Част Ⅰ: Бъбречна работа с албумин – от ранни открития до настоящи концепции

Контакт:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Якуб Гбурек, Богуслава Конопска и Кшищоф Гол ˛аб

1. Въведение

Албумине един от най-рано признатите протеини в тялото. За първи път е описан от Денис през 1840 г. Името му произлиза от латинската дума Albus (бял) поради свойството да образува бяла утайка в кисела среда. Този протеин е много често срещан в тялото и присъства в inter alia: плазма, лимфа, цереброспинална и извънклетъчна течност. Той изпълнява много важни физиологични функции.Албуминсъставлява над 5 0 процента от всички плазмени протеини и относително високата му концентрация (45 g/L, 0,6 mM) определя около 80 процента от колоидното осмотично налягане на кръвната плазма [1]. Той отговаря за разпределението на водата между плазмата и останалата извънклетъчна течност, което осигурява поддържането на нормална хемодинамика на кръвта и предотвратява подуването. Транспортната функция наалбумине еднакво важно. Големият обем на разпределение, свързан с относително лесното му проникване през капилярния епител, кара над 60 процента от общия пул на този протеин да присъства в екстраваскуларното пространство. Такова голямо проникване наалбуминв интерстициалните течности позволява контакта му с повечето клетки на тялото, което го прави идеален носител на нискомолекулни метаболити. Ендогенни вещества, транспортирани оталбуминвключват, inter alia: дълговерижни мастни киселини, ароматни карбоксилни киселини, билирубин, жлъчни киселини, порфирини, азотен оксид и йони на двувалентни метали, включително Co, Cu, Ni, Zn катиони.Албуминсъщо е протеин, който свързва катионите на преходните метали, участващи в генерирането на свободни радикали, като Cu или Fe. Характеризира се и с антиоксидантната си роля и позволява комплексообразуването на Cd, Hg и V йони, което е важно за процесите на детоксикация. Поради наличието на групата free-SHCys34,албуминper se е антиоксидант и важен елемент от плазмената антиоксидантна бариера [2]. Заслужава да се спомене също, че при продължително гладуванеалбуминсе разгражда, за да осигури незаменими аминокиселини за макромолекулен синтез и производство на енергия. В състояние на протеинов дефицит, синтезът наалбумине 2.{1}}кратно ускорено и ресурсите му са намалени с почти 50 процента [3,4].

цистанчеможе да лекувабъбрекзаболяванеподобрявамбъбречна функция

Като се има предвид факта, чеалбуминиграе важна роля в хомеостазата, той е от съществено значение за организма да поддържа нормалната си плазмена концентрация. Намаляване наалбуминконцентрация се наблюдава при много метаболитни нарушения с различна етиология. Може да е резултат от неправилно разпределение, например при панкреатит, намален синтез при чернодробна цироза, нарушения на усвояването на аминокиселини или нископротеинови диети; загуба в хода на ентеропатия, изгаряния, хирургични процедури или нефротичен синдром, както и ускорен катаболизъм при възпаление и рак. Гореспоменатият спад се проявява чрез множество сериозни нарушения, засягащи централната нервна система, дихателната система и сърдечно-съдовата система, включително образуване на отоци, активиране на коагулационни фактори, хипотрансферна инемия, дислипидемия на липопротеините с висока плътност (HDL), оксидативен стрес и много други. метаболитни нарушения, свързани с неговата транспортна функция. В допълнение, при състояния на хипоалбуминемия, свободната фармакологично активна фракция на лекарствата се увеличава, което трябва да се има предвид при определяне на оптималната дозировка. Хипералбуминемията е рядко състояние и може да бъде причинено от значителна дехидратация или прекомерен застой на венозна кръв. Въпреки това, прекомерната плазмаалбуминнивата не са свързани с по-сериозни нарушения [5,6].

Интравенозно приложение наалбуминпрепарати в състояние на хипоалбуминемия предизвиква бърза, временна корекция на онкотичното налягане и предотвратява хиповолемия. Следователно,албуминПрепаратите са използвани, наред с другото, при лечение на обширни изгаряния, остра дихателна недостатъчност, тежък хемолитичен синдром при новородени и при пациенти след сърдечна операция [7,8]. В допълнение, поради способността му да се натрупва в тъканите на тумори и възпалителни места, проучванията върху лекарства, базирани на конюгати, съдържащиалбуминбяха проведени. Например лекарства, съчетани с екзо- или ендогенниалбумин, омрежен под формата наалбуминбяха изследвани микро- и нанокапсули, както и генетични сливания в случай на полипептидни лекарства [9].

Следователно,албуминкатаболизмът представлява значителен изследователски проблем по отношение на патофизиологията и интервенционалната медицина. Един от основните органи, участващи в този процес, е бъбрекът. Нарушенията на бъбречния катаболизъм могат да доведат не само до усложнения, свързани с хипоалбуминемия, но и до развитие на нефротичен синдром в хода на албуминурия и следователно до терминална недостатъчност на този орган. Връзката между протеинурията и бъбречната недостатъчност е сложна и включва серия от патологични събития, медииращи от хемокини за интерстициално възпаление, натрупване на мононуклеарни клетки и интраренално активиране на комплемента. Провъзпалителни и профиброгенни сигнали водят до локални наранявания и свързана с тях интерстициална бъбречна фиброза. В резултат на това се наблюдава изчерпване на функционалните нефрони [10]. Поради тази причина този въпрос е обект на задълбочени изследвания в продължение на много години. Проучванията, проведени през последното десетилетие, значително допринесоха за разбирането на молекулярните механизми, включени в този процес, както и някои противоречия, свързани с тях. Проучването представя резултатите от най-новите изследвания в тази област.

cistanche мъжки ползи

2. Общ метаболизъм на албумина

2.1. Синтез

Албуминсе произвежда върху полизоми на грапавия ендоплазмен ретикулум на хепатоцитите и се секретира като препротеин. При преминаване към гладкия ендоплазмен ретикулум сигналният пептид се отстранява. По-нататъшната обработка се извършва по секреторния път и включва отстраняването на хексапептида, който присъства в N-края на молекулата[11]. Скоростта наалбуминсинтезът е 10-15g на ден, което е около 10 процента от общия протеинов синтез в черния дроб. Малко количество оталбумин(около 2 g) се съхранява в черния дроб, докато по-голямата част се секретира в съдовото пространство. Плазменият пул на този протеин съставлява 30-40 процента от общото му количество, а останалата част се намира главно в кожата и мускулите. Около 5 процента оталбуминизтича в извънклетъчното пространство, откъдето се връща в системното кръвообращение по лимфен път [4]. Синтезът наалбумине непрекъснат процес, който се регулира на ниво транскрипция и иницииране на транслация от различни стимули. Например, синтезът се засилва след прием на храна и намалява в периодите между храненията. Този процес също се влияе от хормоните. Синтезът наалбуминувеличава се при хипертиреоидизъм и намалява при хипотиреоидизъм. Кортикостероидите и инсулинът засилват производството наалбуминпри здрави хора, докато синтезът на този протеин се инхибира при отговор на острата фаза. Намаляването на нивата на калий в хепатоцитите намалява количеството наалбуминосвобождава се в кръвообращението, но не инхибира самия протеинов синтез. Промените в онкотичното налягане обаче проявяват доминиращ ефект върху интензивността наалбуминсинтез. Правилнияталбуминконцентрацията също се поддържа благодарение на балансирания катаболизъм, открит във всички тъкани [12].

2.2. Катаболизъм

Theалбуминполуживотът в плазмата е 19 дни, а дневното му разграждане в човешкото тяло не надвишава 14 g. Катаболизмът на този протеин се случва главно в мускулите и кожата (около 40-60 процента o), и по-специално във васкуларните ендотелни клетки на тези тъкани. В светлината на последните проучвания се смята, че молекулярният механизъм на интернализация и транспорт наалбуминкъм органелите на разграждане в тези клетки е кавеолин-зависима ендоцитоза, включваща рецептори за очистване gp18, gp30 и gp60 (албондин) [13-16]. Черният дроб участва в този процес в по-малка степен (приблизително 15 процента). В допълнение към съдовите ендотелни клетки участват и хепатоцититеалбуминпоемане. Неговият катаболизъм в паренхимните клетки също се осъществява чрез структури, свързани с кавеолина [17,18]. Протеолитично разграждане наалбуминсе осъществява след интернализиране и сливане на кавеолите с лизозоми. Молекулите се разграждат до свободни аминокиселини, които захранват системния пул от аминокиселини.

Има някои доказателства, че свързаната с възпалението хипоалбуминемия е по-скоро причинена от повишен обмен, отколкото от намален синтез. Оксидиранаалбуминилиалбуминмодифициран по други начини се разгражда в черния дроб. При възпалителни състояния тези процеси се регулират нагоре и поради повишената капилярна пропускливост и интензивния поток на плазмен протеин към интерстициума [19].

Албуминкатаболизмът също се случва в бъбреците (приблизително 10 процента), но молекулярните механизми, включени в бъбрецитеалбуминоборот са съществено различни. След гломерулна филтрация, протеинът се интернализира в проксималните тубули чрез клатрин-зависима ендоцитоза с участието на тандема от макромолекулни рецептори за почистване - мегалин и кубилин. Тогаваалбуминмолекулите претърпяват лизозомно разграждане и/или трансцитоза, което ще бъде обсъдено подробно в следващите глави.

cistanche мъжки ползи

3. Катаболизъм на бъбречен албумин

Бъбречнаалбуминкатаболизмът включва филтрация в гломерула, реабсорбция в проксималните тубули и вътреклетъчно разграждане или частична трансцитоза в кръвния поток. Само малко количество оталбуминдо около 100 mg на ден се екскретира в урината. В случай на увреждане на филтрационната бариера или дисфункция на проксималните тубули,албуминсе появява в урината в концентрации, които могат да надвишават 3 g на ден [20].

3.1. Гломерулна филтрация на албумин

Пропускливостта на гломерулната бариера определя състава на първичния филтрат. Той се формира от три слоя: най-вътрешен фенестриран ендотелен клетъчен слой, гломерулна базална мембрана и най-външен слой от подоцити с техните интердигитиращи израстъци на крака, преодоляни от прорезна диафрагма. Многослойните характеристики на ситото карат порите постепенно да намаляват по размер. През последните години, благодарение на развитието на генетични животински модели, беше възможно да се идентифицират основните компоненти, отговорни за целостта на тази бариера. Понастоящем най-важната роля се приписва на някои структурни компоненти на гломерулната базална мембрана (GBM) (напр. колаген тип IV и ламинин 2) и протеини на подоцитен гликокаликс (напр. подоцин и нефрин) [21,22]. Функцията на подоцитите обаче не се ограничава до пресяване. Доказано е, че човешките и животинските подоцити ендоцитозираталбуминin vitro [23,24]. Данните също предполагат, че подоцитите изчистват протеини от GBM чрез трансцитоза [25]. Тези изследвания предполагат, че подоцитите се интернализираталбумини други плазмени протеини (напр. IgG) и по този начин предотвратяват запушването на гломерулната филтрационна бариера (GFB).

Мярката за гломерулна пропускливост е коефициентът на гломерулно пресяване (GSC), който е съотношението на концентрацията на дадена молекула в първичния филтрат към нейната плазмена концентрация. Степента наалбуминпроникването е тема, която поражда много противоречия, а стойностите на GSC, определени в различни експериментални модели, се различават с до три порядъка.

Теоретичните изчисления показват, че диаметърът на порите на тази бариера е около 4 nm и е отрицателно заредена поради относително високото съдържание на гликозаминогликани. Следователно, филтрирането на частици с по-голям диаметър и/или такива със среден отрицателен нетен заряд трябва да бъде трудно. По отношение на формата,албуминмолекулата прилича на елипсоид с голям и малък диаметър от 14 nm и 3,8 nm, съответно, и нейният произтичащ заряд е -15 (pI=4.5). В случай на молекула с гореспоменатите характеристики, GSC трябва да бъде относително нисък и да варира между (5.10-4-7.10-4)[26,27]. Концентрацията наалбуминв плазмата е около 45 g/L, следователно концентрацията му в първичния филтрат трябва да варира между 22 и 32 mg/L [28]. Тези стойности са подобни на получените при наблюдения при пациенти с редки заболявания, засягащиалбуминработа с бъбреците или използване на експериментални модели с животни. Резултатите, получени с помощта на метода на микропункция на ранните проксимални тубулни участъци при здрави плъхове (6.10-4) са силно в съответствие с теоретичния модел [27,29]. GSC наалбуминизчислена от концентрацията му в урината от пациенти със синдром на Fanconi, характеризиращ се с тубулна албуминурия, е малко по-ниска от долния диапазон на теоретичните стойности (8.0.10-5)[30]. За разлика от тях, GSC се изчислява на базата на уринаалбуминконцентрацията при плъхове с фармакологично инхибирана тубулна реабсорбция е малко по-висока (3,3·10-4)[31]. Освен това, в проучвания върху изолиран бъбрек, перфузиран при 8 градуса, където тубулната активност е напълно инхибирана поради липсата на течливост на клетъчната мембрана, стойностите на GSC са дори по-високи (110-3)[32]. Горепосочените несъответствия могат да се обяснят с техническите ограничения на прилаганите методи за измерване. Например, при използването на микропункционна технология съществува риск събраната проба да бъде замърсена с плазма от капиляри, повредени по време на прожектиране на пипетата, и следователно тя не отразява действителния филтрат поради много бързото усвояване на протеини в първата секция на проксималния тубул. В случай на данни от пациенти със синдром на Fanconi не е възможно да се оцени точно степента на увреждане на проксималните тубули и трябва да се приеме, че реабсорбцията на протеини не е напълно инхибирана. Същото се отнася и за моделите с фармакологично инхибиране на реабсорбцията. Също така данните от експерименти с използване на изолирани органи са трудни за интерпретиране поради напълно различната хемодинамика от in vivo. Въпреки несъответствията в стойностите на GSC, определени с различни техники, общоприетата парадигма в продължение на много години беше, че гломерулната филтрация наалбумине сравнително малък и се характеризира с GSC индекс под 1.10-3.

Резултатите, получени с помощта на нискоинвазивна техника на in situ двуфотонни микроскопи, предизвикаха големи противоречия през последните години. Определеният GSC е значително по-висок в сравнение с предишните проучвания (2-4.10-2). Флуоресцентно маркираналбуминсе прилага интравенозно на диабетни плъхове Munich-Wistar с повърхностни гломерули и нормална булимия. GSC се определя чрез сравняване на интензитета на плазмената флуоресценция в гломерулните капиляри и първичния филтрат в пространството на Bowman. Бяха получени подобни стойности, независимо от концентрацията и метода на маркиранеалбуминприложение (болус/инфузия)33]. Тези данни са в съответствие с предишни проучвания при плъхове, при които протеинурията е предизвикана от прилагането на пуромицин аминонуклеозид. Тази хипоалбуминемия, индуцирана от лекарството, показва повече от 60 процента понижение в серумаалбуминконцентрация. В сравнение със здрави индивиди, нямаалбуминобратно поемане в четката на клетките на проксималните тубули при плъхове, изложени на пуромицин, което води до повишаване на бъбречнатаалбумининдекс на екскреция до над 300 mg на ден [34]. Липсата на реабсорбция се свързва с ясно изразено намаляване на експресията на мегалин, V-ATPase и клатрин в апикалния полюс на тубула [35]. Авторите на горепосочените изследвания смятат, че гломерулнатаалбуминфилтрирането е много ефективен процес, който обикновено се основава на принципа на стационарен конвективен поток, а не на дифузия, и че ограниченията, произтичащи от размера наалбуминмолекулата и структурните характеристики на гломерулната бариера не са толкова големи, колкото се очакваше. В резултат на това те предполагат, че албуминурията се причинява само от абнормниалбуминреабсорбция и не е резултат от увреждане на гломерулната бариера, както се смяташе досега. Алтернативният модел е представен в няколко прегледа [36-38].

Селективността на гломерулната бариера, която беше свързана със заряда, всъщност не беше наблюдавана в предишните проучвания [39,40]. Повишената филтрация също може да бъде свързана със свободнияалбуминпроникване през големи пори с диаметър 75-110 A, присъствието на които в гломерулната бариера е предложено от Ohlson et al.[32] в изследването на протеиновата филтрация в изолиран перфузиран бъбрек. Появата на такива пори in vivo е потвърдена в проучвания върху пациенти със синдром на Fanconi, при които в урината са открити значителни количества по-големи протеини, като трансферин или IgG [30].

Въпреки това резултатите, получени от Russo et al. [33] се считат за ненадеждни от научната общност. Gekle [41] посочи, че докато техниката на двуфотонна микроскопия може успешно да се използва за оценка на филтрацията на съединения с ниско молекулно тегло, в случай наалбумин, може да доведе до подвеждащи наблюдения. При такава голяма разлика в концентрацията на белязанитеалбуминв плазмата и лумена на тубула, флуоресцентният сигнал от филтрата може да е бил значително увеличен от фоновия шум. В допълнение, авторът подчертава, че системата за реабсорбция на проксималните тубули вероятно не е достатъчно ефективна, за да транспортира такова голямо количествоалбумин. Освен това de Borst [42] отбелязва, че представените резултати не позволяват да се стигне до такова недвусмислено заключение и предполага, че наблюдаваният ефект може да бъде предизвикан от прякото токсично действие на големи количества оталбуминвърху проксималните тубулни епителни клетки. Доказано е, че в дългосрочен планалбуминекспозицията намалява ендоцитозата в клетките на проксималните тубули [43]. Освен това, други проучвания съобщават, че високоалбуминнивата индуцират апоптоза в клетките на проксималните тубули чрез редукция на мегалин, протеин киназа B и Bad протеин [44]. На свой ред в коментара на Remuzzi et al. [45], авторите включват резултатите от микропункцията на плъхове Munich-Wistar, които са в съответствие с предварително определените стойности на GSC и които никога преди не са били публикувани. В случая на гореспоменатите плъхове, подгрупа от гломерули е разположена на повърхността на бъбрека, което позволява извличането на ултрафилтрат директно от пространството на Боуман, като по този начин се изключва ефектът на реабсорбция в първата секция на тубула 46]. Разбира се, необходими са допълнителни проучвания, за да се определят ясно реалните стойности на GSC заалбуминфилтриране.

cistanche мъжки ползи

3.2. Реабсорбция на албумин

Сайтът наалбуминреабсорбцията е добре позната. Проучванията, проведени от началото на 60-те години на миналия век, с помощта на много микроскопски техники, несъмнено показват, че този процес се случва в проксималния тубул, като е най-ефективен в неговия ранен сегмент [26]. Чрез използването на in vivo микропункция е установено, чеалбуминпоглъщането се извършва в подобно количество в ранната и късната част на проксималния извит тубул, а също и частично в низходящата част на правия тубул. Няма значимиалбуминабсорбция се наблюдава в други участъци на нефрона [27]. Механизмът наалбуминпоемането остава необяснено дълго време. Проксималните тубули са облицовани с плътен кубовиден епител. По този начин вътреклетъчното проникване наалбуминпрез епитела в кръвта изглеждаше малко вероятно от самото начало. Това също би било възпрепятствано от относително големия му размер и ниската концентрация във филтрата [46]. Общите кинетични характеристики наалбуминпроцесът на абсорбция са осигурени от пионерски проучвания на Park and Mackin 1984 [47], използващи изолирани перфузирани бъбречни тубули. Те показват наличието на две системи за поглъщане: първата, система с висок капацитет и нисък афинитет, характеризираща се с константа на Михаелис (Km) 1,2 mg/mL и (Bmax) 3,7 ng/min на mm дължина на тубула, и втората, система с нисък капацитет - висок афинитет, с Km от 0.031 mg/mL и капацитет на свързване Bmax от 0,064 ng/min на mm дължина на тубула.

Проучвания върху процеса на ендоцитоза в течната фаза (пиноцитоза) в проксималните тубулни епителни клетки показват, че той продължава с твърде ниска ефективност, за да се обясни ефективното усвояване наалбумин. Абсорбцията на този протеин става почти 40-пъти по-бързо, отколкото в случая на съединения, абсорбирани в процеса на пиноцитоза, като декстран или инулин [48].

Експерименти, проведени през 90-те години на миналия век, показват, че усвояването наалбуминдо голяма степен е специфичен процес. Обвързването на етикетираниалбуминможе да бъде почти напълно инхибиран от излишъка на небелязани молекули. В допълнение, без етикеталбуминподобрява дисоциацията на белязани молекули от проксималната тубулна епителна клетъчна мембрана. Те се характеризират с константата на дисоциация Ka в диапазона от 100-300·10-"M (7-20 mg/L). Кинетиката на свързване на албумина показва наличието на поне едно място на свързване. Тази характеристика предполага, че основната роля валбуминреабсорбцията се играе от адсорбционна ендоцитоза. Беше потвърдено, че фармакологичното инхибиране на този процес при плъхове чрез алкализиране на ендозоми с NH Cl или бафиломицин А1 води до повишенаалбуминекскреция в урината [43,49].

В допълнение, проучвания върху клетки от бъбрек на опосум (ОК клетки), получени от проксималните тубули, показват, чеалбуминендоцитозата зависи от целостта на цитоскелета. Инхибирането на полимеризацията на актин от цитохалазин D води до почти пълно спиране наалбуминабсорбция. Очевидно процесът се ускорява и от взаимодействия с микротубули. Значително намаляване на абсорбцията наалбуминсе наблюдава в резултат на разрушаване на микротубулите поради действието на нокодазол, но спирането не е пълно. Изглежда, че движението на везикулите от клетъчната мембрана към ендозомалното отделение в началната фаза на ендоцитозата зависи от целостта на актиновия скелет и взаимодействията с микротубулите се наблюдават в по-късната фаза. От друга страна, в тези проучвания беше показано, че клатрин-зависимата ендоцитоза е преобладаващият механизъм на реабсорбция на молекули [50,51]. Въпреки че експресията на кавеолин е открита в апикалната мембрана на проксималните тубулни епителни клетки, никога не е докладвана кавеолин-зависима ендоцитоза [52,53].

Едва скорошни проучвания обясняват молекулярния механизъм наалбуминпоемане в проксималния тубул в голяма степен. Оказва се, че взаимодействието на кубилин с протеин без амнион (AMN) е необходимо за ефективното усвояване на този протеин в проксималния тубул. Поради тясната връзка и функционална зависимост на този комплекс, той се нарича CUBAM. В допълнение, правилната експресия и ефективната работа на този комплекс зависи от втория ендоцитен рецептор — мегалин [54-56]. Нормалната бъбречна експресия и функция на CUBAM и мегалин са необходими за ефективното усвояване наалбуминв проксималните тубулни клетки, както може да се види от доказателствата за албуминурия при няколко наследствени или придобити заболявания, засягащи тези ендоцитни рецептори (Таблица 1).

Цялостните структури и функционални асоциации на рецепторния комплекс са представени на Фигура 1. Наскоро беше показано в проучвания, използващи мишки с нокаут на хепатоцитен ядрен фактор l, че този протеин контролира конститутивната експресия на двата рецептора [63]. Мегалин, кубилин и амнион представят по-малко известни области и мотиви. Мегалин свързва различни филтрирани протеини чрез своите повторения на комплемента и е в състояние да интернализира лиганди чрез NPXY мотиви в цитоплазмената опашка. Cubilin съдържа множество свързващи домейни (CUB домейни) и повторения от тип епидермален растежен фактор (EGF-тип), като периферен мембранен протеин, който зависи от мегалин и/или AMN. AMN съдържа NPXY мотив и вероятно подпомага кубилин и при ендоцитозата както при вътреклетъчния транспорт по време на синтеза.

Таблица 1. Нарушения, свързани с нарушена бъбречна обработка на албумин	Фигура 1. Ендоцитен мегалин-кубилин-амбиционен комплекс в апикалната мембрана на бъбречния проксимален тубул.

НАТИСНЕТЕ ТУК ЗА ЧАСТ Ⅱ