Napredek raziskav Klotha pri kronični ledvični bolezni
Dec 05, 2022
Povzetek: Klotho je "anti-aging" gen, ki kodira protein Klotho in se izraža predvsem v ledvicah, možganskem tkivu in obščitnici. Študije v zadnjih letih so pokazale, da ima Klotho poleg učinka proti staranju tudi različne mehanizme, ki so tesno povezani zpoškodbe ledvic, kot je uravnavanje presnove kalcija in fosforja,zaviranje vaskularne kalcifikacije, protivnetno, antioksidacija, inzaviranje ledvične fibroze. igrajo pomembno vlogo pri razvoju njegovih zapletov.
Klothojegen, povezan s staranjemodkrila ekipa japonskega učenjaka Kuro-oja na modelu miši leta 1997. Miši s pomanjkanjem Klotho imajo disfunkcijo več organov in krajšo življenjsko dobo ter kažejo podobne simptome kotčloveško staranje, vključno zarterijska skleroza, osteoporoza, hiperfosfatemija, žilniinkalcifikacija mehkih tkivitd. [1]. Kasneje so znanstveniki identificirali dva druga paraloga, -Klotho in -Klotho, nato pa Klotho poimenovali kot -Klotho.
Kronična ledvična bolezen(CKD) se nanaša na dolgotrajno nepopravljivo škodo in okvarostruktura in delovanje ledvicki jih povzročajo različni razlogi. Kot jebolezen napreduje, lahkovključujejo zunajledvične organe in imajo več negativnih sistemskih učinkov, kar vodi v srčno-žilne in druge bolezni ter s tem povečuje tveganje smrti. Tveganje za kronično ledvično bolezen se povečuje s starostjo in velja za stanje staranja [2].
Kliknite tukaj za več podrobnosti o
kako cistanche deluje nevroprotekcijsko za preprečevanje staranja
VPRAŠAJTE ZA VEČ PODROBNOSTI:
wallence.suen@wecistanche.com 0015292862950
V zadnjih 20 letih vse več dokazov iz kliničnih in osnovnih raziskav kaže, da Klotho, ki se imenuje "proti staranju" gen, ima najvišjo stopnjo izražanja vledvičnega tkiva[1]. notriCKDpri bolnikih in živalskih modelih se je raven Klotha znižala in spremljala ledvičnainsuficienco, so imeli miši s pomanjkanjem Klotho in bolniki s kronično ledvično boleznijo podobne simptome, kar kaže, da je Klotho tesno povezan s patogenim mehanizmom kronične ledvične bolezni [3]. Poleg tega so nadaljnje študije pokazale, da Klotho ni samo zgodnja faza kronične ledvične bolezni, ampak je tudi potencialna terapevtska tarča kronične ledvične bolezni [4].
Zato se ta članek osredotoča na mehanizem Klotho vCKDin njegovih ekstrarenalnih zapletov ter raziskuje njegov molekularno biološki mehanizem vkronična ledvična bolezen. 1. Struktura, delovanje in izražanje Klotho v ledvicah Klotho se nahaja na človeškem kromosomu 13 (13q12), vključno s 5 eksoni in 4 introni, s skupno dolžino 50 kb, in -Klotho protein, ki ga kodira Klotho, je vrsta I enokanalni transmembranski glikoprotein z molekulsko maso 130 kDa [1]. Protein Klotho ima dve obliki: membranski tip in izločeni tip, vsebnost izločenega tipa pa je višja od vsebnosti membranskega tipa.
Klotho se lahko izraža v različnih tkivih, kot nprledvica, možganih in obščitnicah, koncentracija izražanja v ledvicah pa je najvišja v primerjavi z drugimi organi; raven serumskega Klotho pri podganah z dvostransko nefrektomijo je znatno zmanjšana, kar dokazuje, da so ledvice glavni izvorni organ Klotho, Klotho pa se izraža predvsem v proksimalnih in distalnih tubularnih epitelnih celicah [5]. Knockout Klotho v ledvičnih tubularnih epitelijskih celicah miši lahko povzroči ne samo znatno zmanjšanje ravni izražanja Klotho, ampak so tudi klinične manifestacije podobne tistim pri miših s sistematičnim knockoutom Klotho. V normalnih fizioloških pogojih ledvice niso le glavni regulator za vzdrževanje ravni Klotho. Organi in ga lahko očistijo iz krvi v urin [6-7], sodelujejo pri razgradnji in presnovi Klotha ter vzdržujejo dinamično ravnovesje Klotha.
Mehanizem in pomen Klotha pri CKD
Povečanje količine Klotho ali dajanje eksogenega proteina Klotho lahko izboljša delovanje ledvic in zmanjša stopnjo okvare ledvic. V primerjavi z mišmi divjega tipa imajo miši s pomanjkanjem Klotho hujšo okvaro ledvic, hitrejše napredovanje kronične ledvične bolezni in večjo fibrozo[8]. Te študije so potrdile, da ima Klotho zaščito ledvic. Poleg klasičnega "anti-aging" učinka deluje membranski Klotho predvsem kot rastni faktor fibroblastov 23 (FGF23).
Koreceptorji zdravila Klotho sodelujejo pri uravnavanju presnove kalcija in fosforja ter vzdržujejo mineralno homeostazo [9]; poleg uravnavanja metabolizma kalcija in fosforja ima izločeni Klotho tudi funkcije zaviranja vaskularne kalcifikacije, zaviranja fibroze, antioksidativnega stresa, protivnetnega delovanja, zaviranja apoptoze celic in drugih zaščitnih funkcij celic.
1. Klotho sodeluje pri presnovi mineralov in zavira vaskularno kalcifikacijo
CKD pogosto povzroča motnje v presnovi mineralov, kar vodi do mineralnih in kostnih nenormalnosti CKD (CKD-MBD) in vaskularne kalcifikacije. CKD-MBD povzroči zmanjšanje Klotho v zgodnji fazi in celo spodbudi transformacijo vaskularnih osteoblastov, s čimer poveča kostne celice za izločanje beljakovin, s čimer povzroči vaskularno kalcifikacijo. Kalcifikacija [10].
Zato korekcija Klotha in vzdrževanje mineralne homeostaze ne koristita le presnovi kosti in mineralov, temveč tudi ublažita srčno-žilne bolezni in izboljšata kakovost življenja pri bolnikih s kronično ledvično boleznijo inkončna ledvična bolezen(ESRD). Pomanjkanje kloto lahko vpliva na presnovo mineralov na naslednje načine.
(1) Hiperfosfatemija: Hiperfosfatemija je široko prisotna pri bolnikih s končno odpovedjo ledvic in je glavni patogeni dejavnik KLB-MBD ter glavni razlog za napredovanje vaskularne kalcifikacije. Miši s pomanjkanjem Klotho imajo hudo hiperfosfatemijo, medtem ko imajo miši s prekomerno ekspresijo Klotho znižan serumski fosfat [1]. Ekspresija proteina Klotho in mRNA v ledvicah normalnih miši, hranjenih z dieto z visoko vsebnostjo fosforja, je bila znatno zmanjšana, medtem ko so bile tiste, hranjene z dieto z nizko vsebnostjo fosforja.
Prehranske miši podtipa Klotho lahko delno obnovijo izražanje Klotho [11]. Zgornje študije kažejo, da ima Klotho regulativno vlogo pri homeostazi fosfatov in da je pomanjkanje Klotho lahko vpleteno v razvoj hiperfosfatemije. Hkrati bo pomanjkanje Klotho zmanjšalo izločanje fosfata iz urina in tako pospešilo kopičenje fosforja v krvi pri kronični ledvični bolezni. Višja kot je raven fosforja v serumu, večja je stopnja kalcifikacije mehkih tkiv.
(2) Povečajte raven FGF23: Klotho in FGF23 sta nastajajoča dejavnika pri CKD-MBD. FGF23 je fosforiliran protein, ki vzdržuje presnovno ravnovesje fosfata z medsebojnim delovanjem s Klothom, paratiroidnim hormonom (PTH) in 1,25-(OH)2-VitD3[12]. Miši s pomanjkanjem Klotho imajo zelo visoke ravni FGF23 v serumu in Klotho je lahko negativni regulator FGF23.
Poskusi so tudi dokazali, da je bila funkcija FGF23 znatno oslabljena, ko je Klotho manjkal [13]. Najnovejši podatki kažejo, da je razmerje med FGF23 in preoblikovanjem srca odvisno od Klotha, povezava FGF23 s srčno hipertrofijo in fibrozo pa je očitna le v odsotnosti Klotha [7]. Kot izboljšan koreceptor Klotho membranskega tipa spodbuja kombinacijo endokrinih FGF23 in FGFR s tvorbo kompleksa Klotho/FGF receptor (FGFR)/FGF23 in nato aktivira pot prenosa signala FGF v svojih ciljnih organih [12,14]. ]. Pri CKD se raven FGF23 v serumu dvigne prej kot fosfat in študije so pokazale, da je tesno povezana z uremično kardiomiopatijo [15]. Špekulira se, da se FGF23 ne more uporabljati le kot biomarker za zgodnjo diagnozo kronične ledvične bolezni, ampak tudi kot marker za srčno-žilne bolezni pri bolnikih s kronično ledvično boleznijo in končno ledvično odpovedjo. in napovedovalci umrljivosti.
(3) Pomanjkanje vitamina D: nizko 1,25-(OH)2-VitD3 je
Je eden glavnih dejavnikov pri motnjah presnove mineralov in se pogosto pripisuje boleznim kosti in sekundarnemu hiperparatiroidizmu, ki ga povzroča kronična ledvična bolezen. Vendar pri Klotho izločenih miših inaktivacija FGF23-Klotho osi povzroči povečano izražanje 1 -hidroksilaze, kar vodi do povišanih ravni aktivnega vitamina D v serumu, kar kaže, da pomanjkanje Klotho moti 1 -hidroksilazo Regulacija negativne povratne informacije med aktivnim vitaminom D in aktivnim vitaminom D, nato pa
Prekomerno visok aktivni vitamin D je glavni vzrok za nenormalno raven fosforja v krvi in kalcifikacijo mehkih tkiv pri miših s pomanjkanjem Klotho [16-17].
(4) Sekundarni hiperparatiroidizem: Sekundarni hiperparatiroidizem je pogost zaplet KLB in ESRD. V fizioloških pogojih FGF23 deluje na FGFR in koreceptor Klotho v obščitnični žlezi, zavira izločanje obščitničnega hormona in vzdržuje homeostazo kalcija in fosforja [18].
Študija je pokazala, da je bila raven serumskega FGF23 pri bolnikih s sekundarnim hiperparatiroidizmom bistveno višja kot pri zdravih ljudeh, medtem ko je bila raven Klotho bistveno nižja. Po paratiroidektomiji so se ravni FGF23, PTH, kalcija in fosforja začele zniževati, prvi dan po operaciji pa se je znižala tudi raven Klotho, nato pa se je povečala negativna povratna informacija [19]. Klotho lahko neposredno ali posredno zavira sintezo in izločanje PTH ter sodeluje pri nastanku in razvoju hiperparatiroidizma.
2. Klotho zavira ledvično fibrozo
Ledvična fibroza je pogosta patološka manifestacija kronične ledvične bolezni. so raziskave pokazale, da se lahko na živalskem modelu ledvične intersticijske fibroze (RIF) Klotho RIF, ki jo povzroči enostranska obstrukcija sečnice (UUO), poslabša zaradi napake pri doseganju sečevoda, medtem ko je stopnja RIF pri transgenih živalih Klotho znatno zmanjšana[ 20-21]; dajanje eksogenega proteina Klotho lahko tudi zmanjša RIF pri UUO živalih[22]. Poskusi in vitro so tudi pokazali, da lahko Klotho zavira nastajanje fibrogenih faktorjev v epitelijskih celicah ledvičnih tubulov, endotelijskih celicah in intersticijskih fibroblastih ter zmanjša sintezo in izločanje zunajceličnega matriksa [23]. Klotho lahko zavira različne signalne transdukcije
pot za ponovno zaščito pred fibrozo.
(1) Signalna pot transformirajočega rastnega faktorja 1 (TGF- 1): Klotho zavira izražanje TGF- 1 pri miših z ledvično fibrozo, ki jo povzroča UUO, TGF- 1 pa tudi zmanjša izražanje Klotho v epitelnih celicah ledvic. Študije so pokazale, da se lahko izločeni Klotho neposredno veže na receptor tipa II TGF- 1 in tako zavira ledvično fibrozo z zaviranjem aktivnosti TGF- 1[24].
(2) Signalna pot Wnt/-catenin: Študije so pokazale, da lahko zmanjšanje Klotho aktivira pot fibroze, ki jo posreduje Wnt/-catenin, Klotho pa se lahko kombinira z različnimi komponentami Wnts, kot so Wnt1, Wnt4 in Wnt7a, in deluje kot pot Wnt. Konkurenčni antagonisti, ki zavirajo
Aktivacija Wnt in jedrski prenos -katenina, s čimer se zavira delovanje ledvic
Vloga fibroze [21].
(3) Angiotenzin II (Ang II): Ang II uravnava ledvično fibrozo s pospeševanjem izražanja drugih dejavnikov, kot so TGF-, faktor rasti vezivnega tkiva, inhibitor aktivatorja plazminogena 1, faktor tumorske nekroze in jedrski faktor κB (NF -κB)[25]. Študije so pokazale, da ledvična poškodba, ki jo povzroča Ang II, zavira izražanje Klotho, medtem ko lahko izražanje Klotho ublaži ledvično poškodbo, ki jo povzroča Ang II.
(4) Signalna pot zunajcelične signalno regulirane kinaze (ERK) 1/2-p38: nedavne študije so pokazale, da eksogeni Klotho zmanjša fibronektin, povzročen z visoko glukozo, in celično hipertrofijo prek signalizacije kinaze ERK1/2-p38 poti, s čimer inducira poškodbo diabetične nefropatije in vitro[23], lahko dajanje proteina Klotho nadzoruje ledvično fibrozo, ki jo povzroča bazični rastni faktor fibroblastov 2-[26]
3. Klotho uravnava oksidativni stres v ledvičnem tkivu
Reaktivne kisikove vrste, ki jih proizvaja telesna presnova, lahko povzročijo poškodbe celic, kar je ena od pomembnih patogenez bolezni ledvic. Pri bolnikih s kronično ledvično boleznijo, medtem ko je Klotho zmanjšan, obstaja tudi močan odziv na oksidativni stres. Klotho lahko ublaži celično staranje in apoptozo, ki jo povzroča oksidativni stres v endotelijskih celicah. Klinična študija na 282 bolnikih z diabetično nefropatijo je pokazala, da je bila raven serumskega Klotha pri bolnikih z diabetično nefropatijo nižja kot v kontrolni skupini, medtem ko je bil lipidni peroksid 8-izomerni prostaglandin bistveno višji, oba pa sta bila negativno korelirano [27]; Presečna študija 78 bolnikov na peritonealni dializi je tudi pokazala, da so serumske ravni Klotho negativno povezane z oksidativnim stresom [28]. Poskusi na živalih so pokazali, da lahko oksidanti zmanjšajo izražanje Klotho in povzročijo poškodbe celic; prekomerno izražanje Klotho oksidira
Odziv na stres je bil bistveno zmanjšan, spremljalo pa ga je povečanje izražanja mangan-superoksid dismutaze (Mn-SOD) in zmanjšanje izražanja markerja oksidativne poškodbe DNA 8-hidroksideoksigvanozina[20], kar kaže, da je izguba Ekspresija Klotho spodbuja aktivacijo reaktivnih kisikovih vrst. Proizvodnja snovi in odziv na oksidativni stres. Poleg poti insulina/inzulinu podobnega rastnega faktorja 1 je lahko mehanizem antioksidativnega delovanja zdravila Klotho povezan tudi s signalnimi potmi, kot so receptorji za eritropoetin [29]. Druga študija je pokazala, da lahko anti-apoptotične učinke in učinke zdravila Klotho proti staranju v vaskularnih endotelijskih celicah človeške popkovnične vene (HUVEC) posreduje preko poti protein kinaze, ki je aktivirana z mitogenom/ekstracelularnega signala, in da Klotho aktivira ciklični adenofosfat. Mn-SOD inducira pot glikozida (cAMP)/protein kinaze A (PKA), s čimer se izvaja antioksidativni učinek v HUVEC[30]. Poleg tega lahko Klotho tudi zmanjša oksidativno škodo, ki jo povzroča Ang II, in apoptozo v vaskularnih gladkih mišičnih celicah s spodbujanjem cAMP/PKA posredovane inhibicije ekspresije proteina nikotinamid adenin dinukleotid fosfat oksidaze 2 [31].
4. Klotho zavira vnetni odziv ledvic
Pri ledvični odpovedi se pro-vnetni dejavniki pri kronični ledvični bolezni postopoma povečujejo, vključno z IL-6, faktorjem tumorske nekroze itd., in zmanjšanje Klotho je tesno povezano z vnetnim odzivom. V živalskih modelih diabetične nefropatije lahko delecija Klotho spodbuja nastajanje vnetnih mediatorjev v ledvičnem tkivu, kot so IL-6, IL-8 in faktor tumorske nekroze, ter poslabša vnetni odziv ledvic; Vnetni odziv in vnetje ledvičnega tkiva transgenih živali Klotho. Medij je znatno zmanjšan [29]. Klinične študije so tudi pokazale, da so se ravni Klotho v serumu pri bolnikih s kronično ledvično boleznijo zmanjšale, kar je spremljalo povečano izražanje vnetnih markerjev, kot so IL-6, IL-18, faktor tumorske nekroze itd., in obstajala je negativna korelacija med Klotho in markerji vnetja[32].
Protivnetni mehanizem zdravila Klotho je lahko povezan z zaviranjem vnetnega odziva, ki ga posreduje NF-κB, NF-κB pa je pomemben transkripcijski faktor pri vnetnem odzivu. Študija je pokazala, da obstaja dvosmerno razmerje med Klotho in NF-κB [33], kar pomeni, da lahko Klotho zavira vnetne odzive, vnetni mediatorji pa lahko tudi uravnavajo izražanje Klotho. Klotho lahko dodatno zavira aktivacijo NF-κB z zaviranjem fosforilacije p65 in s tem zavira transkripcijo vnetnih mediatorjev [13]. Klotho lahko tudi zavira vnetni odziv, ki ga posreduje gen I, inducibilen z retinojsko kislino [34]. Zato lahko Klotho deluje kot protivnetni modulator v ledvicah.
5. Klotho zavira apoptozo ledvičnih celic. Povečano izražanje Klotho lahko zavre celično apoptozo.
Nasprotno pa lahko delecija Klotho spodbuja apoptozo epitelijskih celic ledvičnih tubulov. V mišjem modelu nefrotoksične akutne poškodbe ledvic je bila ekspresija Klotho zmanjšana in šibek induktor apoptoze, povezan s faktorjem tumorske nekroze, je bil blokiran [35], dodajanje eksogenega proteina Klotho pa bi lahko zaviralo inducirano apoptozo epitelijskih celic ledvičnih tubulov. avtor UUO[ 22]. Klotho lahko zavira apoptozo celic trebušne slinavke in vpliva na visoko glukozo in druge dejavnike.
Lahko zavira apoptozo epitelijskih celic ledvičnih tubulov [36]. Klotho lahko tudi zmanjša staranje celic in apoptozo, ki jo povzroča oksidativni stres v endotelijskih celicah. Banerjee et al. [37] so pokazali, da je mogoče mehanizem Klotho zaviranja apoptoze doseči z uravnavanjem stresa endoplazmatskega retikuluma. Ali lahko Klotho zavira apoptozo po drugih poteh, je treba še dodatno preučiti.
Povzetek in Outlook
S poglabljanjem raziskav so fiziološke funkcije, vključene v Klotho, nenehno odkrivali, in domneva se, da ga ni mogoče uporabiti le kot občutljiv biomarker za zgodnjo diagnozo in oceno prognoze na področju bolezni ledvic in sorodnih bolezni, ampak tudi kot nova metoda zdravljenja. Teoretično lahko dodajanje eksogenega proteina Klotho ali uravnavanje izražanja Klotho in vivo zaščiti delovanje ledvic, upočasni napredovanje kronične ledvične bolezni in izboljša zaplete. Čeprav so bile nekatere funkcije razjasnjene, natančne fiziološke vloge in molekularne funkcije Klotha niso v celoti razvozlane. Večina trenutnih raziskav je omejena na poskuse na živalih. Učinkovitost in varnost zdravila Klotho pri zdravljenju kronične ledvične bolezni pri ljudeh je treba dodatno preveriti s strogimi kliničnimi raziskavami. V prihodnosti bo boljše razumevanje molekularnih mehanizmov, s katerimi Klotho zdravi bolezni ledvic in preprečuje bolezni srca in ožilja, pomagalo pri razvoju novih terapevtskih strategij.
