом А, И-алкалнефосфатазадоприноси мање од 3 процента укупног износаалкалнефосфатазаактивност, пошто црвена крвна група А везују И-алкалне фосфатазау промету.алкалнефосфатазаје ектоензим везан за спољашњи слој ћелијских мембрана. Отпушта се у циркулацију као растворљиви хомодимер и уклања се из циркулације преко јетрених асијалогликопротеинских рецептора након дезијалације циркулишућом неураминидазом [6–8].
СЛИКА 2. Резиме механизама који повезују дефосфорилацију помоћуалкална фосфатазана нормалне и патофизиолошке процесе. ЛПС, липополисахариди; ММП, металопротеиназа; ОПН, остеопонтин; Пи, фосфат; ПЛ, пиридоксал; ПЛП, пиридоксал фосфат; ППи, пирофосфат.
ТН-алкалнефосфатазаје укључен у регулацију биоминерализације, упале, оксидативног стреса, ендотелне дисфункције, фиброзе и ћелијске хипертрофије [9&,10–12]. ТН-алкална фосфатазадефосфорилише једињења екстрацелуларног матрикса сасвим неспецифично. Познате биолошке функцијеалкалнефосфатазаукључују инактивацију инхибитора калцификације, дефосфорилацију нуклеотида у пуринергичкој сигнализацији, активацију матриксних металопротеиназа (ММП) и локалну регулацију метаболизма витамина Б6 (слика 2). ја-Алкалнафосфатазадоприноси регулацији микробиома црева, уносу хранљивих материја и системском имунолошком одговору [5].
СЛИКА 3. Хроматин се састоји од ДНК и протеина који стварају компактну структуру критичну за паковање и стабилност еукариотских хромозома. Примарне протеинске компоненте су хистони, око којих је ДНК намотана да би се формирао нуклеозом.Епигенетикаукључује ковалентне модификације хроматина које не утичу на основну секвенцу ДНК. Ковалентне модификације хроматина утичу и на структуру хроматина и на регрутовање транскрипционих комплекса који, у ствари, укључују или искључују гене. Ове динамичнеепигенетскимодификације се спроводе додавањем (писањем) и уклањањем (брисањем) посттранслационих модификација, након чега следи 'читање', што диктира експресију гена и евентуални фенотипски одговор.
Алкална фосфатазаприсутан је у многим врстама, укључујући људе, и рутински се примењује као маркер за болест јетре или коштани промет; међутим, све до недавно, његова биолошка важност је била слабо схваћена. Слично еволуционој науци која стоји иза појаве Ц-реактивног протеина (ЦРП) од модулатора упале до сада новог маркера кардиоваскуларних болести, током последње 2 деценије,алкалнефосфатаза, такође се појављује са новооткривеним улогама у биолошкој хомеостази [9&]. Докази који се појављују сугеришу да циркулишеалкалнефосфатазаје снажан предиктор нежељених кардиоваскуларних исхода и морталитета од свих узрока [9& ]. Упркос томе што је нови маркер кардиоваскуларног ризика и потенцијална терапијска мета за кардиоваскуларни ризик, ниједан терапеутски лек у клиничком стадијуму који има за циљ снижавање серумаалкалнефосфатазадоступни су до данас.
Алкална фосфатазаи биоминерализација
Биоминерализација је регулисана сложеном интеракцијом промотора и инхибитора калцификације. Код хроничне болести бубрега, поремећај ове интеракције је уобичајен и може изазвати екстензивну калцификација меког ткива као што је калцификација медијалне артерије или калцификација атеросклеротских плакова.алкалнефосфатазаје од суштинског значаја за минерализацију костију, што показује хипофосфатазија, наследна болест са мутацијама губитка функцијеалкалнефосфатазаген који кодира ТН-алкалнефосфатаза[13]. Додатно,алкалнефосфатазаигра централну улогу у патолошкој калцификацији меког ткива [14,15].Алкалнафосфатазаје активно појачан у матриксним везикулама изведеним из ћелија компетентних за минерализацију. Ове везикуле функционишу као ниди за минерализацију матрикса. Процес је сличан код физиолошки минерализирајућих ткива, као што су кост и дентин, и патолошке калцификације меких ткива.Алкалнафосфатазапромовише пропагацију матриксне минерализације дефосфорилацијом инхибитора минерализације као што су пирофосфат и фосфопротеин остеопонтин, и стварањем неорганског фосфата, чиме се ствара прокалцифичнији екстрацелуларни миље [16–18]. Може се нагађати улога у регулацији додатних фосфопротеина у екстрацелуларном матриксу. Матрик Гла протеин (МГП) је један од најважнијих инхибитора физиолошке минерализације [19]. Његова активност је одређена посттранслационом фосфорилацијом поред карбоксилације зависне од витамина К [20,21]. Ефекат инхибиције МГП фармаколошким антагонистима витамина К на пропагацију калцификације медијалне артерије и калцифициране уремичне артериолопатије код хроничне болести бубрега је добро познато [22,23]. Нижи нивои у циркулацији нефосфорилисаног облика МГП су повезани саваскуларна калцификацијаи морталитет пацијената на дијализи, независно од статуса карбоксилације [24]. Међутим, механизми дефосфорилације МГП су још непознати и њихова улогаалкалнефосфатаза у овом процесу може се само претпоставити.
Алкална фосфатаза и фиброза
Предложен је нови механизам за алкалну фосфатазу код фиброзе и кардиоваскуларне фибро калцификације, што је карактеристика конгестивне срчане инсуфицијенције [25]. Повећање алкалне фосфатазе у срчаним миоцитима доводи до повећане фиброзе путем дефосфорилације металопротеиназа 2 и 9 [26]. Заиста, повећане активности циркулишуће алкалне фосфатазе примећене су код пацијената са хроничном болешћу бубрега са хипертрофијом миокарда и конгестивном срчаном инсуфицијенцијом [27–29]. Даље, алкална фосфатаза у бронхоалвеоларном лаважу је идентификована као маркер плућне фиброзе, повезујући алкалну фосфатазу са фиброзним процесима у плућима [30].
Алкална фосфатаза и запаљење
Неколико механизама повезује алкалну фосфатазу са упалом. Циркулишућа алкална фосфатаза добро корелира са циркулишућим ЦРП, а алкална фосфатаза је предложена као компонента јетрене реакције акутне фазе [31]. Такође, циркулишућа И-алкална фосфатаза је појачана у инфламаторним стањима [32]. Међутим, ЦРП и инфламаторни цитокини имају инхибиторни ефекат на активност алкалне фосфатазе у остеобластима [33,34] јер је циркулишући ЦРП био повезан само са укупном алкалном фосфатазом, а не Б-алкалном фосфатазом, у великој кохорти пацијената на дијализи [35], што сугерише екстра-скелетни извор за повећану активност циркулишуће алкалне фосфатазе током упале. За разлику од утицаја упале на алкалну фосфатазу у костима, инфламаторни медијатори могу повећати активност алкалне фосфатазе у васкуларним глатким мишићним ћелијама (ВСМЦ) и мезенхималним матичним ћелијама [36,37], што је у складу са клиничким налазима супротних ефеката упале. на минерализацију кости у односу на васкуларну минерализацију код хроничне болести бубрега [38]. Алкална фосфатаза модулише ћелијски инфламаторни одговор путем пуринергичке сигнализације доприносећи ензимској конверзији проинфламаторног екстрацелуларног аденозин трифосфата у антиинфламаторни аденозин [39]. Алкална фосфатаза се такође експримује инфламаторним ћелијама у васкуларном зиду и може посредовати у вези између упале и васкуларне калцификације, која се обично види у атеросклеротском плаку и болестима метаболичког синдрома, као што су дијабетес мелитус типа 2 и хронична болест бубрега [40–43]. ].
Упала изазвана сепсом може изазвати акутну повреду бубрега и губитак бубрежне функције што доводи до морбидитета и морталитета [44]. Серумска алкална фосфатаза предвиђа смртност од инфекције [45] и предложена је као компонента модела клиничког предвиђања за бактериемију код пацијената са хроничном бубрежном болести стадијума 5Д [46]. Циркулишућа алкална фосфатаза има потенцијал да инактивира ендотоксине и друга високо фосфорилисана проинфламаторна једињења [31,32]. Интестинална алкална фосфатаза врши детоксикацију липополисахарида (ЛПС) како би смањила његова инфламаторна својства и интеракцију са рецепторима сличним Толлу и спречила упалу код зебрице као одговор на микробиоту црева [47]. Заиста, интестинална алкална фосфатаза изазвана Ресолвин Е1-поспешује решавање упале кроз детоксикацију ЛПС-а [48]. Овај концепт се доводи у питање у клиничким испитивањима. На пример, код пацијената са акутном повредом бубрега и сепсом, ињекција рекомбинантне алкалне фосфатазе је допринела смањењу морталитета од свих узрока, подржавајући физиолошку улогу алкалне фосфатазе у ублажавању штетних и морбидних ефеката који проистичу из сепсе [49]. Стога, слично као и ЦРП, постоји биолошки веродостојна улога повећања нивоа алкалне фосфатазе у таквим патолошким околностима, што може изазвати неприлагођене последице. И-алкална фосфатаза такође може имати заштитни ефекат против компликација дијабетеса мелитуса типа 1 изазваних запаљењем, као што су кардиоваскуларне болести или дијабетичка нефропатија [50].
Алкална фосфатаза и оксидативни стрес Повећан оксидативни стрес је повезан са неповољним кардиоваскуларним исходима [51]. Оксидативни стрес индукује алкалну фосфатазу и калцификације у калцифицирајућим васкуларним ћелијама [52]. Повећан оксидативни стрес је такође повезан са остеопорозом [53] јер је минерализација инхибирана у остеобластима [52]. Смањење кардиоваскуларног оксидативног стреса код пацијената са хроничном болешћу бубрега вежбањем је повезано са смањењем циркулишуће алкалне фосфатазе [54]. Међутим, порекло повећане активности алкалне фосфатазе у серуму код пацијената са оксидативним стресом тек треба да се утврди.
Алкална фосфатаза и хипертензија Алкална фосфатаза доприноси регулацији хипертензије и васкуларног тонуса. Инхибиција алкалне фосфатазе у изолованим перфузираним бубрезима и експерименталним животињама ин виво смањила је одговор хипертензивног крвног притиска (БП) на норепинефрин [55]. Ефекат се делимично објашњава улогом алкалне фосфатазе у пуринергичној сигнализацији и повећаном производњом аденозина. Циркулишућа активност алкалне фосфатазе је у обрнутој корелацији са максималним вазодилататорним одговором на ацетилхолин, што указује на ендотелну дисфункцију [56]. Додатни механизам који повезује алкалну фосфатазу са контролом крвног притиска је повезаност са крутошћу артерија [57], што се вероватно објашњава васкуларном калцификацијама [58]. Такође се може спекулисати о доприносу алкалне фосфатазе повећаној фиброзној трансформацији артерија капацитета [59].
Алкална фосфатаза и когнитивно оштећење
Циркулишућа алкална фосфатаза је повезана са оштећењем когниције [60–62]. Когнитивно оштећење је озбиљна компликација старења и хроничне болести бубрега. Основне абнормалности укључују неуродегенеративне процесе и оштећену микроциркулацију. Код Алцхајмерове болести, алкална фосфатаза у мозгу и циркулацији је у обрнутој корелацији са когнитивном функцијом, а дефосфорилација тауа је сугерисана као наводни патомеханизам [63]. Повећана циркулишућа алкална фосфатаза је такође повезана са болешћу малих судова мозга, што је обележје васкуларног когнитивног оштећења [64]. алкална фосфатаза доприноси регулацији гама-амино бутирата и других неуротрансмитера [65]. Повезаност смањене циркулишуће алкалне фосфатазе након паратироидектомије код пацијената са хроничном болешћу бубрега са побољшаном когницијом сугерише могућу терапијску импликацију за смањење алкалне фосфатазе код когнитивних оштећења [66].
Алкална фосфатаза код хроничне болести бубрега
Код хроничне болести бубрега, циркулишућа алкална фосфатаза се обично користи у комбинацији са паратироидним хормоном за апроксимацију коштаног промета због њене повезаности са формирањем кости [10,67]. У одсуству болести јетре, варијације у укупној алкалној фосфатази типично настају од Б-алкалне фосфатазе и могу да идентификују екстреме високог и ниског коштаног обрта [68]. Штавише, циркулишућа алкална фосфатаза је бољи предиктор инцидентних прелома код пацијената на дијализи од минералне густине костију [69]. Циркулишућа алкална фосфатаза је такође снажан и независан предиктор морталитета и кардиоваскуларних компликација код хроничне болести бубрега [9& ]. У популацији нехроничне болести бубрега, веза између алкалне фосфатазе и упале је предиктивна за смртност [35]. Насупрот томе, нивои циркулишуће Б-алкалне фосфатазе код пацијената са узнапредовалом хроничном болешћу бубрега су чак и јачи предиктор морталитета од укупне алкалне фосфатазе [70]. Ово би могло бити због његове повезаности са екстензивном васкуларном калцизацијом која се јавља код пацијената са хроничном болешћу бубрега на дијализи [71]. Како су сви патомеханизми о којима се горе говорило појачано регулисано код хроничне болести бубрега [3], допринос алкалне фосфатазе повећаном морталитету од хроничне болести бубрега, кардиоваскуларним компликацијама и оштећеној когницији је вероватно мултифакторски.
РЕГУЛАЦИЈА ЕКСПРЕСИЈЕ Л ГЕНА алкалне фосфатазе
Људска ТН-алкална фосфатаза је кодирана геном алкалне фосфатазе Л (приступни број, НМ_000478), који се налази на кратком краку хромозома 1, 1п36.12 [72–74]. Ген алкалне фосфатазе Л прелази 50 кб и садржи 12 егзона. Први егзон је део 50-нетранслатираног региона мРНК ТН-алкалне фосфатазе, који се састоји од ексона 1А или 1Б који реагују на различите промотере и резултирају две иРНК, од којих свака кодира идентичан полипептид, али са различитим 50 -непреведени региони [75]. Експресија ТН-алкалне фосфатазе је свеприсутна; међутим, транскрипција две варијанте ексона 1 доводи до ћелијске и ткивне специфичне експресије. Један од ових транскрипата се назива 'транскрипт Л коштане алкалне фосфатазе' неактивни остеобласти који садрже егзон 1А, док егзон 1Б покреће посебан промотер активан у ткивима јетре и бубрега [75,76].
Регулација експресије алкалне фосфатазе Л најбоље се проучава у ћелијама сличним остеобласту. Формирање костију ћелијама из лозе остеобласта и функционална дејства, на пример, биоминерализација, укључују вишеструке развојне сигнале као што су хормони, фактори раста, цитокини, лиганди на месту интеграције (ВНТ) и морфогенетски протеини костију. Поред тога, неколико фактора транскрипције регулише експресију различитих гена специфичних за остеобласт који експримирају протеине кључне за биоминерализацију, на пример, колаген типа И, алкална фосфатаза специфична за кости и остеокалцин [77]. Коштани есенцијални транскрипциони фактор рунт-релатед транскрипциони фактор 2 (Рунк2) идентификован је као главни регулатор за диференцијацију остеобласта [78]. Остерик (Оск; Сп7 ген), цинк-прст који садржи транскрипциони фактор са Рунк2-везујућом секвенцом, такође је неопходан за диференцијацију остеобласта и минерализацију костију. Оск није изражен код мишева са недостатком Рунк2-, док експресија Рунк2 није погођена код мишева са недостатком Оск [79], што имплицира да Оск регулише диференцијацију остеобласта низводно од Рунк2 [80].
Други кључни фактори транскрипције укључени у диференцијацију остеобласта су хомеобок ген Мск2 и чланови породице без дисталног хомеобока (Длк). Мск2 потискује експресију алкалне фосфатазе Л директним везивањем за њен промотер, док Длк5 активира експресију алкалне фосфатазе Л ометајући деловање Мск2 [81]. Длк3 је још један моћан регулатор активације Рунк2 током остеогене диференцијације [82]. Такође је показано да прекомерна експресија Длк2 нема ефекта на експресију РУНКС2, ДЛКС5 и МСКС2 након остеогене индукције, али стимулише експресију алкалне фосфатазе Л и остеокалцина [83]. Дакле, Длк2 може директно да регулише алкалну фосфатазу Л да би промовисао остеобластогенезу.
КликнитеЕвоза 2. део.
