Значение фактора роста фибробластов-23 у больных хронической болезнью почек – обзор современных исследований
В обзоре рассмотрена роль фактора роста фибробластов FGF-23 в нарушении минерального обмена при хронической болезни почек. Описана биологическая активность и физиологическая роль FGF-23, регуляция его секреции, значение FGF-23 как самостоятельного факто
In the survey is examined the role of the factor of growth in the fibroblasts FGF-23 in the disturbance of mineral exchange with the chronic renal disease. Is described biological activity and physiological role FGF-23, the regulation of its secretion, value FGF-23 as the independent factor of the risk of cardiovascular morbidity rate.
Нарушение минерального обмена при хронической болезни почек (ХБП) способствует развитию гиперпаратиреоза, заболеваний кости и ведет к повышению кардиоваскулярной заболеваемости и летальности. Недавно был открыт фактор роста фибробластов-23 (fibroblast growth factor-23, FGF-23) — белок, состоящий из 251 аминокислоты (молекулярная масса 32 kDa), который секретируется из остеоцитов, главным образом из остеобластов [1]. Этот белок состоит из аминоконцевой последовательности сигнального пептида (остатки 1–24), центральной последовательности (остатки 25–180) и карбоксилконцевой последовательности (остатки 181–251). Период полужизни FGF-23 в циркуляции у здоровых людей составляет 58 мин [2]. FGF-23 проявляет свои биологические эффекты через активацию FGF-рецепторов. FGF1с-рецепторы, связываясь с Kлото (англ. Klotho) белком, становятся в 1000 раз более чувствительными для взаимодействия с FGF-23, чем другие FGF-рецепторы или Клото-белок отдельно. Белок Kлото — это 130 kDa трансмембранный белок, бета-глюкорозонидаза, который был открыт в 1997 г. M. Kuro-o. Белок Клото был назван в честь одной из трех греческих богинь судьбы — Клото, прядущей нить жизни и определяющей ее срок. Было обнаружено, что уровень белка Клото в организме с возрастом существенно снижается. Затем ученые доказали его роль в регуляции механизмов старения. Генетически модифицированные мыши, в организме которых уровень белка Клото был повышен в течение всей жизни, жили на треть дольше своих диких собратьев. Мыши с дефицитом белка Клото быстро старели, и у них стремительно развивался атеросклероз и кальциноз. Белок Клото представляет собой тот редчайший случай в биологии млекопитающих, когда один-единственный белок столь существенным образом влияет на продолжительность жизни и связанные с этим физиологические процессы. Как правило, такие сложные процессы регулируются множеством генов, и роль каждого из них сравнительно невелика.
Роль FGF-23 в метаболизме фосфора
Биологическая активность и физиологическая роль FGF-23 была выяснена только в последнее время. На моделях животных (нокаутных мышах по FGF-23) было показано повышение реабсорбции фосфора (Р) и уровня 1,25-дигидрооксивитамина D (1,25 (ОН)2D) [3, 4]. Мыши с отсутствием FGF-23 характеризовались тяжелой кальцификацией сосудов и мягких тканей [5]. Важно знать, что и у мышей с отсутствием Клото-белка также отмечалась тяжелая сосудистая кальцификация, ассоциированная с гиперфосфатемией и гипервитаминозом D. Биологическая функция FGF-23 была изучена на моделях мышей при назначении рекомбинантного FGF-23 и с гиперэкспрессией FGF-23. В почках FGF-23 индуцирует фосфатурию, супрессируя экспрессию натрий-фосфорного котранспортера типа IIа и IIс в проксимальных канальцах [6, 7]. Фосфатурическое действие FGF-23 не проявляется в отсутствие натрий-водородного обменного регуляторного фактора 1 (NHERF-1) и увеличивается в присутствии паратгормона (ПТГ). Кроме того, FGF-23 супрессирует образование 1,25 (ОН)2D, ингибируя 1-альфа-гидроксилазу (CYP27B1), которая конвертирует 25-гидроксивитамин D [25 (ОН)D] в 1,25 (ОН)2D и стимулирует образование 24-гидроксилазы (CYP24), которая конвертирует 1,25 (ОН)2D в неактивные метаболиты в проксимальных канальцах почек. FGF-23 также ингибирует экспрессию интестинального натрий-фосфорного транспортера NPT2b [8], уменьшая всасывание фосфора в кишечнике. Механизм снижения уровня фосфора в крови представлен на рис. 1.
.gif)
FGF-23 прямо воздействует на паращитовидные железы, регулируя секрецию и синтез паратгормона. Было показано, что FGF-23 активирует митоген-активированный протеин-киназный путь и таким образом снижает экспрессию гена ПТГ и секрецию как in vivo у крыс, так и in vitro в культуре паращитовидных клеток [9]. В другом исследовании было показано, что FGF-23 повышает экспрессию паратиреоидной 1-альфа-гидроксилазы [10], которая конвертирует 25-гидроксивитамин D [25 (ОН)D] в 1,25 (ОН)2D.
Регуляция FGF-23
Секреция FGF-23 регулируется местно в костях при участии белкового матрикса дентина-1 и фосфат-регулирующей эндопептидазы [11]. Увеличение секреции FGF-23 под воздействием 1,25 (ОН)2D показано как in vivo, так и in vitro, этот эффект опосредован через витамин D ответственные частицы, представленные в FGF-23 активаторе [12]. В клинических исследованиях показано, что назначение 1,25 (ОН)2D диализным пациентам приводило к повышению уровня FGF-23 в крови [13]. Применение высокофосфорной диеты в течение нескольких дней в экспериментальных и клинических исследованиях также приводило к увеличению уровня FGF-23 у мышей и у людей [14]. Недавно проведенные исследования показали, что эстрогены и применение парентерального железа при лечении железодефицитной анемии могут приводить к значительному повышению FGF-23 [15, 16].
FGF-23 и хроническая почечная недостаточность
Изучение уровня FGF-23 у больных с хронической почечной недостаточностью (ХПН) показало четкую его зависимость от уровня клубочковой фильтрации [17]. Повышение FGF-23 уже на ранних стадиях ХПН направлено на поддержание нейтрального баланса фосфора, за счет увеличения экскреции фосфора с мочой, уменьшения гастроинтестинальной абсорбции фосфора и супрессии продукции 1,25 (ОН)2D [18, 19]. У больных с терминальной стадией ХПН уровень FGF-23 может повышаться уже в 1000 раз по сравнению с нормой [20]. Несмотря на такое значительное повышение уровня FGF-23, оно не приводит к должному результату, что связано с дефицитом необходимого кофактора — белка Kлото, снижение уровня которого было показано в работах Koh N. с соавт. и Imanishi Y. у больных с ХПН [21, 22]. Кроме этого, повышение уровня FGF-23 происходит компенсаторно, в силу значительного снижения числа функционирующих нефронов у больных с уремией. Лечение кальцитриолом вторичного гиперпаратиреоза также может быть одной из причин повышенного уровня FGF-23, независимо от уровня фосфора в крови [23, 24]. Имеется обратная зависимость между уровнями 1,25 (ОН)2D и FGF-23 в сыворотке крови больных. Повышение FGF-23 у больных с ХПН, направленное на поддержание нормального уровня фосфора, приводит к снижению продукции 1,25 (ОН)2D, что запускает развитие вторичного гиперпаратиреоза. Паратгормон также поддерживает нормальный баланс фосфора, но не только через экскрецию фосфора, но и редуцируя экскрецию кальция и стимулируя продукцию 1,25 (ОН)2D. Однако, несмотря на это, при ХПН, в связи с уменьшением числа нефронов, компенсаторно увеличивается уровень ПТГ. При ХПН уровень FGF-23 прямо коррелирует с уровнем ПТГ, в отличие от нормы, когда имеется обратная зависимость, так как FGF-23 супрессирует синтез и экскрецию ПТГ. Это может происходить только при наличии резистентности паращитовидных желез к действию FGF-23. Подобный парадокс наблюдается и при рефрактерном вторичном гиперпаратиреоидизме, при котором нет ответа паращитовидных желез на прием кальция и кальцитриола. Это явление частично объясняется снижением экспрессии кальций-чувствительных рецепторов (CаЧР) и витамин D-рецепторов (ВДР), в паращитовидных железах с нодулярной и тотальной гиперплазией [25–27]. Недавно было также показано, что содержание белка Клото и экспрессия FGF рецепторов 1 значительно снижено при уремической гиперплазии паращитовидных желез [29, 30]. Это положение подтверждено в эксперименте на уремических крысах in vivo, когда высокое содержание FGF-23 не привело к ингибиции секреции ПТГ [31], и in vitro на культуре паращитовидных желез крыс [32]. Надо отметить, что уровень FGF-23 может быть предиктором эффективности лечения вторичного гиперпаратиреоза у диализных больных активными метаболитами витамина D [33, 34]. Длительное применение больших доз активных метаболитов витамина D при вторичном гиперпаратиреозе неуклонно ведет к повышению уровня FGF-23, а следовательно, к гиперплазии паращитовидных желез и резистентности к терапии.
FGF-23 как самостоятельный фактор риска
В работе Majd A. I. и соавт. [61] получены данные и о корреляции уровня FGF-23 с атеросклерозом, в ней авторы высказывают гипотезу, объясняющую это явление с повреждающим влиянием FGF-23 на эндотелий сосудов [62].
Дефицит витамина D часто наблюдается у больных с ХПН, в частности, из-за снижения продукции 1,25 (ОН)2D под влиянием FGF-23, что способствует развитию вторичного гиперпаратиреоза. Основным показанием для назначения активных метаболитов витамина D у больных с почечной недостаточностью является супрессия синтеза ПТГ и предотвращение болезней кости [63]. Однако активация витамин D-рецепторов приводит к ряду биологических эффектов: супрессии ренина [64, 65], регуляции иммунной системы и воспаления [66, 67], индукции апоптоза [68], сохранению эндотелия [69] и др. У мышей, нокаутированных по ВДР-гену, индуцируется гипертрофия и фиброз миокарда [70]. Дефицит витамина D — доказанный нетрадиционный фактор риска сердечно-сосудистых осложнений и летальности у больных с ХПН [71], но также повышает риск смерти у больных сердечной недостаточностью [72]. Кроме того, дефицит витамина D ассоциируется с сердечной недостаточностью и внезапной смертью в общей популяции [73, 74]. Высокий уровень FGF-23 ассоциируется с низким содержанием витамина D, что также может приводить к увеличению летальности, однако надо помнить, что чрезмерные дозы витамина D могут повышать уровень FGF-23 [75]. Механизм действия FGF-23 в норме и патологии представлен на рис. 4.
До настоящего времени не разработаны подходы к коррекции уровня FGF-23 у больных с ХПН, однако появились обнадеживающие результаты при применении цинакалцета, который снижал уровень FGF-23 [76, 77], супрессируя функции остеобластов (рис. 5). С другой стороны, применение ингибиторов ангиотензина II приводит к повышению Klotho mRNA [78] и увеличению продолжительности жизни [79].
.gif)
Литература
Е. В. Шутов, доктор медицинских наук, профессор
ГБОУ ДПО РМАПО Минздравсоцразвития России,
ГУЗ ГКБ им. С. П. Боткина Департамента здравоохранения города, Москва
Вторичный гиперпаратиреоз у больных хронической болезнью почек. Роль фактора роста фибробластов-23 (FGF-23) и Klotho
ГБOУ ВПО “Первый МГМУ им. И.М. Сеченова” Минздрава России, Москва
Проанализированы современные представления о развитии и прогрессировании вторичного гиперпаратиреоза, основанные на новых данных о патофизиологии и молекулярных механизмах взаимодействия фосфат-регулирующих систем – паратиреоидного гормона, FGF-23/Klotho и кальцитриола.
Результаты исследований, направленных на детализацию патогенеза вторичного гиперпаратиреоза при хронической болезни почек, в последние годы дополнились принципиально новыми данными. Установлены ранее не известные факторы, продуцирующиеся почечной и костной тканью, участвующие в регуляции гомеостаза фосфора, витамина D и минерализации костной ткани, – морфогенетические белки (FGF-23 и Klotho) [1, 2, 4]. В настоящее время поддержание постоянства физиологической плазменной концентрации фосфора рассматривается как результат комплексного взаимодействия паращитовидных желез (ПЩЖ), почек и костной ткани. При этом четко установлена активная эндокринная роль костной ткани [2–6].
При почечной недостаточности нарушаются все звенья минерального и костного обмена. Уже при снижении СКФ ниже 60 мл/мин/1,73 м2 уменьшается фильтрация фосфора и повышается его сывороточная концентрация, что вызывает повышение секреции FGF-23 и ПТГ; у детей аналогичные
изменения начинаются с ХБП II стадии [1, 4, 7].
Установлено, что уровень FGF-23 повышается в сыворотке крови при ХБП по мере снижения СКФ, значительно опережая увеличение сывороточной концентрации фосфора [4, 8, 9].
FGF-23 подавляют реабсорбцию фосфора, таким образом нормализуя его уровень в сыворотке крови, но при падении СКФ ниже 30 мл/мин/1,73 м 2 этот механизм поддержания нормальной сывороточной концентрации фосфора становится недостаточно эффективным и развивается стойкая гиперфосфатемия, что стимулирует усиленную секрецию FGF-23 и в дальнейшем – ПТГ [1, 4, 7, 8].
Поскольку уровень сывороточного FGF-23 у больных ХБП часто предшествует гиперфосфатемии, резистентность к FGF-23 может быть одним из наиболее ранних проявлений нарушения метаболизма фосфора при ХБП [8]. Предполагают, что развитие резистентности к FGF-23 вызвано снижением
почечной экспрессии Klotho, который является кофактором действия FGF-23 [2, 4, 6, 10]. В связи с этим низкий уровень экспрессии трансмембранной формы белка Klotho в почках может быть фактором неблагоприятного отдаленного прогноза больных ХБП [2, 3, 6, 10–12].
Центральная роль FGF23/Klotho в механизмах развития ВГПТ в настоящее время является доказанной. С одной стороны, увеличение продукции FGF-23 начиная с ранних стадий ХБП препятствует развитию гиперфосфатемии и объясняет, почему сывороточная концентрация фосфора остается нормальной вплоть до выраженного снижения СКФ. С другой стороны, FGF-23 приводит к ингибированию образования кальцитриола и формированию ВГПТ за счет ослабления геномных механизмов контроля синтеза иПТГ [8, 13–15].
Получены подтверждения наличия в ПЩЖ внутриклеточных путей, общих для передачи различных внеклеточных сигналов, таких как изменения концентрации кальция, фосфора, 1,25(OH)2D3 и FGF-23/FGFR/Klotho, направленных и на регуляцию геномной экспрессии ПТГ, его секрецию, а
также на пролиферативные процессы в органе и механизмы пролиферации клеток ПЩЖ [16]. A.S. Dusso и соавт. (2001) показали, что на ранних стадиях ХБП ограничение потребления фосфора блокирует развитие гиперплазии ПЩЖ в результате специфической индукции мРНК и синтеза р21-ингибитора циклин-зависимой киназы. Напротив, диета с большим содержанием фосфора индуцировала трансформирующий фактор роста альфа (TGF-α – лиганд EGFR) и его конвертазу ADAM17 (асимметричный диметиларгинин 17), который, полагают, является аутокринным сигналом стимуляции клеточного роста и гиперплазии ПЩЖ [16–18].
Установлено, что ADAM17 может наряду с другими мембранными протеазами (BACE1, ADAM10) принимать участие в протеолизе белка Klotho [14]. При этом Klotho утрачивает свои рецепторные свойства, формируя развитие FGF-23-резистентности органов-мишеней. В то же время отщепленная
внеклеточная (экстрацеллюлярная) часть молекулы Klotho, попадая в циркуляцию, имеет не зависимые от FGF-23 плейотропные биологические эффекты в виде ингибирования Na-Р-транспортеров (NPT2a, NPT2c, NPT3), активации кальциевого и калиевого ионных каналов (TRPV5, TRPV6, ROMK1) [11,
19–21]. Активация ADAM17 связана и со снижением продукции кальцитриола при ВГПТ, поскольку VDR-активаторы блокируют его экспрессию наряду с инактивацией EGFR [22]. Следует также отметить, что активация ADAM17 в почке под действием ангиотензина II может приводить к эффектам, имеющим системное значение. ADAM17-опосредованное локальное высвобождение и увеличение в циркуляции TNF-α, обладающего известными профибротическими/провоспалительными свойствами, и молекул адгезии (ICAM-1 и VCAM-1), могут приводить к развитию системного воспалительного стресса и сердечно-сосудистых осложнений [24].
Таблица 1. Рекомендуемые целевые уровни корректированного кальция, фосфора и иПТГ в плазме
крови в зависимости от стадии ХБП (Национальные рекомендации по МКН-ХБП) [27].
Пролиферативные процессы в ПЩЖ также могут контролироваться Pit-1 – натрий-зависимым ко-транспортером фосфора, активность которого в свою очередь регулируется фосфором
Фактор роста фибробластов 23-го типа и хроническая болезнь почек
Кафедра нефрологии и диализа ФПО ГБОУ ВПО ПСПбГМУ им. акад. И.П. Павлова МЗ РФ, Санкт-Петербург
В данном обзоре обсуждается роль фактора роста фибробластов 23-го типа (ФРФ-23) в прогрессировании почечной дисфункции, а также его кардиоваскулярные эффекты у пациентов с хронической болезнью почек. Рассматриваются различия эффектов ФРФ-23 на додиализной стадии хронической болезни почек для диализных пациентов и реципиентов почечного аллотрансплантата.
Введение
Хроническая болезнь почек (ХБП) в настоящее время признана как глобальная проблема. Около 10% населения развитых стран страдают ХБП. В развивающихся странах и странах третьего мира эта цифра еще выше. ХБП увеличивает риск преждевременной смерти. При этом на всех стадиях ХБП ведущей причиной летальности считается патология сердечно-сосудистой системы (ССЗ) [1].
У подавляющего большинства пациентов с ХБП имеет место гипертрофия левого желудочка (ГЛЖ) – важнейший фактор риска диастолической дисфункции, сердечной недостаточности (СН), нарушений ритма, внезапной смерти [2]. По сравнению с общей популяцией, где частота выявления ГЛЖ составляет около 15–20%, ХБП ассоциируется с ГЛЖ в 75–80% случаев. Это объясняется наличием факторов, присущих сугубо ХБП: анемия, ретенция натрия, гиперволемия, нарушение гомеостаза фосфора, наряду с традиционными (в первую очередь артериальной гипертензии – АГ) [3, 4].
Прорывом в изучении кардиоваскулярных осложнений при ХБП стало открытие гормона группы фосфотонинов, названного фактором роста фибробластов 23-го типа (ФРФ-23).
Первые сообщения о фосфотонинах появились в 1994 г. в исследованиях пациентов с опухоль-индуцированной остеомаляцией [5, 6]. В культурах опухолевых клеток был обнаружен термочувствительный фактор размером 10–30 кДа, который подавлял реабсорбцию фосфора в почках, главным образом в проксимальных извитых канальцах [5, 6]. В последующем он получил название «фосфотонин». В результате действия данного фактора нарастает почечная экскреция фосфора, снижается уровень фосфатов сыворотки крови, подавляется также секреция кальцитриола почками [5, 6]. Такое состояние характерно для пациентов с аутосомно-доминантным гипофосфатемическим рахитом (АДГР) и опухоль-индуцированной остеомаляцией [5, 6]. Еще до открытия ФРФ-23 в 2000 г. была высказана гипотеза, согласно которой у пациентов с АДГР имеет место мутация гена, продуцирующего фосфотонин, вероятно, и являющаяся причиной перечисленных выше изменений [7].
Спустя шесть лет фосфотонин был идентифицирован как член семейства ФРФ и назван ФРФ- 23-го типа [8]. По результатам серии исследований в 2000 г. группа T. Yamashita [8] установила, что ФРФ-23 синтезируется в вентролатеральных ядрах таламуса, а также в низких концентрациях в тимусе.
Y. Katoh et al. [9] обнаружили экспрессию ФРФ-23 в дендритных клетках. Однако ФРФ-23 главным образом секретируется остеоцитами и остеобластами костной ткани [10], откуда поступает в кровоток и действует как гормон [7, 11].
Физиологические эффекты ФРФ опосредуются их рецепторами (РФРФ), представляющими собой тирозинкиназы, кодируемые четырьмя различными генами (ФРФР1–ФРФР4) [12–15]. ФРФ-23 взаимодействует со всеми 4 рецепторами [12]. Однако аффинность ФРФ-23 ко всем этим рецепторам непрочна из-за наличия у него атипичного гепарин-связывающего домена [12, 16]. Несмотря на то что РФРФ повсеместно распространены в организме, точки приложения ФРФ-23 ограничиваются только почками и паращитовидными железами [12, 16]. ФРФ-23 действует путем связывания и активации соответствующих рецепторов при обязательном участии ко-рецептора Klotho [17, 18]. Экспрессия белка Klotho чрезвычайно высока в дистальных канальцах почек, паращитовидных железах и хориоидных узлах головного мозга [14, 15, 19]. Кроме того, посредством протеолитического расщепления Klotho отходит от поверхности клеток и поступает в кровоток. Растворимый белок Klotho действует (при этом независимо от ФРФ-23) на уровне клеток проксимальных канальцев как аутокринный фосфатурический энзим [20, 21].
Главной точкой приложения ФРФ-23 является РФРФ-Klotho-комплекс в почках. ФРФ-23 индуцирует экскрецию фосфата за счет подавления экспрессии IIa и IIc натрий-зависимых ко-транспортеров в проксимальных канальцах почек [22, 23]. ФРФ-23 снижает также всасывание фосфата в кишечнике за счет снижения уровня 1,25 дигидроксивитамина Д [1,25(OH)2D] посредством как подавления экспрессии 1-α-гидролазы, так и стимулирования экспрессии катаболической 24-гидроксилазы [24].
С другой стороны, витамин D сам контролирует образование ФРФ-23. В частности, показано, что у мышей происходит существенное нарастание уровня ФРФ-23 в плазме уже в течение нескольких часов после введения 1,25(OH)2D3 [25].
Подобный регуляторный механизм обратной связи между ФРФ-23 и витамином D был установлен и в клинических исследованиях: у диализных пациентов с вторичным гиперпаратиреозом внутривенное введение кальцитриола существенно повысило уровень ФРФ-23 в сыворотке крови [26, 27]. В то же время K. Wesseling-Perry et al. (2009) [28] установили, что значительное повышение уровня ФРФ-23 у пациентов на программном гемодиализе после внутривенного введения ПТГ не сопровождалось каким-либо изменением уро.
СОДЕРЖАНИЕ
Семьи
У людей было идентифицировано 23 члена семейства FGF, все из которых являются структурно родственными сигнальными молекулами :
Рецепторы
Альтернативный сплайсинг мРНК приводит к появлению вариантов «b» и «c» FGFR 1, 2 и 3. Благодаря этому механизму семь различных подтипов сигнальных FGFR могут быть экспрессированы на поверхности клетки. Каждый FGFR связывается с определенным подмножеством FGF. Сходным образом большинство FGFs могут связываться с несколькими разными подтипами FGFR. FGF1 иногда называют «универсальным лигандом», поскольку он способен активировать все 7 различных FGFR. Напротив, FGF7 (фактор роста кератиноцитов, KGF) связывается только с FGFR2b (KGFR).
История
Функции
FGF имеет решающее значение во время нормального развития как позвоночных, так и беспозвоночных, и любые нарушения в их функции приводят к ряду дефектов развития.
FGF также важны для поддержания мозга взрослого человека. Таким образом, FGF являются основными детерминантами выживания нейронов как во время развития, так и во взрослой жизни. Нейрогенез взрослых в гиппокампе, например, сильно зависит от FGF2. Кроме того, FGF1 и FGF2, по-видимому, участвуют в регуляции синаптической пластичности и процессов, связанных с обучением и памятью, по крайней мере, в гиппокампе.
Состав
Клинические применения
Нарушение регуляции сигнальной системы FGF лежит в основе ряда заболеваний, связанных с повышенной экспрессией FGF. Ингибиторы передачи сигналов FGF показали клиническую эффективность. Было продемонстрировано, что некоторые лиганды FGF (особенно FGF2) усиливают восстановление тканей (например, ожоги кожи, трансплантаты и язвы) в ряде клинических условий.
