Исследования Cistanche: фармакологические эпигенетические модуляторы щелочной фосфатазы при хронической болезни почек, часть 1
Mar 12, 2022
Контакт:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791
Матиас Хаархаусa,b,c, Дин Гилхамд, Эвелина Куликовскиd, Пер Магнуссонbи Камьяр Калантар-Задеe,f,g
Цель обзора
Вхроническое заболевание почекнарушение ряда метаболических регуляторных механизмов вызывает преждевременное старение, ускоренноесердечно-сосудистые заболевания, и смертность. Одноцелевые вмешательства неоднократно не улучшали прогноз при хронической болезни почек. пациенты.Эпигенетическийвмешательства могут модулировать несколько патогенетических процессов одновременно.Щелочная фосфатазаявляется надежным предиктором сердечно-сосудистых заболеваний и смертности от всех причин и вовлечен в патогенные процессы, связанные с сердечно-сосудистыми заболеваниями вхроническое заболевание почек.
Недавние выводы
В экспериментальных исследованиях,эпигенетическиймодуляциящелочнойфосфатазапомикроРНКили ингибирование бромодомена и экстратерминального (BET) белка показало многообещающие результаты для лечения сердечно-сосудистых заболеваний и других хронических метаболических заболеваний. Ингибитор БЭТапабеталонев настоящее время оценивается снижение сердечно-сосудистого риска в клиническом исследовании фазы III у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями высокого риска, включая пациентов с хроническим заболеванием почек. (Идентификатор ClinicalTrials.gov: NCT02586155). Исследования фазы II демонстрируютщелочнойфосфатаза-снижение потенциалаапабеталоне, что было связано с улучшением сердечно-сосудистых и почечных исходов.
Резюме
Щелочная фосфатазаявляется предиктором сердечно-сосудистых заболеваний и смертности вхроническое заболевание почек. Эпигенетическиймодуляциящелочная фосфатазаобладает потенциалом влиять на несколько патогенетических процессов при хронической болезни почек и тем самым улучшатьсердечно-сосудистыйрезультаты.
Ключевые слова:
функция почек, щелочная фосфатаза, апабеталоне, хроническое заболевание почек, эпигенетический, микроРНК, кальцификация сосудов.
Введение
Хроническая болезнь почек (хроническая болезнь почек) представляет собой состояние дисбаланса нескольких важных физиологических регуляторных механизмов, среди которых баланс минералов, кислотно-щелочной баланс, баланс питания и энергетический баланс, что приводит к ускорению сердечно-сосудистых заболеваний (сердечно-сосудистых заболеваний) и смертности. . Кроме того, хроническая болезнь почек также связано с хроническим воспалением и напоминает модель преждевременного старения [1,2]. При хроническом заболевании почек активируются многочисленные пути, связанные с иммунитетом и воспалением, окислительным стрессом, эндотелиальной дисфункцией,кальцификация сосудови коагуляция [3]. ФармакологическийэпигенетическийПреимущество модуляции заключается в одновременном воздействии на несколько процессов, связанных с заболеванием. Из-за его экспрессии во многих тканях и органах, которая активируется в ответ на различные патогенные стимулы,щелочная фосфатаза (щелочнойфосфатаза, EC 3.1.3.1) может быть подходящей целью дляэпигенетическиймодуляция (рис. 1).
ФИГУРА 1.Щелочная фосфатазавыражен повсеместно; однако вкладщелочная фосфатазаиз разных тканей в циркулирующующелочная фосфатазаактивность может быть разной. В норме печеночные и костные изоформы тканевого неспецифического изоферментащелочная фосфатазасоставляют примерно по 50 процентов от общего объема оборотащелочная фосфатазаМероприятия. Кишечникщелочная фосфатазаможет составлять до 10 процентов оборотащелочная фосфатазаактивности у лиц с группой крови B или 0, но менее 3 процентов у лиц с группой крови A. Циркулирующиещелочная фосфатазапредсказывает исходы, связанные с заболеванием, например, сердечно-сосудистые заболевания или смертность, но до каких пределовщелочная фосфатазапроисходит из определенных тканей, вносит вклад в общую циркулирующующелочнойфосфатазаактивность при патологических состояниях остается в значительной степени неопределенной. Разработано Macrovector и Brgfx-Freepik.com.
цистанхеМожнолечить заболевание почекулучшатьфункция почек
КЛЮЧЕВЫЕ МОМЕНТЫ
Обращениещелочнойфосфатазаявляется надежным маркером риска сердечно-сосудистых заболеваний и смертности от всех причин в общей популяции, а также хронической болезни почек.
Щелочная фосфатазаповсеместно выражен и участвует в ряде патофизиологических процессов, связанных с сердечно-сосудистыми осложнениями при хронической болезни почек, например,кальцификация сосудов, хроническое воспаление, окислительный стресс и фиброз.
ингибиторы БЭТ имикроРНКнаходятсяэпигенетическиймодуляторы, способные одновременно воздействовать на несколько различных патогенных механизмов, активизирующихся при хронических заболеваниях.
Романэпигенетическиймодуляторапабеталоневоздействует на патогенетические процессы, связанные с индукциейщелочнойфосфатазаи улучшает сердечно-сосудистый прогноз у пациентов с высоким риском, включая пациентов с хронической болезнью почек. при снижении циркуляциищелочнойфосфатазаМероприятия.
Цистанхеможет улучшитьфункции почеки избегатьхроническое заболевание почек.
ЩЕЛОЧНАЯ ФОСФАТАЗАВ ЗДОРОВЬЕ И БОЛЕЗНИ
Щелочная фосфатазапредставляет собой повсеместно экспрессируемый фермент, катализирующий гидролитическое удаление фосфатных групп из биохимических соединений [4]. У человека известны четыре различных изофермента. Тканенеспецифический изофермент (TN-щелочнойфосфатаза) экспрессируется в разных органах, например, в костях, печени, почках, головном мозге, сердечно-сосудистой системе и лейкоцитах, тогда как тканеспецифические изоферменты экспрессируются в кишечнике (I-щелочная фосфатаза), плацента и яичко (зародышевые клеткищелочнойфосфатаза) [5]. У большинства здоровых людей циркулирующая общаящелочнойфосфатаза активность состоит примерно из 50 процентов костно-специфических изоформ TN-щелочнойфосфатаза(B-щелочнойфосфатаза) и равный процент специфичных для печени TN-щелочнойфосфатазаизоформы. Однако у пациентов с группами крови В и 0 I-щелочная фосфатазаможет составлять до 10 процентов оборотащелочнойфосфатазаМероприятия. У лиц с группой крови А, I-щелочнойфосфатазасоставляет менее 3 процентов от общегощелочнойфосфатазаактивности, так как эритроциты группы крови А связывают I-щелочной фосфатазав обращении.щелочнойфосфатазапредставляет собой эктофермент, прикрепленный к внешнему слою клеточных мембран. Он высвобождается в кровоток в виде растворимого гомодимера и выводится из кровотока через печеночные асиалогликопротеиновые рецепторы после десиалилирования циркулирующей нейраминидазой [6–8].
РИСУНОК 2. Сводка механизмов, связывающих дефосфорилированиещелочная фосфатазак нормальным и патофизиологическим процессам. ЛПС, липополисахариды; ММР, металлопротеиназа; ОПН, остеопонтин; Пи, фосфат; ПЛ, пиридоксаль; PLP, пиридоксальфосфат; PPi, пирофосфат.
ТН-щелочнойфосфатазаучаствует в регуляции биоминерализации, воспаления, окислительного стресса, дисфункции эндотелия, фиброза и клеточной гипертрофии [9&,10-12]. ТН-щелочная фосфатазасовершенно неспецифически дефосфорилирует соединения внеклеточного матрикса. Известные биологические функциищелочнойфосфатазавключают инактивацию ингибиторов кальцификации, дефосфорилирование нуклеотидов в пуринергической передаче сигналов, активацию матриксных металлопротеиназ (ММП) и локальную регуляцию метаболизма витамина В6 (рис. 2). Я-щелочнойфосфатазаспособствует регуляции микробиома кишечника, усвоению питательных веществ и системному иммунному ответу [5].
РИСУНОК 3. Хроматин состоит из ДНК и белков, образующих компактную структуру, необходимую для упаковки и стабильности эукариотических хромосом. Основными компонентами белка являются гистоны, вокруг которых наматывается ДНК, образуя нуклеосому.Эпигенетикавключает ковалентные модификации хроматина, которые не влияют на основную последовательность ДНК. Ковалентные модификации хроматина воздействуют как на структуру хроматина, так и на привлечение транскрипционных комплексов, которые, в действительности, включают или выключают гены. Эти динамичныеэпигенетическиймодификации осуществляются путем добавления (записи) и удаления (стирания) посттрансляционных модификаций с последующим «считыванием», которое диктует экспрессию генов и конечный фенотипический ответ.
Щелочная фосфатазаприсутствует у многих видов, включая человека, и обычно применяется в качестве маркера заболеваний печени или костного метаболизма; однако до недавнего времени его биологическое значение было плохо изучено. Подобно эволюционной науке, стоящей за превращением С-реактивного белка (СРБ) из модулятора воспаления в новый маркер сердечно-сосудистых заболеваний, за последние 2 десятилетия,щелочнойфосфатаза, также появляются с недавно обнаруженными ролями в биологическом гомеостазе [9&]. Появляющиеся данные свидетельствуют о том, что циркулирующиещелочнойфосфатазаявляется сильным предиктором неблагоприятных сердечно-сосудистых исходов и смертности от всех причин [9&]. Несмотря на то, что это новый маркер сердечно-сосудистого риска и потенциальная терапевтическая мишень для сердечно-сосудистого риска, нет терапевтических средств на клинической стадии, направленных на снижение сыворотки крови.щелочнойфосфатазадоступны на сегодняшний день.
Щелочная фосфатазаи биоминерализация
Биоминерализация регулируется сложным взаимодействием промоторов и ингибиторов кальцификации. При хроническом заболевании почек нарушение этого взаимодействия является обычным явлением и может вызвать обширную кальцификацию мягких тканей, такую как кальцификация медиальной артерии или кальцификация атеросклеротических бляшек.щелочнойфосфатазанеобходим для минерализации костей, о чем свидетельствует гипофосфатазия, наследственное заболевание с мутациями потери функциищелочнойфосфатазаген, кодирующий TN-щелочнойфосфатаза[13]. Кроме того,щелочнойфосфатазаиграет центральную роль в патологической кальцификации мягких тканей [14,15].щелочнойфосфатазаактивно усиливается в пузырьках матрикса, происходящих из компетентных к минерализации клеток. Эти пузырьки функционируют как очаги минерализации матрикса. Аналогичный процесс наблюдается в физиологически минерализующихся тканях, таких как кость и дентин, и в патологической кальцификации мягких тканей.щелочнойфосфатазаспособствует распространению минерализации матрикса за счет дефосфорилирования ингибиторов минерализации, таких как пирофосфат и фосфопротеин остеопонтин, а также за счет образования неорганического фосфата, делая внеклеточную среду более прокальцифицирующей [16-18]. Можно предположить роль в регуляции дополнительных фосфопротеинов во внеклеточном матриксе. Белок Matrix Gla (MGP) является одним из важнейших физиологических ингибиторов минерализации [19]. Его активность определяется посттрансляционным фосфорилированием в дополнение к витамин К-зависимому карбоксилированию [20,21]. Влияние ингибирования MGP фармакологическими антагонистами витамина К на распространение кальцификации медиальной артерии и кальцифицирующей уремической артериолопатии при хроническом заболевании почек хорошо известно [22,23]. Более низкие уровни циркулирующей нефосфорилированной формы MGP связаны скальцификация сосудови смертность у диализных больных, независимо от статуса его карбоксилирования [24]. Однако механизмы дефосфорилирования MGP пока неизвестны, и рольщелочнойфосфатаза в этом процессе можно только предполагать.
Щелочная фосфатаза и фиброз
Был предложен новый механизм действия щелочной фосфатазы при фиброзе и сердечно-сосудистой фиброзной кальцификации, что является признаком застойной сердечной недостаточности [25]. Активация щелочной фосфатазы в сердечных миоцитах приводит к усилению фиброза за счет дефосфорилирования металлопротеиназ 2 и 9 [26]. Действительно, повышенная активность циркулирующей щелочной фосфатазы наблюдалась у пациентов с хронической болезнью почек с гипертрофией миокарда и застойной сердечной недостаточностью [27-29]. Кроме того, щелочная фосфатаза в бронхоальвеолярном лаваже была идентифицирована как маркер легочного фиброза, связывая щелочную фосфатазу с фиброзными процессами в легких [30].
Щелочная фосфатаза и воспаление
Несколько механизмов связывают щелочную фосфатазу с воспалением. Циркулирующая щелочная фосфатаза хорошо коррелирует с циркулирующим СРБ, и щелочная фосфатаза была предложена как компонент острой фазы реакции печени [31]. Кроме того, циркулирующая I-щелочная фосфатаза повышается при воспалительных состояниях [32]. Однако СРБ и воспалительные цитокины оказывают ингибирующее действие на активность щелочной фосфатазы в остеобластах [33,34], поскольку циркулирующий СРБ был связан только с общей щелочной фосфатазой, а не с B-щелочной фосфатазой, в большой когорте диализных пациентов [35], что позволяет предположить внескелетный источник повышенной активности циркулирующей щелочной фосфатазы при воспалении. В отличие от влияния воспаления на щелочную фосфатазу в костях медиаторы воспаления могут повышать активность щелочной фосфатазы в гладкомышечных клетках сосудов (ГМКС) и мезенхимальных стволовых клетках [36,37], что согласуется с клиническими данными о противоположных эффектах воспаления. на костную и сосудистую минерализацию при хроническом заболевании почек [38]. Щелочная фосфатаза модулирует клеточный воспалительный ответ посредством пуринергической передачи сигналов, способствуя ферментативному превращению провоспалительного внеклеточного аденозинтрифосфата в противовоспалительный аденозин [39]. Щелочная фосфатаза также экспрессируется воспалительными клетками сосудистой стенки и может опосредовать связь между воспалением и сосудистой кальцификацией, обычно наблюдаемой при атеросклеротических бляшках и заболеваниях метаболического синдрома, таких как сахарный диабет 2 типа и хроническая болезнь почек [40–43]. ].
Воспаление, вызванное сепсисом, может вызвать острое повреждение почек и потерю почечной функции, что приводит к заболеваемости и смертности [44]. Сывороточная щелочная фосфатаза позволяет прогнозировать смертность, связанную с инфекцией [45], и была предложена в качестве компонента модели клинического прогнозирования бактериемии у пациентов с хронической болезнью почек на стадии 5D [46]. Циркулирующая щелочная фосфатаза способна инактивировать эндотоксины и другие высокофосфорилированные провоспалительные соединения [31,32]. Кишечная щелочная фосфатаза детоксифицирует липополисахарид (LPS), чтобы уменьшить его воспалительные свойства и взаимодействие с Toll-подобными рецепторами, а также предотвращает воспаление у рыбок данио в ответ на микробиоту кишечника [47]. Действительно, щелочная фосфатаза кишечника, индуцированная резолвином Е1-, способствует разрешению воспаления за счет детоксикации ЛПС [48]. Эта концепция подвергается сомнению в клинических испытаниях. Например, у пациентов с острой почечной недостаточностью и сепсисом введение рекомбинантной щелочной фосфатазы способствовало снижению смертности от всех причин, подтверждая физиологическую роль щелочной фосфатазы в смягчении вредных и болезненных явлений, возникающих при сепсисе [49]. Следовательно, подобно СРБ, существует биологически правдоподобная роль повышенных уровней щелочной фосфатазы при таких патологических обстоятельствах, которые могут вызывать неадекватные последствия. I-щелочная фосфатаза также может оказывать защитное действие против вызванных воспалением осложнений сахарного диабета 1 типа, таких как сердечно-сосудистые заболевания или диабетическая нефропатия [50].
Щелочная фосфатаза и окислительный стресс Повышенный окислительный стресс связан с неблагоприятными сердечно-сосудистыми исходами [51]. Окислительный стресс индуцирует щелочную фосфатазу и кальцификацию в кальцифицирующихся сосудистых клетках [52]. Повышенный окислительный стресс также связан с остеопорозом [53], поскольку минерализация ингибируется в остеобластах [52]. Снижение сердечно-сосудистого оксидативного стресса у пациентов с хронической болезнью почек при лечении физическими упражнениями связано со снижением циркулирующей щелочной фосфатазы [54]. Однако происхождение повышенной активности щелочной фосфатазы в сыворотке крови у пациентов с окислительным стрессом еще предстоит определить.
Щелочная фосфатаза и гипертензия Щелочная фосфатаза способствует регуляции гипертензии и тонуса сосудов. Ингибирование щелочной фосфатазы в изолированных перфузируемых почках и экспериментальных животных in vivo снижало гипертензивную реакцию артериального давления (АД) на норадреналин [55]. Эффект частично объясняется ролью щелочной фосфатазы в пуринергической передаче сигналов и повышенной продукции аденозина. Активность циркулирующей щелочной фосфатазы обратно коррелирует с максимальным сосудорасширяющим ответом на ацетилхолин, что свидетельствует об эндотелиальной дисфункции [56]. Дополнительным механизмом, связывающим щелочную фосфатазу с контролем АД, является ассоциация с жесткостью артерий [57], что, возможно, объясняется кальцификацией сосудов [58]. Можно также предположить вклад щелочной фосфатазы в усиление фиброзной трансформации емкостных артерий [59].
Щелочная фосфатаза и когнитивные нарушения
Циркулирующая щелочная фосфатаза связана с нарушением когнитивных функций [60–62]. Когнитивные нарушения являются серьезным осложнением старения и хронической болезни почек. В основе патологии лежат нейродегенеративные процессы и нарушение микроциркуляции. При болезни Альцгеймера щелочная фосфатаза в головном мозге и кровообращении обратно коррелирует с когнитивной функцией, и в качестве предполагаемого патомеханизма было предложено дефосфорилирование тау [63]. Повышенная циркулирующая щелочная фосфатаза также связана с церебральным заболеванием мелких сосудов, что является отличительной чертой сосудистых когнитивных нарушений [64]. щелочная фосфатаза способствует регуляции гамма-аминобутирата и других нейротрансмиттеров [65]. Связь снижения уровня циркулирующей щелочной фосфатазы после паратиреоидэктомии у пациентов с хронической болезнью почек с улучшением когнитивных функций предполагает возможное терапевтическое значение снижения уровня щелочной фосфатазы при когнитивных нарушениях [66].
Щелочная фосфатаза при хронической болезни почек
При хроническом заболевании почек циркулирующая щелочная фосфатаза обычно используется в сочетании с паратиреоидным гормоном для аппроксимации метаболизма кости из-за ее связи с формированием кости [10, 67]. При отсутствии заболевания печени изменения общей щелочной фосфатазы обычно возникают из-за B-щелочной фосфатазы и могут идентифицировать крайние значения высокого и низкого метаболизма костной ткани [68]. Кроме того, циркулирующая щелочная фосфатаза является лучшим предиктором переломов у диализных пациентов, чем минеральная плотность кости [69]. Циркулирующая щелочная фосфатаза также является сильным и независимым предиктором смертности и сердечно-сосудистых осложнений при хроническом заболевании почек [9&]. В популяциях с нехроническим заболеванием почек связь между щелочной фосфатазой и воспалением является предиктором смертности [35]. Напротив, уровни циркулирующей B-щелочной фосфатазы у пациентов с далеко зашедшим хроническим заболеванием почек являются еще более сильным предиктором смертности, чем общая щелочная фосфатаза [70]. Это может быть связано с обширной сосудистой кальцификацией, возникающей у пациентов с хроническим заболеванием почек, находящихся на диализе [71]. Поскольку все рассмотренные выше патомеханизмы усиливаются при хроническом заболевании почек [3], вклад щелочной фосфатазы в увеличение смертности от хронического заболевания почек, сердечно-сосудистых осложнений и нарушений когнитивных функций, по-видимому, является многофакторным.
РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНА ЩЕЛОЧНОЙ ФОСФАТАЗЫ L
TN-щелочная фосфатаза человека кодируется геном щелочной фосфатазы L (инвентарный номер NM_000478), который расположен на коротком плече хромосомы 1, 1p36.12 [72–74]. Ген щелочной фосфатазы L превышает 50 т.п.н. и включает 12 экзонов. Первый экзон является частью 50-нетранслируемой области мРНК TN-щелочной фосфатазы, которая состоит либо из экзона 1А, либо из экзона 1В, которые реагируют на разные промоторы, что приводит к образованию двух мРНК, каждая из которых кодирует идентичный полипептид, но с разными 50 -непереведенные регионы [75]. Экспрессия TN-щелочной фосфатазы повсеместна; однако транскрипция двух вариантов экзона 1 приводит к клеточно- и тканеспецифичной экспрессии. Один из этих транскриптов называется «транскриптом костной щелочной фосфатазы L», неактивные остеобласты содержат экзон 1A, тогда как экзон 1B управляется отдельным промотором, активным в тканях печени и почек [75,76].
Регуляция экспрессии щелочной фосфатазы L лучше всего изучена в остеобластоподобных клетках. Формирование костей клетками остеобластной линии и функциональные действия, например, биоминерализация, включают множественные сигналы развития, такие как гормоны, факторы роста, цитокины, лиганды WNT-родственных интеграционных центров (WNT) и костные морфогенетические белки. Кроме того, несколько факторов транскрипции регулируют экспрессию множества специфичных для остеобластов генов, экспрессирующих белки, важные для биоминерализации, например, коллаген типа I, костно-специфическую щелочную фосфатазу и остеокальцин [77]. Существенный костный фактор транскрипции, связанный с runt-родственным транскрипционным фактором 2 (Runx2), был идентифицирован как основной регулятор дифференцировки остеобластов [78]. Osterix (Osx; ген Sp7), фактор транскрипции, содержащий цинковые пальцы, с последовательностью связывания Runx2-, также необходим для дифференцировки остеобластов и минерализации кости. Osx не экспрессируется у мышей с дефицитом Runx2-, тогда как экспрессия Runx2 не затрагивается у мышей с дефицитом Osx [79], что означает, что Osx регулирует дифференцировку остеобластов ниже Runx2 [80].
Другими ключевыми транскрипционными факторами, участвующими в дифференцировке остеобластов, являются ген гомеобокса Msx2 и члены семейства distal-less homeobox (Dlx). Msx2 репрессирует экспрессию щелочной фосфатазы L, напрямую связываясь с ее промотором, тогда как Dlx5 активирует экспрессию щелочной фосфатазы L, препятствуя действию Msx2 [81]. Dlx3 является др. мощным регулятором активации Runx2 во время остеогенной дифференцировки [82]. Также было продемонстрировано, что сверхэкспрессия Dlx2 не влияет на экспрессию RUNX2, DLX5 и MSX2 при остеогенной индукции, но стимулирует экспрессию щелочной фосфатазы L и остеокальцина [83]. Таким образом, Dlx2 может напрямую активировать щелочную фосфатазу L, чтобы способствовать остеобластогенезу.
НажмитеЗдесьдля части 2.
