Endokanabinoidni sistem in ledvice: od ledvične fiziologije do poškodbe in bolezni

Kontakt: emily.li@wecistanche.com

Janice T. Chua¹ et al

Povzetek

Uvod:Kot razširjenostledvicabolezni še naprej narašča po vsem svetu, kopiči se dokazov, daledvicapoškodbaindisfunkcija, ne glede na to, ali je akutna ali kronična, je povezana z velikimi neželenimi učinki, vključno s smrtnostjo. Medtem so učinkovite terapevtske možnosti pri zdravljenju akutnegaledvicapoškodbe (AKI) in kroničneledvicabolezen(CKD) so bile redke. Številna učinkovita zdravljenja, ki se redno uporabljajo za različne patologije pri bolnikih brez ledvične bolezni, niso uspela dokazati učinkovitosti pri bolnikih z ledvično disfunkcijo. Zato obstaja nujna potreba po odkritju novih poti, ki jih je mogoče usmeriti v inovativne in učinkovite klinične terapije pri boleznih ledvic.

Razprava: Zdaj se kopičijo dokazi, da ima endokanabinoidni (EC) sistem vidno vlogo pri normalni homeostazi in delovanju ledvic. Poleg tega so številne nedavne študije opisale mehanizme, prek katerih lahko spremembe v sistemu EC prispevajo k poškodbam in boleznim ledvic. Ti vključujejo potencialno vlogo kanabinoidnih receptorjev pri tubuloglomerularni poškodbi in fibrozi, ki sta pogosti značilnosti AKI, intersticijskega nefritisa, glomerulopatije in drugih stanj, ki vodijo do AKI in kronične ledvične bolezni.

Zaključek: Te ugotovitve kažejo, da je lahko manipulacija sistema EC učinkovita terapevtska strategija za zdravljenjeledvicabolezeninpoškodba. Vendar so potrebne nadaljnje mehanistične študije, da bi v celoti razmejili vlogo tega sistema v različnih pogojih, ki vplivajo naledvice. Poleg tega, medtem ko je večina trenutne literature osredotočena na vlogo sistema EC kot celote v ledvični patofiziologiji, bodo morale prihodnje študije pojasniti tudi prispevek vsake komponente tega sistema, vključno z mediatorji EC, v patogeneziledvicabolezenin njihova potencialna vloga kot del terapevtske strategije.

Ključne besede: akutnoledvicaPoškodba; kroničnoledvicabolezen; endokanabinoid; fibroza;vnetje; nefropatija

Preprečite kronično ledvično bolezen

Uvod

Ledvice imajo osrednjo vlogo pri normalni telesni homeostazi z različnimi funkcijami, vključno z odstranjevanjem stranskih produktov presnove, čiščenjem toksinov, uravnavanjem stanja telesne prostornine, elektrolitov in sistemske hemodinamike ter proizvodnjo hormonov, kot sta eritropoetin in aktivni vitamin D. Zato ni presenetljivo, da je okvara ledvic povezana s precejšnjo obolevnostjo in umrljivostjo. Slednje velja ne glede na to, ali je upad ledvične funkcije del akutnih procesov, kot je akutna ledvična poškodba (AKI) zaradi tubularne nekroze, ali bolj kroničnega procesa, kot je kronična ledvična bolezen (CKD), ki jo povzroča hipertenzija (HTN) ali sladkorna bolezen. Poleg tega so mehanizmi, odgovorni za poškodbo ledvic, kompleksni in se lahko razlikujejo. Čeprav so ti mehanizmi redno kategorizirani glede na vrsto poškodbe (akutna ali kronična) in prizadeti anatomski del nefrona (vključno z glomerulom, tubulom, mezangijem, vaskulaturo), je med tema kategorijama nepomembno prekrivanje. Na primer, obstajajo dokazi, ki kažejo, da AKI lahko povzroči KLB. Poleg tega se pogosto prekrivajo različna anatomska mesta poškodbe, saj lahko poškodba enega dela nefrona v določenem časovnem obdobju povzroči poškodbo drugih mest. Na primer, medtem ko se diabetična ledvična bolezen pogosto kaže s poškodbo glomerulov in proteinurijo, v daljšem časovnem obdobju povzroči tudi tubulointersticijsko poškodbo in fibrozo, ki vodi v progresivno KLB in končno ledvično bolezen. Zato ima lahko razumevanje osnovnih poti, katerih spremembe lahko povzročijo različne oblike poškodb in poškodb ledvic, pomembno vlogo pri oblikovanju učinkovitih terapij za preprečevanje in zdravljenje bolezni ledvic. V zvezi s tem se kopičijo dokazi, ki kažejo, da ima endokanabinoidni (EC) sistem pomembno vlogo pri normalni fiziologiji ledvic. Poleg tega obstajajo podatki, ki kažejo, da lahko spremembe te poti povzročijo patogenezo tako akutne kot kronične ledvične bolezni. Zato je vrednotenje sistema lahko obetavno področje odkritja, ki lahko povzroči ustvarjanje potencialno novih terapij, namenjenih zdravljenju različnih oblik bolezni ledvic.

Sistem EC obsega endogene ligande, pridobljene iz maščobnih kislin, njihove receptorje in encime, potrebne za njihovo biosintezo in razgradnjo.1 Najbolj dobro označena EC sta N-arahidonoil etanolamid, znan tudi kot anandamid (AEA), in {{4} }arahidonoil sn-glicerol (2-AG).2 Te molekule, pridobljene iz lipidov, nastanejo na zahtevo s presnovo membranskih fosfolipidov kot odgovor na različne dražljaje, vključno z zvišanim znotrajceličnim kalcijem ali aktivacijo metabotropnih receptorjev.3 Po proizvodnji, vežejo se na lokalne kanabinoidne receptorje na avtokrini ali parakrini način, čeprav je merljive koncentracije teh ligandov mogoče najti tudi v krvi, cerebrospinalni tekočini in limfi.4 Medtem ko potencialno endokrino delovanje teh vEC ostaja področje aktivnih raziskav, je dobro ugotovljeno, da delujejo lokalno z vezavo na dva široko raziskana kanabinoidna receptorja, kanabinoidni podtip-1 (CB1) in podtip-2 (CB2).5 AEA in 2-AG se lahko nato uporabita celice prek privzemnega mehanizma z visoko afiniteto6,7 in hitro razgradijo z delovanjem encimov, amid hidrolaze maščobnih kislin (FAAH) oziroma monoacilglicerol lipaze (MGL).1

Medtem ko je bila vloga sistema EC sprva v središču obsežnih raziskav osrednjega živčnega sistema, je v zadnjih dveh desetletjih veliko študij potrdilo njegovo prisotnost in pomen v perifernih organih, vključno z ledvicami. V zvezi s tem so bile v ledvičnem tkivu odkrite znatne koncentracije EC, mehanizmov, potrebnih za njihovo biosintezo in razgradnjo, ter receptorjev CB.8,9 Učinki, ki jih povzroča delovanje tega sistema v normalnih in patoloških stanjih ledvic, pa niso v celoti opredeljeni glede na številne zapletenosti, povezane s proizvodnjo in razgradnjo ligandov EC.8–11 Poleg tega lahko diferencialna porazdelitev in delovanje receptorjev CB1 in CB2 v različnih strukturah in celičnih podtipih v ledvicah na koncu povzročijo različne signalne rezultate, katerih skupni učinek bo težko predvideti. Zato ugotavljanje fizioloških in patofizioloških vlog sistema na področju nefrologije ostaja aktivno področje raziskovanja.

Sistem EC in normalna ledvična fiziologija

Pokazalo se je, da CB1 in CB2 spadata v razred sedmih receptorjev, sklopljenih z G-proteinom transmembranske domene, ki so funkcionalno odvisni od aktivacije heterotrimernih Gi/G0 proteinov.11 Čeprav ima aktivacija obeh receptorjev za posledico zaviranje encima adenilil ciklaze in povečana aktivnost mitogen-aktivirane protein kinaze (MAPK), aktivacija CB1 je tudi pokazala, da stimulira sintazo dušikovega oksida in neposredno nadzoruje aktivacijo ionskih kanalčkov. Slednji vključujejo navznoter rektifikacijske in zunanje kalijeve kanale A-tipa, zunanje kalijeve kanale D-tipa ter kalcijeve kanale tipa N in P/Q.^10,12,13Kljub skupni podenoti G-proteina, ki si jo delita receptorja CB1 in CB2, lahko njihova aktivacija povzroči nasprotne biološke učinke v normalnih in bolnih stanjih, deloma zaradi številčnosti in lokalizacije teh kanabinoidnih receptorjev in njihovih ligandov EC.

Čeprav so sprva mislili, da je receptor CB1 lokaliziran v centralnem in perifernem živčnem sistemu,^12,14dokazano je, da je prisoten v perifernih organih, kot so ledvice.15,16 Na primer, prisotnost funkcionalnih receptorjev CB1 je bila dokazana v proksimalnih zavitih tubulih, distalnih tubulih in interkaliranih celicah zbiralnega kanala v človeški ledvici13 ( Slika 1). Poleg tega je bila ekspresija receptorja CB1 ugotovljena tudi v drugih delih nefrona pri glodavcih, kot so aferentne in eferentne arteriole,17 debeli ascendentni kraki (TAL) Henlejeve zanke,18 in glomeruli,^19–23kot tudi v različnih podtipih ledvičnih celic, kot so glomerularni podociti, 24, 25 tubularne epitelijske celice, 13, 15, 20, 21, 24, 26–29 in gojene mezangialne celice.^30,31Podobno je bilo izražanje receptorjev CB2, čeprav so prej mislili, da je pretežno v imunskih celicah,32 dokazano tudi v ledvičnem tkivu.33 Na primer, izražanje receptorjev CB2 je bilo lokalizirano na podocite,²⁵celice proksimalnih tubulov,^26,33,34in mezangialne celice31 v vzorcih ledvične skorje ljudi in podgan.

Poleg diferencialne ekspresije receptorjev CB v različnih tkivih in celicah kompleksna regulacija biosinteze in razgradnje visokih bazalnih ravni EC v ledvicah prek encimov navzdol prispeva k različnim signalnim učinkom teh ligandov.^{20,31,35–39}Medtem ko je ledvična skorja pokazala podobne ravni AEA in 2-AG, je bilo dokazano, da je AEA obogatena v meduli ledvic v primerjavi s korteksom, medtem ko so bile ravni 2-AG v meduli podobne oba EC v korteksu.39 Poleg tega je AEA prisoten v kultiviranih ledvičnih endotelijskih in mezangialnih celicah na nizkih ravneh in se lahko sintetizira iz arahidonske kisline in etanolamina ter katabolizira z AEA amidazo v teh podtipih ledvičnih celic.³¹Izkazalo se je, da je izražanje FAAH povečano v ledvični skorji (npr. v glomerulih, tubularnem sistemu in zbiralnih kanalih) v primerjavi z njegovimi nizkimi stopnjami izražanja v meduli.³⁹

Glede na raznoliko lokalizacijo EC in njihovih receptorjev ter kompleksnost, ki je vključena v njihovo sintezo in katabolizem, lahko ta sistem igra različne vloge v ledvicah.funkcijo. V normalnih pogojih je sistem EC sposoben uravnavati ledvično homeostazo, kar dokazuje njegov nadzor nad ledvično hemodinamiko, tubulno reabsorpcijo natrija in izločanjem beljakovin v urinu. Ti učinki so večinoma posledica aktivacije receptorja CB1. 17, 18, 31, 39–41 V naslednjih razdelkih opisujemo nekatere učinke aktivacije sistema EC na fiziološko delovanje ledvic (slika 1).

Ledvična hemodinamika

V normalnih fizioloških pogojih ima sistem EC ključno vlogo pri uravnavanju ledvične hemodinamike. Pokazalo se je na primer, da je intravensko dajanje AEA zmanjšalo hitrost glomerulne fi-filtracije in povečalo ledvično krvno tvorbo pri glodavcih, neodvisno od sprememb krvnega tlaka.17 Študije in vitro so pokazale, da lahko AEA vazodilatira jukstamedularne aferentne ali eferentne arteriole17,31 skozi CB1-odvisen proces, ki ga običajno zavira sintaza dušikovega oksida31, za uravnavanje hitrosti glomerularne filtracije (GFR). Delovanje signalnega sistema AEA verjetno poteka preko mezangialnih celic, ki so sposobne proizvajati in presnavljati AEA,31 kot tudi preko hiperpolarizacije gladkih mišičnih celic z aktivacijo kalijevih kanalov.42 Treba je opozoriti, da obstajajo tudi mehanizmi, ki niso odvisni od receptorja CB1, s katerimi lahko EC posredujejo pri vazodilatacijskem učinku in tako uravnavajo ledvično hemodinamiko.43 Prihodnje študije morajo dodatno razjasniti vlogo slednjih mehanizmov pri normalni fiziološki homeostazi ledvic.

Cevasti transport natrija

Izkazalo se je, da ima AEA regulatorni učinek na tubulni transport natrija. V medularni TAL Henlejeve zanke se je pokazalo, da AEA (preko interakcije z receptorjem CB1) stimulira nastajanje dušikovega oksida, kar vodi do zaviranja transporta natrija skozi apikalni transporter Na plus /H plus in Na plus /K plus /2Cl-co -transporter. To je bilo povezano tudi z zmanjšano porabo kisika v TAL delu nefrona.¹⁸To nakazuje, da lahko aktivacija receptorjev CB prek AEA uravnava ledvični pretok krvi, pa tudi tubularno ravnanje z raztopljenimi snovmi, kar lahko na koncu vpliva na ledvično sol in očistek vode.

Izločanje in modulacija beljakovin v urinu

Da bi preučili vlogo glomerularnih receptorjev CB1 pri moduliranju izločanja beljakovin v urinu, so Hsu et al. uporabili transgene miši in podgane CB1, zdravljene s selektivnim agonistom CB1.⁴⁰ Aktivacija receptorja CB1 v ledvicah, zlasti v podocitih in mezangialnih celicah glomerula, je povečala izločanje beljakovin z urinom.⁴⁰Ugotovljeno je bilo tudi, da povečana aktivacija in prekomerna ekspresija CB1 povečata ravni ekspresije vaskularnega endotelnega rastnega faktorja (VEGF) in posledično zmanjšata raven gena nefrina in beljakovin, kar kaže na potencialno pot za disregulacijo podocitov in proteinurijo.⁴⁰

EC sistem in ledvična bolezen

Vloga sistema EC pri ledvični patologiji in disfunkciji je nastajajoče področje raziskav, ki so ga proučevali predvsem v kontekstu receptorjev CB. Spremembe izražanja in aktivnosti receptorjev CB so odkrili pri različnih ledvičnih boleznih, kot so diabetična nefropatija, kronična ledvična bolezen in različne vrste poškodb ledvic (slika 2). Skupaj te študije ledvične patofiziologije kažejo, da je lahko ciljanje na sistem EC diagnostično in terapevtsko vredno (tabeli 1 in 2).

Diabetična nefropatija

Dobro je znano, da ima sladkorna bolezen velike ledvične zaplete, vključno s progresivno ledvično boleznijo in patologijo, stanjem, znanim kot diabetična nefropatija. Za diabetično nefropatijo sta značilni glomerularna hipertrofija in hiperfiltracija, kar lahko povzroči albuminurijo, ledvično fibrozo, upad GFR in končno odpoved ledvic.^44,45Več študij je preučevalo vlogo sistema EC pri poškodbah podocitov, mezangialnih in tubularnih celic, povezanih s sladkorno boleznijo, kot tudi delovanje aktivacije receptorja CB na neželene rezultate diabetične nefropatije (slika 2).

Vrednotenje mišjih modelov diabetične ledvične bolezni in ledvičnega tkiva ljudi z napredovalo diabetično nefropatijo je pokazalo povišano raven izražanja receptorja CB1 v ledvicah, zlasti v glomerularnih podocitih in mezangialnih celicah.^19,30Poleg tega so študije in vitro pokazale povečano regulacijo receptorja CB1 z izpostavljenostjo povečani koncentraciji glukoze in albumina v mezangialnih celicah30 oziroma celicah proksimalnih tubulov.¹⁵ Poleg tega je bilo ugotovljeno, da je receptor CB1 prekomerno izražen v glomerulnih podocitih pri poskusnih miših z diabetično nefropatijo.^19,24Potencialne posledice slednjih sprememb so bile prikazane v drugi študiji, ki je ugotovila, da je hiperlipidemija, ki jo povzroča diabetična nefropatija, lahko povezana z apoptozo, ki jo povzroča palmitinska kislina v proksimalnih tubularnih celicah. Ta dejanja so posredovana s povečano ekspresijo receptorja CB1.²⁹

Glede na dokaze, ki kažejo na škodljivo vlogo receptorja CB1 pri diabetični nefropatiji, je več študij raziskalo uporabnost antagonista/inverznih agonistov CB1 kot potencialne terapevtske možnosti za diabetično ledvično bolezen.^{15,20,24,46,47}

Pri mišjem modelu diabetične nefropatije, ki ga povzroča streptozotocin (STZ), je bila albuminurija zmanjšana zaradi blokade receptorja CB1 s selektivnim antagonistom receptorja CB1.19 O podobnih ugotovitvah so poročali tudi pri genetskih mišjih modelih diabetične nefropatije.^23,24Ugotovljeno je bilo, da je do izrazitega zmanjšanja proteinurije prišlo zaradi ohranjanja glomerulnih podocitov in ponovne vzpostavitve izražanja podocitnih proteinov nefrina, podocina in zonula occludens-1.19,24 Poleg tega je bilo ugotovljeno tudi, da je antagonizem CB1 povezana z zmanjšano glomerularno in proksimalno tubulno apoptozo, kar končno vodi do izboljšav delovanja ledvic.^19,21,29

Pri podganah Zucker diabetic fatty (ZDF), ki razvijejo sladkorno bolezen tipa 2 zaradi debelosti, ki jo povzroča disfunkcionalni receptor za leptin, je kronično dajanje inverznega agonista receptorja CB1 obnovilo GFR, zmanjšalo proteinurijo in izboljšalo označevalce zdravja podocitov z modulacijo renina -angiotenzinski sistem in zaviranje apoptoze.²⁴

Medtem ko je diabetična ledvična bolezen povezana s povečanim izražanjem receptorja CB1 v različnih delih nefrona, obstajajo tudi dokazi, da je izražanje receptorja CB2 znatno zmanjšano. Diabetična nefropatija pri miših, ki jo povzroči STZ, je na primer povezana z znižano regulacijo ekspresije receptorja CB2 v glomerularnih podocitih.48 Podobno je po izpostavljenosti povišanim koncentracijam albumina in glukoze zmanjšana ekspresija receptorja CB2 v celicah proksimalnih tubulov.34Poleg tega CB2 dokazano je, da aktivacija receptorjev izboljša albuminurijo, obnovi izražanje proteina podocitov, zmanjša infiltracijo monocitov in zmanjša izražanje ledvičnih profibrotičnih markerjev 25, 33 pri podganah z nefropatijo, povezano z debelostjo. Agonizem CB2 pri debeli diabetični nefropatiji Sev miši BTBR ob/ob je prav tako zmanjšal albuminurijo, izboljšal izražanje disfunkcionalnega nefrina v podocitih in zmanjšal ekspanzijo mezangialnega matriksa, kopičenje fibronektina in sklerotične poškodbe.⁴⁹

Te študije dokazujejo, da sta antagonizem receptorjev CB1 in aktivacija receptorjev CB2 z uporabo selektivnih farmakoloških ligandov povezana z obnovo ledvične strukture in delovanja, zlasti z albuminurijo in izražanjem vnetnih markerjev, v genetskih in eksperimentalnih modelih diabetične nefropatije.

Bolezen ledvic, povezana z debelostjo

debelost je povezana z diabetično nefropatijo in deluje kot dejavnik tveganja za razvoj diabetične nefropatije,50 pri čemer imajo debeli posamezniki večje tveganje za napredovanje v končno ledvično odpoved.⁵¹Študija Jenkina in drugih33 je razkrila vlogo aktivacije receptorja CB2 pri zmanjševanju napredovanja ledvične disfunkcije, povezane z debelostjo, z zmanjšanjem proteinurije, očistka kreatinina in ledvičnih fibrotičnih markerjev. V nasprotju s tem so podgane ZDF, zdravljene z inverznim agonistom CB1, pokazale izboljšano strukturo in delovanje ledvic.²⁴Presenetljivo je, da so te podgane pokazale tudi izrazito povečanje telesne teže v primerjavi s stabilnostjo teže kontrolnih miši, kar naj bi bilo posledica razvoja ekstremne hiperglikemije pri kontrolah, zdravljenih z vehiklom.24 V ločeni študiji je bil prikazan antagonizem CB1. za zmanjšanje albuminske urije, zmanjšanje mezangialne ekspanzije in izboljšanje izražanja profibrotičnih in proinflamatornih ledvičnih proteinov pri vitkih in debelih diabetičnih mišjih modelih.²³Te ugotovitve kažejo, da se lahko posledice modulacije CB1 pri sladkorni bolezni razlikujejo glede na eksperimentalni model, prisotnost debelosti in prisotnost hiperglikemije.

V drugih študijah, ki so uporabljale podgane z debelostjo, povzročeno s prehrano, je izražanje receptorja CB1 v ledvicah opazno povečano, zdravljenje z antagonistom receptorja CB1 pa je zmanjšalo težo, sistolični krvni tlak, leptin v plazmi, albuminurijo in ravni kreatinina v plazmi. To je povezano z izboljšanjem glomerulopatije.16 Poleg tega so študije na debelih podganah Zucker pokazale, da je inverzni agonist CB1, rimonabant, izboljšal proteinurijo v živalskem modelu nefropatije, povzročene z debelostjo.²¹Zdravljenje z rimonabantom je delno obnovilo očistek kreatinina, zmanjšalo glomerulosklerozo in tubularno-intersticijsko fibrozo ter zmanjšalo okvaro tubulov in ledvično hipertrofijo.²¹Prav tako je treba opozoriti, da so te ugotovitve morda posledica učinkov rimonabanta in niso povezane s sistemom ES. Medtem ko je debelost pri podganah fa/fa Zucker povzročena z mutacijo receptorja za leptin, rimonabant deluje tako, da poveča privzem leptina v ledvicah, kar dokazano zmanjša presnovno aktivnost proksimalnih tubulov.⁵²Zato je do izboljšanja delovanja ledvic pri teh stopnjah morda prišlo zaradi mehanizmov, povezanih z vlogo leptina pri presnovi celic proksimalnih tubulov,^52–54v nasprotju z neposrednim ukrepom na sistem ES.

Z uporabo novega mišjega seva brez receptorjev CB1 v celicah proksimalnih tubulov ledvic so Udi et al.⁵⁵ugotovili, da izbris receptorja CB1 ni zaščitil miši pred škodljivimi presnovnimi učinki, povezanimi z debelostjo, vendar je znatno zmanjšal kopičenje lipidov v ledvicah, ki ga povzroča debelost. Poleg tega je bilo ugotovljeno, da je stimulacija receptorjev CB1 v celicah ledvičnih proksimalnih tubulov povezana z zmanjšano aktivacijo jetrne kinaze B1 in zmanjšano aktivnostjo protein kinaze, aktivirane z AMP, kot tudi zmanjšano beta-oksidacijo maščobnih kislin.⁵⁵Te ugotovitve kažejo na potencialno povezavo med receptorjem CB1 proksimalnih tubularnih epitelijskih celic ledvic in patološkimi učinki ledvične lipotoksičnosti in nefropatije, ki jo povzroča debelost.

Če povzamemo, ugotovitve v zvezi z receptorjem CB1 poudarjajo njegov delni potencial pri delovanju kot terapevtska tarča za ledvično bolezen, ki jo povzroča debelost. Potrebne so nadaljnje študije, da se ugotovi učinkovitost moduliranja CB1 v ledvicah za izboljšanje ledvične disfunkcije neodvisno od njegovih učinkov na težo.

Ledvična intersticijska bolezen in fibroza

Pokazalo se je, da je receptor CB1 povečan pri drugih ledvičnih boleznih, ki jih zaznamujeta intersticijsko vnetje in fibroza, vključno z akutnim intersticijskim nefritisom.²⁰Z uporabo enostranske ureteralne obstrukcije (UUO) kot eksperimentalnega modela za ledvično fibrozo pri miših, Lecruet al.²⁰je pokazalo, da je bila ekspresija receptorja CB1 povečana pri UUO živalih v primerjavi s kontrolami. To je povezano tudi z izrazitim povečanjem dejanske vsebnosti 2-AG. Zdravljenje UUO miši z rimonabantom je zmanjšalo sintezo monocitnega kemoatraktantnega proteina-1 in zmanjšalo infiltracijo makrofagov.²⁰Pokazalo se je tudi, da je aktivacija receptorja CB1 povzročila povečane ravni VEGF, kar je posledično zmanjšalo izražanje nefrina in ravni beljakovin.⁴⁰

Akutna poškodba ledvic

Nabirajo se dokazi, ki kažejo na pomembno vlogo receptorjev CB1 in CB2 ter njihove modulacije v patogenezi različnih oblik AKI. V zvezi z ishemično AKI je bilo ugotovljeno, da imajo selektivni agonisti receptorjev CB1 in CB2 od odmerka odvisen učinek pri preprečevanju tubularne poškodbe po ledvični ishemiji/reperfuzijski poškodbi pri mišjih ledvicah.⁵⁶V ločeni študiji pa je dajanje kanabidiola, nepsihoaktivne sestavine konoplje s slabo opredeljenimi farmakološkimi lastnostmi, povzročilo zmanjšanje poškodbe ledvičnih tubulov pri podganah po dvostranski ledvični ishemiji/reperfuziji.⁵⁷Kanabidiol je znatno zmanjšal zvišanje serumskega kreatinina in ravni malondialdehida in dušikovega oksida v ledvicah, povezanih s tem stanjem.⁵⁷ V novejši študiji je bilo dokazano, da ima agonist receptorja CB2, pridobljen iz triazola pirimidina, zaščitno vlogo pri vnetni ledvični poškodbi po dvostranski ishemiji/reperfuziji ledvic.⁵⁸

Vrsta študij je pokazala škodljivo vlogo CB1 in zaščitne učinke aktivacije CB2 na nefrotoksični model AKI pri s cisplatinom povzročeni ledvični poškodbi.35,59–61 Zaviranje receptorja CB135 ali aktiviranje receptorja CB259,60 omejuje oksidativni stres in vnetje in zmanjšana tubularna poškodba ledvic živali z AKI, ki jo povzroča cisplatin. Poleg tega je ß-Caryophyllene, naravni agonist receptorja CB2, v odvisnosti od odmerka zaščitil pred škodljivimi učinki nefrotoksičnosti, ki jo povzroča cisplatin.⁶¹

Drugi pomemben dejavnik, ki prispeva k AKI, ki je povezan s pomembno obolevnostjo in umrljivostjo, je s sepso povezana poškodba ledvic (SA-AKI). miši so pokazale povečano umrljivost, poškodbo pljuč, bakteriemijo, pridobivanje nevtrofilcev in zmanjšano aktivnost p38 MAPK na mestu okužbe.⁶⁴Zdravljenje s selektivnim agonistom receptorja CB2 je zmanjšalo učinke, ki jih povzroča CLP, kot so vnetje, poškodbe pljuč in pridobivanje nevtrofilcev, in končno izboljšalo preživetje.⁶⁴Te ugotovitve so v skladu z dokazi, ki dokazujejo, da se je po lokalizaciji CB2 na levkocite izkazalo, da njihova aktivacija ublaži aktivacijo endotelijskih celic, adhezijo in migracijo levkocitov, kot tudi pro-vnetne modulatorje, ki jih povzroča faktor nekroze tumorja levkocitov a.^65–68Zato lahko modulacija receptorja CB2 predstavlja novo terapevtsko tarčo pri zdravljenju SA-AKI.^5,69,70

Mehanizmi, s katerimi kanabinoidni receptorji modulirajo ali obnovijo preživetje tubularnih celic po akutni poškodbi, trenutno niso dobro definirani. Vendar pa so molekularne razlike v ravni mRNA kanabinoidnih receptorjev in beljakovin 20, 35, 71 ter razlike v fiziološkem izidu aktivacije receptorjev verjetno povezane z vrsto AKI ter z številčnostjo in lokalizacijo receptorjev.

Ligandi EC pri zdravju in bolezni ledvic. Medtem ko so se številne študije, ki ocenjujejo vlogo sistema EC v homeostazi in patofiziologiji ledvic, osredotočale na receptorje CB in njihovo modulacijo, je pomembno upoštevati, da so splošni učinki aktivacije in inhibicije sistema EC odvisni od različnih dejavnikov, le del tega je povezan z aktivnostjo CB receptorjev. Na primer, glavni endogeni aktivatorji receptorjev CB, AEA in 2-AG, so prisotni v znatnih koncentracijah v ledvicah8,9; vendar pa fiziološki odzivi, ki jih izzovejo ti ligandi v normalnih ali patoloških pogojih, niso popolnoma pojasnjeni. Poleg tega so podrobne študije o tem, kako lahko povišane ali znižane ravni teh ligandov vplivajo na delovanje ledvic in patologijo, redke. Na primer, dobro znano je, da ima AEA vlogo pri modulaciji ledvične hemodinamike.17,31 Ugotovljeno je bilo, da je infuzija tega liganda povezana z vazorelaksacijo jukstamedularnih aferentnih arteriol in vitro,31 povečana ledvična krvavitev pri glodalcih,17 in sprememba tubularnega transporta natrija.18 Medtem ko so ti učinki lahko delno posredovani z aktivacijo receptorjev CB1 in CB2, je pomembno poudariti, da te ugotovitve kažejo na skupni učinek tega liganda in je težko natančno identificirati, kateri receptorji so aktivirani v vsakem segment nefrona. Poleg tega obstajajo učinki, neodvisni od receptorjev CB, ki niso upoštevani, ko je bilo treba vlogo teh ligandov oceniti samo v kontekstu receptorjev CB.

Nedavne študije so začele obravnavati to pomembno točko s poskusom opredelitve vpliva teh ligandov na stanja ledvične bolezni. Biernacki et al.72 so opisali spremembe v sistemu EC pri primarni in sekundarni HTN, pri čemer so ugotovili, da so ta stanja povzročila ledvični oksidativni stres zaradi povečanih reaktivnih kisikovih vrst (ROS) in zmanjšanih ravni antioksidativnih encimov. Kljub povečani aktivnosti FAAH in MGL pri podganah s primarno in sekundarno hipertenzijo so se ravni AEA in 2-AG v ledvicah znatno povečale.72 Povečanje endogenih ravni AEA s farmakološkim zaviranjem njegovega razgradnega encima, FAAH, z Ugotovljeno je bilo, da je selektivni zaviralec FAAH, URB597, povzročil zaviranje nastajanja ROS pri obeh vrstah hipertenzivnih podgan. Ti učinki so bili posredovani z izboljšanjem antioksidativne obrambe v primarnih spontano hipertenzivnih podganjih (SHR) ledvicah preko poti Nrf2, kot tudi z zmanjšanimi pro-vnetnimi odzivi pri sekundarno hipertenzivnih (DOCA-sol) podganah.72 Poleg tega je URB597 povečal ROS- odvisnih produktov fosfolipidne peroksidacije in ravni EC v obeh vrstah hipertenzivnih ledvic, kar je povzročilo povečano izražanje receptorjev CB pri podganah SHR in povečano izražanje receptorjev CB2 in TRPV1 pri soli DOCA.72 Kronično zdravljenje normotenzivnih kontrolnih podgan Wistar z URB597 je podobno izboljšalo oksidacijo fosfolipidov v ledvicah, kar je primerljivo z njegovim dajanjem podganam DOCA-sol.72 Čeprav se zdi, da ima sistem EC zaščitno vlogo pri HTN, dajanje zaviralca aFAAH ni bistveno spremenilo vnetnih ali oksidativnih stanj, ki jih povzroča primarno HTN , in ustvaril samo neravnovesja med EC, oksidanti in pro-vnetnimi dejavniki v sekundarni HTN, pot kar vodi do razvoja ledvične disfunkcije.

V zvezi z drugimi boleznimi ledvic, kot je AKI, so študije pokazale različne odzive na poškodbo ledvic v stopnjah izražanja EC. Moradi et al.73 so pokazali, da je ledvična ishemija/reperfuzijska poškodba povezana z znatnim povečanjem ledvične 2-vsebnosti AG z dvostranskim mišjim modelom ishemije/reperfuzije AKI. Ugotovljeno je bilo, da je povečanje ledvičnih 2-koncentracij AG po dajanju zaviralca MGL povzročilo izboljšanje serumske vrednosti BUN, kreatinina in ocene tubularne poškodbe; vendar izražanje gena mRNA vnetja ledvic in markerjev oksidativnega stresa ni bilo spremenjeno. Nasprotno pa je v nefrotoksičnem modelu AKI, povzročenega s cisplatinom, cisplatin povečal AEA, ne pa tudi ravni 2-AG v ledvičnem tkivu.35

Do danes mehanizmi in pogoji, pod katerimi se CB receptorji aktivirajo z EC v ledvicah - in nato signalne kaskade, ki so posledica te aktivacije - niso bili v celoti opisani. Študije so pokazale nasprotujoče si rezultate, ki opisujejo vlogo aktivacije receptorjev AEA in CB1 pri posredovanju poškodbe glomerulnih podocitov. Jourdan et al.74 je pokazalo, da je kronična izpostavljenost podocitov, gojenih v človeški kulturi, visoki glukozi povzročila znatno povečanje ekspresije gena za receptor CB1, kar je povezano tudi s povečanjem celične AEA in 2-AG. To je povezano z znaki vnetja in poškodbe podocitov, kar se kaže kot zmanjšan podocin in nefrin ter povečana ekspresija gena desmin.74 V nasprotju s tem so Li et al.75 poročali o zaščitnih funkcijah AEA po poškodbi podocitov, ki jo povzroči L-homocistein (Hcys). AEA je blokiral Hcysinducirano vnetno aktivacijo NLRP3 v gojenih podocitih in izboljšal disfunkcijo podocitov, kar je na koncu preprečilo poškodbe glomerulov.75 Medtem ko je prejšnja študija pokazala, da je povečanje ekspresije gena za receptor CB1, ki ga spremlja regulacija AEA in 2-AG, povezana s poškodbo podocitov, zadnja študija kaže, da ima AEA zaščitne in protivnetne učinke na podocite. Prihodnje študije so potrebne za raziskovanje vloge ligandov EC pri aktivaciji receptorja CB v različnih pogojih zdravja in bolezni ledvic.

Zaključek

Ugotovljeno je bilo, da sistem EC uravnava različne funkcije pri zdravju ledvic in boleznih. Različne komponente sistema EC, namreč receptorji CB1 in CB2 ter njihovi glavni fiziološki aktivatorji (AEA in 2-AG), so bili lokalizirani na različne podtipe ledvičnih celic pri različnih vrstah. Posledično lahko aktivacija ali inhibicija CB1 in CB2 pomembno vpliva na delovanje ledvic s koristnimi ali škodljivimi učinki. Spremenjeno izražanje receptorjev CB je bilo dokazano pri številnih boleznih ledvic, vključno z nefropatijo, kronično ledvično boleznijo in AKI. Te ugotovitve so pripeljale do preiskave manipulacije receptorjev CB z uporabo farmakoloških sredstev, ki so deloma pokazale na receptorje CB kot potencialne terapevtske tarče za ledvično disfunkcijo. Pomemben rezultat teh študij je bil dokaz, da receptorji CB1 in CB2 delujejo po ločenih poteh in modulirajo različne tarče navzdol v ledvicah, kljub pretežno homogeni porazdelitvi v ledvičnem sistemu.

V zadnjem času so sistem EC proučevali glede njegove povezanosti z različnimi boleznimi ledvic. Skupaj te študije kažejo, da je treba aktivnost preučiti ločeno od njihovih interakcij z receptorji CB, saj so bili opaženi nasprotujoči si rezultati v bioloških odzivih, ki jih izzovejo EC, in aktivaciji njihovih receptorjev.

Če povzamemo, velik poudarek je bil namenjen oceni vloge receptorjev CB pri delovanju ledvic, homeostazi in patofiziologiji. Čeprav so ta prizadevanja znatno prispevala k našemu razumevanju vloge sistema EC v ledvicah, ostajajo pomembna področja priložnosti za prihodnje raziskave, zlasti vloga ligandov EC kot posrednikov aktivnosti sistema EC. Trenutno je treba njihovo vlogo v ledvični fiziologiji in patofiziologiji še popolnoma pojasniti. Poleg tega bo treba dodatno ovrednotiti klinične posledice in pomembnost spremembe sistema EC.76 Medtem ko trenutni podatki kažejo, da lahko modulacija delovanja in aktivnosti sistema EC zagotovi izvedljivo terapevtsko intervencijo za ledvično disfunkcijo, so prihodnje študije bistvene za nadaljnjo razjasnitev mehanizmi, prek katerih receptorji EC in CB sodelujejo pri ledvični fiziologiji in bolezni, kot tudi klinični kontekst, v katerem bi lahko njihova stimulacija ali zatiranje povzročila koristne ali škodljive učinke na ledvice.

Zahvala

Vsebina tega članka je izključna odgovornost avtorjev in je v nobenem primeru ne bi smeli obravnavati kot uradno politiko ali razlago Ministrstva za veterane ZDA ali vlade ZDA. HM je podprt z nagrado za razvoj kariere Urada za raziskave in razvoj Ministrstva za veterane, 1 IK CX 001043-01A2.

Izjava o razkritju avtorja

Nobenih konkurenčnih finančnih interesov ni.

Reference

1. Howlett AC. Kanabinoidni receptorji. Prostaglandini Drugi lipidni mediji. 2002; 68–69: 619–631.

2. DiPatrizio NV, Piomelli D. Varčni lipidi: endokanabinoidi in živčni nadzor varčevanja z energijo. Trendi Neurosci. 2012; 35: 403–411.

3. Pacher P, Batkai S, Kunos G. Endokanabinoidni sistem kot nastajajoča tarča farmakoterapije. Pharmacol Rev. 2006; 58: 389–462.

4. Hillard CJ. Krožeči endokanabinoidi: od kod prihajajo in kam gredo? Nevropsihofarmakologija. 2018; 43: 155–172.

5. Munro S, Thomas KL, Abu-Shaar M. Molekularna karakterizacija perifernega receptorja za kanabinoide. Narava. 1993;365:61–65.

6. Fowler CJ. Farmakologija kanabinoidnega sistema – vprašanje učinkovitosti in selektivnosti. Mol Neurobiol. 2007; 36: 15–25.

7. Beltramo M, Stella N, Calignano A, et al. Funkcionalna vloga transporta anandamida z visoko afiniteto, kot je pokazala selektivna inhibicija. Znanost. 1997; 277:1094–1097.

8. Kondo S, Kondo H, Nakane S, et al. 2-Arahidonoilglicerol, endogeni agonist kanabinoidnih receptorjev: identifikacija kot ena od glavnih vrst monoacilglicerolov v različnih tkivih podgan in dokazi za njegovo generiranje prek mehanizmov, odvisnih in neodvisnih od CA2 plus. FEBS Lett. 1998; 429: 152–156.

9. Ritter JK, Li G, Xia M, et al. Anandamid in njegovi metaboliti: kakšne so njihove vloge v ledvicah? Front Biosci (Schol Ed). 2016; 8: 264–277.

10. Hryciw DH, McAinch AJ. Kanabinoidni receptorji v ledvicah. Curr Opin Nephrol Hypertens. 2016; 25: 459–464.

11. Howlett AC, Blume LC, Dalton GD. CB(1) kanabinoidni receptorji in z njimi povezani proteini. Curr Med Chem. 2010; 17: 1382–1393.

12. Pertwee RG. Farmakologija kanabinoidnih receptorjev in njihovih ligandov: pregled. Int J Obes (Lond). 2006; 30 Dodatek 1: S13–S18.

13. Larrinaga G, Varona A, Perez I, et al. Izražanje kanabinoidnih receptorjev v človeških ledvicah. Histol Histopathol. 2010; 25: 1133–1138.

14. Osei-Hyiaman D, DePetrillo M, Pacher P, et al. Aktivacija endokanabinoidov na jetrnih receptorjih CB1 stimulira sintezo maščobnih kislin in prispeva k debelosti zaradi prehrane. J Clin Invest. 2005; 115: 1298–1305.

15. Jenkin KA, McAinch AJ, Zhang Y, et al. Povečana ekspresija kanabinoidnega receptorja 1 in receptorja 55, vezanega na protein G, v celicah proksimalnih tubulov in celotni ledvici, izpostavljeni diabetičnim stanjem. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2015; 42: 256–262.

16. Jenkin KA, O'Keefe L, Simcocks AC, et al. Kronično dajanje AM251 izboljša albuminurijo in ledvično tubularno strukturo pri debelih podganah. J Endocrinol. 2015; 225: 113–124.

17. Koura Y, Ichihara A, Tada Y, et al. Anandamid zmanjša hitrost glomerulne filtracije s prevladujočo vazodilatacijo eferentnih arteriol v ledvicah podgan. J Am Soc Nephrol. 2004; 15: 1488–1494.

18. Silva GB, Atchison DK, Juncos LI, et al. Anandamid zavira s transportom povezano porabo kisika v Henlejevi zanki z aktiviranjem receptorjev CB1. Am J Physiol Renal Physiol. 2013; 304: F376–F381.

19. Barutta F, Corbelli A, Mastrocola R, et al. Blokada kanabinoidnega receptorja 1 izboljša albuminurijo pri eksperimentalni diabetični nefropatiji. Sladkorna bolezen. 2010; 59: 1046–1054.

20. Lecru L, Desterke C, Grassin-Delyle S, et al. Kanabinoidni receptor 1 je glavni mediator ledvične fibroze. Kidney Int. 2015; 88: 72–84.

21. Janiak P, Poirier B, Bidouard JP, et al. Blokada kanabinoidnih receptorjev CB1 izboljša delovanje ledvic, presnovni profil in poveča preživetje debelih podgan Zucker. Kidney Int. 2007; 72: 1345–1357.

22. Lin CL, Hsu YC, Lee PH, et al. Motnje kanabinoidnega receptorja 1 PPARgamma2 povečajo indukcijo hiperglikemije mezangialnega vnetja in fibroze v ledvičnih glomerulih. J Mol Med (Berl). 2014; 92: 779–792.

23. Nam DH, Lee MH, Kim JE, et al. Blokada kanabinoidnega receptorja 1 izboljša insulinsko odpornost, metabolizem lipidov in diabetično nefropatijo pri miših db/db. Endokrinologija. 2012; 153: 1387–1396.

24. Jourdan T, Szanda G, Rosenberg AZ, et al. Prekomerno aktiven kanabinoidni receptor 1 v podocitih poganja diabetično nefropatijo tipa 2. Proc Natl Acad Sci US A. 2014;111:E5420–E5428.

25. Barutta F, Piscitelli F, Pinch S, et al. Zaščitna vloga kanabinoidnega receptorja tipa 2 v mišjem modelu diabetične nefropatije. Sladkorna bolezen. 2011; 60: 2386–2396.

26. Jenkin KA, McAinch AJ, Grinfeld E, et al. Vloga kanabinoidnih receptorjev pri človeški proksimalni tubularni hipertrofiji. Cell Physiol Biochem. 2010; 26: 879–886.

27. Tam J, Cinar R, Liu J, et al. Inverzni agonizem perifernih kanabinoidnih-1 receptorjev zmanjša debelost z odpravo odpornosti na leptin. Cell Metab. 2012; 16: 167–179.

28. Sampaio LS, Taveira Da Silva R, Lima D, et al. Endokanabinoidni sistem v ledvičnih celicah: regulacija transporta Na(plus) z receptorji CB1 prek različnih celičnih signalnih poti. Br J Pharmacol. 2015; 172: 4615–4625.

29. Lim JC, Lim SK, Han HJ, et al. Kanabinoidni receptor 1 posreduje apoptozo, ki jo povzroča palmitinska kislina, preko stresa endoplazmatskega retikuluma v človeških ledvičnih proksimalnih tubularnih celicah. J Cell Physiol. 2010; 225: 654–663.

30. Lim JC, Lim SK, Park MJ, et al. Kanabinoidni receptor 1 posreduje visoko z glukozo inducirano apoptozo prek stresa endoplazmatskega retikuluma v primarno kultiviranih mezangialnih celicah podgan. Am J Physiol Renal Physiol. 2011;301:F179–F188.

31. Deutsch DG, Goligorsky MS, Schmid PC, et al. Proizvodnja in fiziološka dejanja anandamida v vaskulaturi podganje ledvice. J Clin Invest. 1997; 100: 1538–1546.

32. Lee SF, Newton C, Widen R, et al. Diferencialna ekspresija mRNA kanabinoidnega CB(2) receptorja v subpopulacijah mišjih imunskih celic in po stimulaciji celic B. Eur J Pharmacol. 2001; 423: 235–241.

33. Jenkin KA, O'Keefe L, Simcocks AC, et al. Ledvični učinki kronične farmakološke manipulacije receptorjev CB2 pri podganah z debelostjo, ki jo povzroča prehrana. Br J Pharmacol. 2016; 173: 1128–1142.

34. Jenkin KA, McAinch AJ, Briffa JF, et al. Izražanje kanabinoidnega receptorja 2 v celicah človeških proksimalnih tubulov uravnava albumin neodvisno od signalizacije ERK1/2. Cell Physiol Biochem. 2013; 32: 1309–1319.

35. Mukhopadhyay P, Pan H, Rajesh M, et al. Kanabinoidni receptorji CB1 spodbujajo oksidativni/nitrozativni stres, vnetje in celično smrt v modelu mišje nefropatije. Br J Pharmacol. 2010; 160: 657–668.

36. Koga D, Santa T, Fukushima T, et al. Masna spektrometrična kemijska ionizacija s tekočinsko kromatografijo in atmosferskim tlakom določanje anandamida in njegovih analogov v možganih in perifernih tkivih podgan. J Chro- motor B Biomed Sci Appl. 1997; 690: 7–13.

37. Matias I, Petrosino S, Racioppi A, et al. Disregulacija ravni perifernih endokanabinoidov pri hiperglikemiji in debelosti: učinek diete z visoko vsebnostjo maščob. Mol Cell Endocrinol. 2008; 286 (1–2 Suppl 1): S66–S78.

38. Long JZ, LaCava M, Jin X, et al. Anatomski in časovni portret fizioloških substratov za hidrolazo amida maščobnih kislin. J Lipid Res. 2011; 52: 337–344.