Колко важен е синтезът на азотен оксид за бъбреците?

За повече информация:ali.ma@wecistanche.com

Част Ⅱ: Сигнализиране на азотен оксид при регулиране на бъбреците и кардиометаболично здраве

Матиас Карлстрьом

НАТИСНЕТЕ ТУК ЗА ЧАСТ Ⅰ

Модулиране на транспорта на натрий от NO (Азотен оксид)

Хомеостазата на натрий и вода се регулира главно чрез действието на хормоните (т.е. алдостерон и вазопресин) вбъбреккакто и Ang II и ендотелинова сигнализация. Въпреки това, други ендогенни съединения, които не циркулират във високи нива, като NO (Азотен оксид), допринасят значително за бъбречната обработка на натрий и вода чрез различни механизми. Като цяло НЕ (Азотен оксид)инхибира тубулната реабсорбция на натрий по нефрона; обаче, острите и хроничните действия на NO (Азотен оксид)в специфични тръбни сегменти по време на здраве и заболяване изискват по-нататъшно изследване. По-специално, ефектите на NO (Азотен оксид) върху реабсорбцията на натрий и течност в проксималните тубули се обсъждат, тъй като се съобщава за взаимодействия с Ang II и бифазни ефекти. Тези различни ефекти могат да се обяснят с различни експериментални настройки, модели и разлики във видовете".

Предвид краткия полуживот на NO (Азотен оксид)in vivo се смята, че неговите действия са медиирани чрез автокринно или паракринно сигнализиране. Обаче НЕ (Азотен оксид)може също да действа като ендокринен хормон, потенциално чрез хем-NO (Азотен оксид)сигнализация. Както беше обсъдено по-горе, НЕ вбъбрекпроизхожда не само от eNOS (Синтез на азотен оксид)във васкулатурата, но също и от тубуларен епителен nNOS (Синтез на азотен оксид)и потенциално iNOS (Синтез на азотен оксид)по време на патологични състояния, свързани с възпаление. Ранни проучвания, които използват фармакологични подходи за изследване на специфичната роля на NOS (Синтез на азотен оксид)-изведен НЕ (Азотен оксид)върху тубулната функция понякога са трудни за тълкуване поради неселективното инхибиране на системния NO (Азотен оксид)повишаване на кръвното налягане, намалена бъбречна перфузия и повлияни бъбречни авторегулаторни механизми. Въпреки това последващи проучвания, използващи по-селективни фармакологични инхибитори или подходи за генетичен нокаут, показаха, че NOS (Синтез на азотен оксид)инхибирането може да намали екскрецията на натрий и течности, без да предизвиква съществени хемодинамични промени*5.

По дължината на нефрона приблизително 67 процента от филтрирания натриев товар се реабсорбира в проксималните извити тубули; 25 процента в TAL на примката на Henle; 5 процента в дисталния извит тубул, свързващия тубул и началния събирателен тубул; и 3 процента във вътрешния медуларен събирателен канал4.nNOS (Синтез на азотен оксид)и/или eNOS (Синтез на азотен оксид)-изведен НЕ (Азотен оксид)се съобщава, че инхибира базолатералната натриево-калиева помпа (Nat/K плюс -ATPase) в проксималния тубул, апикален натрий/водороден обменник 3 (NHE3; известен също като SLC9A3) в проксималния тубул и TAL на примката на Henle , апикален NKCC2 в TAL на примката на Henle и апикален епителен натриев канал (ENaC) в кортикалния събирателен канал19 (ФИГ.4). Въпреки че nNOS (Синтез на азотен оксид)се експресира в дисталния тубул, потенциалната му роля в модулирането на транспортери в тази част на нефрона (например Nat/Cl-котранспортер (NCC; известен също като SLC12A3)) не е ясна.

Ранни проучвания, които използват системно приложение на NOS (Синтез на азотен оксид)инхибиторите поддържат инхибиращ ефект на NO (Азотен оксид)върху проксималната тубулна натриева реабсорбция67. Въпреки това, проучване от 2014 г., използващо изолирани човешки проксимални тубули, демонстрира, че Ang II дозозависимо стимулира проксималния тубуларен транспорт на натрий (както се вижда от повишената активност на NHE3 и базолатералния Nat'-HCO,-cotransporter) чрез NO-CGMP-медиирано фосфорилиране на ERK8 . Това проучване също така показа, че лечението с донора на NO натриев нитропрусид намалява активността на натриевия транспортер в проксималните тубули на мишки и плъхове, но има обратен ефект в проксималните тубули на хора. Необходими са допълнителни изследвания, за да се разбере причината за това несъответствие и да се изясни дали подобни явления съществуват за други преносители и в други сегменти на нефрона. Ефектът на NO върху тубулната реабсорбция може потенциално да зависи от концентрацията и да включва взаимодействие с регулаторни хормонални системи като RAAS. Въпреки че ефектите на NO върху проксималната тубулна реабсорбция се обсъждат, NO очевидно има важна роля вбъбрекфизиологията и компрометираната биоактивност на NO е свързана сбъбрекзаболяванеи свързани сърдечно-съдови и метаболитни нарушения7, s,9.

Щракнете върху магазина за витамини Cistanche и Cistanche за бъбречно заболяване

Тръбна обработка на NO (Азотен оксид)метаболити

Както бе споменато по-горе, НЕ (Азотен оксид)се метаболизира бързо до образуване на нитрити и нитрати, които се екскретират главно отбъбреци. Въпреки че често се съобщава за отделяне на NOx с урината, това измерване отразява главно нитратите, които се намират в плазмата при почти 1,{1}}пъти по-високи концентрации и има значително по-дълъг полуживот от нитритите (ty~6h спрямо ~30min ); по този начин той е много по-стабилен в урината. Тъй като диетата е основен фактор за натрупването на циркулиращи нитрати и нитрити в тялото, натрупаната екскреция на NOx може да се използва само за оценка на NOS (Синтез на азотен оксид)функционират по време на строги диетични ограничения. Освен това,бъбрекNOS (Синтез на азотен оксид)активността може значително да повлияе на общата екскреция на NOx, поне по време на висок прием на сол. Сред мишките, хранени с диета с високо съдържание на сол, тези с делеция на nNOS (Синтез на азотен оксид)в събирателния канал са имали приблизително 50 процента по-ниска екскреция на NOx от контролите и са развили хипертония 2.

Ранни проучвания при млади здрави доброволци показват, че само 60 процента от перорално приетия 15N-нитрат се екскретира в урината като нитрат в рамките на 48 часа, с минимални количества (0.1 процента), екскретирани в изпражненията ,101. Малко количество белязан с 15N нитрат също се екскретира като амоняк или урея в урината (2-4 процента) и изпражненията (0,2 процента), но манипулирането и/или отстраняването на останалата доза (36-38 процента ) все още не е ясно. Някои нитрати вероятно се разпределят в мускулния басейн и е възможно също елиминиране от тялото чрез издишване на азотен газ.

Малко клинично проучване показа, че здрави доброволци с нормалнибъбрекфункция(eGFR>60 ml/min/1,73 m2) има значително по-висока фракционна екскреция на нитрати (средно 16,3 процента; 95 процента CI8.7-22.8), отколкото пациентите с ХБН и eGFR По-малко или равно на 30 ml/min/1,73 m² (средно 10,3 процента, 95 процента CI96.9-4.4)10. При пациенти с ХБН, бъбречният нитратен клирънс корелира положително сбъбрекфункция. Намалената фракционна екскреция на нитрати при пациенти с намален eGFR се свързва с повишени плазмени нива на нитрати. Тези открития могат да се обяснят с променена гломерулна филтрация и тубулна обработка на нитратите по време назаболяване на бъбреците, но също така може да бъде свързано с намален NOS (Синтез на азотен оксид)-получена биоактивност при пациенти с ХБН, водеща до намалено производство на окислен NO (Азотен оксид)метаболити в кръвообращението, към коитобъбрециможе да се адаптира, като реабсорбира повече или отделя по-малко нитрати.

Рандомизирано контролирано проучване, което изследва половите разлики в работата на бъбречните нитрати при възрастни (n=231) с повишено кръвно налягане, съобщава, че по време на диетично ограничение на нитратите концентрацията на нитрати в урината, количеството на екскретираните нитрати, бъбречният нитратен клирънс и фракционната екскреция на нитрати са значително по-ниски при жените, отколкото при мъжете13. Обаче НЕ (Азотен оксид)е наблюдавана връзка между плазмената концентрация на нитрат или фракционната екскреция на нитрат и GFR при двата пола. След висок хранителен прием на нитрати в продължение на 5 седмици, фракционната екскреция на нитрати значително се увеличава и не се наблюдават полови различия в бъбречната обработка на нитрати. Това проучване предполага, че тубулната нитратна реабсорбция може да е по-висока при жените, отколкото при мъжете, но основните механизми изискват по-нататъшно изследване.

При липса на интраренално генериране, фракционната екскреция на нитрат корелира линейно с плазмените нива и е изчислено на приблизително 3-10 процента при анестезирани кучета и плъхове, като основната реабсорбция се извършва в проксималните тубулиso4,105. При здрави доброволци инхибирането на карбоанхидразата с помощта на ацетазоламид понижава проксималната тубулна реабсорбция на нитрити и нитрати и повишава съдържанието им в урината, което предполага ролята на зависимите от карбоанхидразата механизми в тази реабсорбция. Доказателствата сочат, че нитратната реабсорбция също се извършва в по-късните сегменти на нефрона; проучванията за клирънс и спиране на потока при кучета показват, че инхибирането на NKCC2 с фуроземид намалява тубулната реабсорбция на нитрат от 97 процента на 87 процента по време на инхибирането на интраренален NOS (Синтез на азотен оксид)и от 90 процента до 84 процента без NOS (Синтез на азотен оксид)инхибиране1.

Друг възможен кандидат за нитратна реабсорбция е хлорид-бикарбонатният обменник пендрин (известен също като SLC26A4), който се експресира в интеркалирани клетки в дисталния извит тубул, свързващия тубул и кортикалния събирателен канал8. In vitro проучвания показват, че експресията на пендрин е намалена в миши кортикални събирателни канали и свързващи тубули в присъствието на NO (Азотен оксид)донори и се регулира нагоре по време на инхибирането на NO (Синтез на азотен оксид)1. Сиалин (известен също като SLC17A5) транспортира нитрати от плазмата в слюнчените жлези4. Съобщава се за висока апикална експресия на сигнализиране в дисталните тубулни клетки1, което предполага, че този транспортер може също да допринесе за бъбречна реабсорбция на нитрати.

По-голямата част от настоящите познания относно тубулната обработка на нитрати и нитрити се основават на екскрецията на нитрати. И двата аниона се филтрират свободно в гломерулите, но не е известно дали съществуват подобни тубулни транспортни механизми за нитрати и нитрити по нефрона. Необходими са по-нататъшни изследвания за идентифициране на нитрати и нитратни преносители при човекабъбрек. Такива изследвания не само биха допринесли за разбирането на нитрат-нитрит-NO (Азотен оксид)път към здравето и болестта, но потенциално може да доведе до нови терапевтични стратегии.

Метаболизмът на NO (азотен оксид) в бъбреците

Подходи за възстановяване на NO (Азотен оксид)биоактивност

Въпреки няколко десетилетия изследвания, фокусирани върху разбирането на НЕ (Азотен оксид)биология и разработване на нови инструменти за увеличаване на биоактивността на тази сигнализираща молекула при различни заболявания, особено в сърдечно-съдовата система, броят на одобрените клинични приложения е ограничен. Четири основни подхода биха могли потенциално да увеличат NO (Азотен оксид)биоактивност (ФИГ.5). Първо, увеличаване или възстановяване на ендогенния NOS (Синтез на азотен оксид)активност, например чрез добавки с L-аргинин, L-цитрулин или BH; инхибиране на аргиназната активност; понижаване на ендогенните нива на NOS (Синтез на азотен оксид)инхибитори; стимулиране на образуването на сероводород (H, S); или използване на лекарства като статини, АСЕ2 активатори, тип -2 ангиотензин II рецепторни (AT,) агонисти и Mas рецепторни агонисти, които могат да намалят оксидативния стрес и да улеснят eNOS (Синтез на азотен оксид)активиране. Второ, даване на вещества, които директно повишават NO (Азотен оксид)генериране независимо от NOS (Синтез на азотен оксид)система, например, инхалиран NO (Азотен оксид)газ или неорганичен нитрит, хибридни лекарства, които прикрепят NO (Азотен оксид)-освобождаваща част към съществуващ фармакологичен агент, повишаване на H, S сигнализация, лечение с органични нитрати или добавяне на неорганичен нитрат или нитрит. Трето, ограничаване на НЕ (Азотен оксид)метаболизъм, например чрез потискане на оксидативния стрес и по този начин предотвратяване на изхвърлянето на NO (Азотен оксид)и четвърто, улесняване на сигнални пътища надолу по веригата, например, използване на инхибитори на фосфодиестераза, sGC стимулатори или sGC активатори. Някои от съществуващите и обещаващи бъдещи подходи за увеличаване на NO (Азотен оксид)генерирането и сигнализирането са обсъдени по-долу.

Вдишано NO (Азотен оксид)газ

След одобрението на FDA за инхалаторния NO (Азотен оксид)за лечение на персистираща белодробна хипертония при новородени през 1999 г., този подход е използван не по предназначение в различни клинични условия. Съществуват опасения относно хроничната употреба на инхалаторен NO (Азотен оксид), особено при пациенти с полиорганна недостатъчност, поради рисковете от образуване на метхемоглобин (поради свързването на NO (Азотен оксид)към хемоглобина, което намалява капацитета му за пренос на кислород) и развитието набъбрекдисфункция. Систематичен преглед и мета-анализ на рандомизирани проучвания показаха, че НЕ (Азотен оксид)инхалаторната терапия повишава риска отостърбъбрекнараняване(AKI) при пациенти с остър респираторен дистрес синдром (ARDS), но не и при популации без ARDS13. Основните механизми вероятно включват модулиране на пре- и следгломерулна артериоларна резистентност и променено тубулно боравене със сол и вода, което се подкрепя от предишни проучвания върху животни и хора13.Бъбрекфункцияи следователно маркерите на AKI трябва да се проследяват внимателно при пациенти, които се нуждаят от инхалаторен NO (Азотен оксид)терапия.

Органични нитрати

Нитроглицеринът (известен също като глицерил тринитрат) разширява венозните съдове, аортата, средните до големите коронарни артерии и колатералите. Този органичен нитрат и структурно подобни съединения са били използвани за лечение на стенокардия, остър миокарден инфаркт и тежка хипертония още преди откриването на ролята на NO (Азотен оксид)по физиология 4. Хроничната употреба на органични нитрати е свързана с поносимост и риск от неблагоприятни ефекти, включително хипотония и ендотелна дисфункция, които ограничават терапевтичните им приложения.

Инхибиране на аргиназа

NOS (Синтез на азотен оксид)изоформите се конкурират за L-аргинин с два други ензима, аргиназа и аргинин метилтрансфераза, които превръщат L-аргинин съответно в урея и L-орнитин или асиметричен диметиларгинин (ADMA). ADMA от своя страна инхибира NOS (Синтез на азотен оксид)активност чрез пряка конкуренция с L-аргинин за свързване с NOS (Синтез на азотен оксид), което води до NOS (Синтез на азотен оксид)разединяванеl5. Съществуват два изоензима на аргиназата; аргиназа 1 се намира предимно в цитоплазмата на хепатоцитите и червените кръвни клетки16, докато аргиназа 2 се намира в митохондриите на няколко тъкани в тялото, с голямо изобилие вбъбрек(Атлас на човешкия протеин). Повишена аргиназна активност и повишени нива на ADMA, заедно с намален NO (Азотен оксид)синтез, се свързват с ендотелна дисфункция и повишен сърдечно-съдов риск при пациенти с ХБН (Хронично бъбречно заболяване). Освен това е доказано, че инхибирането на аргиназа подобрява микроваскуларната ендотелна функция при пациенти с коронарна артериална болест и T2DM9,1x0.

Експериментални проучвания показват, че хранителният неорганичен нитрат може да намали експресията и активността на аргиназата, което може да допринесе за благоприятните ефекти на нитратите при сърдечно-съдови и метаболитни заболявания21,122. Повишената експресия и активност на аргиназа 2 са свързани сбъбрекпровал, диабетикбъбрекзаболяване(DKD), хипертонична нефропатия и благоприятни ефекти от инхибирането на аргиназата са демонстрирани при модели на бъбречно заболяване,18. Необходими са по-нататъшни проучвания за изследване на потенциалните клинични ползи от отслабването на аргиназната функция при пациенти сбъбрекзаболяване.

Връзка между хроничното бъбречно заболяване и синтеза на азотен оксид

H, S формиране и сигнализиране

Сигналната молекула H, S има много прилики с NO (Азотен оксид)и засяга широк спектър от физиологични функции, включително модулиране на сърдечно-съдови, бъбречни и метаболитни системи23-12. H, S се образува ендогенно в повечето органи, включителнобъбрек, чрез ензимни и неензимни реакции24. Стимулирането на производството на H, S може да повиши NO (Азотен оксид)-sGC-cGMP-PKG път чрез увеличаване на производството на NO и неговото сигнализиране надолу по веригата. H, S също могат да увеличат eNOS (Синтез на азотен оксид)активиране чрез механизми, които включват мобилизиране на вътреклетъчния Ca2 плюс и насърчаване на фосфорилирането26127. В допълнение, H, S може да увеличи NO (Азотен оксид)производство независимо от NOS (Синтез на азотен оксид)чрез стимулиране на XOR-зависима редукция на нитрита до NO128.H, също така е показано, че Shas активират sGC и/или директно повишават нивата на cGMP чрез инхибиране на фосфодиестераза. Взаимодействията и пресичането, които възникват между NO и H, S сигналните системи са сложни и включват образуването на S/N-хибридни видове. Лечението с бавно освобождаващи H, S донори е свързано със защитни ефекти при животински модели на сърдечносъдови,бъбреки метаболитни заболявания2-12, но тези резултати очакват допълнителен клиничен превод.

Инхибиране на фосфодиестераза

cGMP се хидролизира до гуанозин монофосфат (GMP) от фосфодиестераза. Към днешна дата фосфодиестераза 5 (PDE5), която се експресира в различни тъкани, включително сърдечно-съдовата и бъбречната системи, е основният фокус на изследванията, но се предполага, че други фосфодиестераза изоензими също модулират NO (Азотен оксид)-медиирано cGMP-зависимо и независимо сигнализиране.

PDE5 инхибиторите блокират разграждането на cGMP и по този начин водят до повишен или удължен NO (Азотен оксид)сигнализация. Доказано е, че тези съединения понижават кръвното налягане в предклинични и клинични проучвания и упражняватбъбреки сърдечно-съдови защитни ефекти при различни експериментални модели на IRI, сърдечна недостатъчност], ХБН и DKD12. PDE5 е силно изразен вбъбрек(в гломерулите, мезангиалните клетки, кортикалните тубули и вътрешния медуларен събирателен канал) ибъбрек- Счита се, че защитните ефекти на PDE5 инхибиторите се простират далеч отвъд техния антихипертензивен ефект3. При 5/6 нефректомирани плъхове, 8 седмици лечение с PDE5 инхибитор, започнало веднага след нефректомия, предотвратява развитието на хипертония и подобрявабъбрекнараняванеи протеинурия 3. Въпреки това, това дълбокобъбрекзащитата се губи, ако инхибирането на PDE5 е започнало на по-късен етап (т.е. 4 седмици след нефректомия), когато протеинурията вече е очевидна.

PDE5 инхибиторите понастоящем са клинично одобрени за лечение на белодробна хипертония, еректилна дисфункция и симптоми на долните пикочни пътища. Обещаващите предклинични и ранни клинични открития обаче предполагат, че в бъдеще могат да бъдат възможни допълнителни терапевтични показания. Например, изпитване във фаза II демонстрира, че веднъж дневно лечение с инхибитор на PDE5 с продължително действие за 12 седмици намалява албуминурията при 256 пациенти с T2DM и изявена нефропатия5. Важно е товабъбрек-защитенефектсе наблюдава въпреки едновременното лечение с блокери на RAAS и независимо от каквито и да било промени в кръвното налягане или GFR.

НАТИСНЕТЕ ТУК ЗА ЧАСТ 3