Hvor viktig er nitrogenoksidsyntese for nyrene?

For mer informasjon:ali.ma@wecistanche.com

Del Ⅱ: Nitrogenoksid-signalering i nyreregulering og kardiometabolsk helse

Mattias Carlström

KLIKK HER FOR DEL Ⅰ

Modulering av natriumtransport med NO (Nitrogenoksid)

Natrium- og vannhomeostase reguleres hovedsakelig via virkningen av hormoner (det vil si aldosteron og vasopressin) inyresamt Ang II og endotelinsignalering. Men andre endogene forbindelser som ikke sirkulerer i høye nivåer, som NO (Nitrogenoksid), bidrar vesentlig til nyrehåndteringen av natrium og vann via forskjellige mekanismer. Generelt, NEI (Nitrogenoksid)hemmer tubulær natriumreabsorpsjon langs nefronet; imidlertid de akutte og kroniske virkningene av NO (Nitrogenoksid)i spesifikke tubulære segmenter under helse og sykdom krever videre undersøkelse. Spesielt effektene av NO (Nitrogenoksid) på natrium- og væskereabsorpsjon i proksimale tubuli diskuteres ettersom interaksjoner med Ang II og bifasiske effekter er rapportert. Disse forskjellige effektene kan forklares av forskjellige eksperimentelle innstillinger, modeller og artsforskjeller".

Gitt den korte halveringstiden til NO (Nitrogenoksid)in vivo antas dets handlinger hovedsakelig å være mediert via autokrin eller parakrin signalering. Imidlertid NEI (Nitrogenoksid)kan også fungere som et endokrint hormon, potensielt via hem-NO (Nitrogenoksid)signalisering. Som diskutert ovenfor, NEI inyrestammer ikke bare fra eNOS (Nitrogenoksid syntese)i vaskulaturen, men også fra tubulær epitelial nNOS (Nitrogenoksid syntese)og potensielt iNOS (Nitrogenoksid syntese)under patologiske tilstander assosiert med betennelse. Tidlige studier som brukte farmakologiske tilnærminger for å undersøke den spesifikke rollen til NOS (Nitrogenoksid syntese)-avledet NEI (Nitrogenoksid)på tubulær funksjon var noen ganger vanskelig å tolke fordi ikke-selektiv hemming av systemisk NO (Nitrogenoksid)generasjon økt blodtrykk, redusert nyreperfusjon og påvirket nyreautoregulerende mekanismer. Imidlertid viste påfølgende studier med mer selektive farmakologiske hemmere eller genetiske knockout-tilnærminger at NOS (Nitrogenoksid syntese)hemming kan redusere natrium- og væskeutskillelse uten å indusere vesentlige hemodynamiske endringer*5.

Langs nefronet blir ca. 67 prosent av den filtrerte natriummengden reabsorbert i de proksimale sammenviklede tubuli; 25 prosent i TAL i løkken til Henle; 5 prosent i den distale kronglete tubuli, forbindelsesrør og innledende samlerør; og 3 prosent i indre medullær samlekanal4.nNOS (Nitrogenoksid syntese)og/eller eNOS (Nitrogenoksid syntese)-avledet NEI (Nitrogenoksid)har blitt rapportert å hemme den basolaterale natrium-kalium-pumpen (Nat/K pluss -ATPase) i den proksimale tubuli, apikale natrium/hydrogen-veksler 3 (NHE3; også kjent som SLC9A3) i den proksimale tubulus og TAL i løkken til Henle , apikal NKCC2 i TAL av løkken til Henle og apikal epitelial natriumkanal (ENaC) i den kortikale samlekanalen19 (FIG.4). Selv om nNOS (Nitrogenoksid syntese)er uttrykt i distale tubuli, er dens potensielle rolle i å modulere transportører i denne delen av nefronet (for eksempel Nat/Cl-cotransporter (NCC; også kjent som SLC12A3)) ikke klar.

Tidlige studier som brukte systemisk administrering av NOS (Nitrogenoksid syntese)inhibitorer støtter en hemmende effekt av NO (Nitrogenoksid)på proksimal tubulær natriumreabsorpsjon67. En studie fra 2014 med isolerte humane proksimale tubuli viste imidlertid at Ang II doseavhengig stimulerte proksimal tubulær natriumtransport (som demonstrert ved økt aktivitet av NHE3 og den basolaterale Nat'-HCO,-cotransporteren) via NO-CGMP-mediert fosforylering av ERK8 . Denne studien viste også at behandling med NO-donoren natriumnitroprussid reduserte natriumtransportøraktivitet i mus og rotte proksimale tubuli, men hadde motsatt effekt i humane proksimale tubuli. Ytterligere undersøkelser er nødvendig for å forstå årsaken til denne uoverensstemmelsen og for å avklare om lignende fenomener eksisterer for andre transportører og i andre segmenter av nefronet. Effekten av NO på tubulær reabsorpsjon kan potensielt være konsentrasjonsavhengig og involvere interaksjon med regulatoriske hormonsystemer som RAAS. Selv om effektene av NOon proksimal tubulær reabsorpsjon diskuteres, har NO helt klart en viktig rolle inyrefysiologi og kompromittert NO bioaktivitet er assosiert mednyresykdomog tilhørende kardiovaskulære og metabolske lidelser7, s,9.

Klikk til Cistanche vitaminbutikk og Cistanche for nyresykdom

Rørformet håndtering av NO (Nitrogenoksid)metabolitter

Som nevnt ovenfor, NEI (Nitrogenoksid)metaboliseres raskt for å danne nitritt og nitrat, som hovedsakelig utskilles avnyrer. Selv om urinutskillelse av NOx ofte rapporteres, gjenspeiler denne målingen hovedsakelig nitrat, som finnes i plasma ved nesten 1,000- ganger høyere konsentrasjoner og har en vesentlig lengre halveringstid enn nitritt (ty~6t versus,~30min. ); dermed er det mye mer stabilt i urin. Siden dietten er en viktig bidragsyter til mengden av sirkulerende nitrat og nitritt i kroppen, kan akkumulert utskillelse av NOx bare brukes til å beregne NOS (Nitrogenoksid syntese)funksjon under strenge kostholdsrestriksjoner. Dessuten,nyreNOS (Nitrogenoksid syntese)aktivitet kan i vesentlig grad påvirke den totale utskillelsen av NOx, i det minste ved høyt saltinntak. Blant mus som ble matet med en diett med høyt saltinnhold, de med sletting av nNOS (Nitrogenoksid syntese)i samlekanalen hadde omtrent 50 prosent lavere NOx-utskillelse enn kontrollene og utviklet hypertensjon 2.

Tidlige studier av unge, friske frivillige viste at bare 60 prosent av oralt administrert 15N-nitrat ble skilt ut i urinen som nitrat innen 48 timer, med minimale mengder (0.1 prosent ) utskilt i avføringen ,101. En liten mengde 15N-merket nitrat ble også skilt ut som ammoniakk eller urea i urinen (2-4 prosent ) og feces (0,2 prosent ), men håndtering og/eller fjerning av den gjenværende dosen (36-38 prosent) ) er fortsatt ikke klart. Noe nitrat distribueres sannsynligvis til muskelbassenget, og eliminering fra kroppen via utånding av nitrogengass er også mulig.

En liten klinisk studie viste at friske frivillige med normalnyrefunksjon(eGFR>60 ml/min/1,73 m2) hadde signifikant høyere fraksjonert utskillelse av nitrat (median 16,3 prosent ;95 prosent CI8.7-22.8) enn pasienter med CKD og eGFR mindre enn eller lik 30 ml/min/1,73 m² (median) 10,3 prosent ,95 prosent CI96.9-4.4)10. Hos pasienter med CKD korrelerte renal nitratclearance positivt mednyrefunksjon. Redusert fraksjonell utskillelse av nitrat hos pasienter med redusert eGFR var assosiert med økte nitratnivåer i plasma. Disse funnene kan forklares med endret glomerulær filtrasjon og tubulær håndtering av nitrat undernyresykdom, men kan også være relatert til redusert NOS (Nitrogenoksid syntese)-avledet bioaktivitet hos pasienter med CKD, noe som fører til redusert produksjon av oksidert NO (Nitrogenoksid)metabolitter i sirkulasjonen somnyrerkan tilpasse seg ved å reabsorbere mer eller skille ut mindre nitrat.

En randomisert kontrollert studie som undersøkte kjønnsforskjeller i renal nitrathåndtering hos voksne (n=231) med forhøyet blodtrykk, rapporterte at nitratbegrensninger i kosten, nitratkonsentrasjon i urin, mengde nitrat som skilles ut, renal nitratclearning og fraksjonert utskillelse av nitrat. var signifikant lavere hos kvinner enn hos menn13. Imidlertid NEI (Nitrogenoksid)Det ble observert assosiasjon mellom plasmanitratkonsentrasjon eller fraksjonert utskillelse av nitrat og GFR hos begge kjønn. Etter høyt nitratinntak i kosten i 5 uker, økte den fraksjonerte utskillelsen av nitrat markant og ingen kjønnsforskjeller i nyrehåndteringen av nitrat ble observert. Denne studien antyder at tubulær nitratreabsorpsjon kan være høyere hos kvinner enn hos menn, men de underliggende mekanismene krever videre undersøkelse.

I fravær av intrarenal generasjon korrelerer den fraksjonerte utskillelsen av nitrat lineært med plasmanivåer og er beregnet til å være omtrent 3-10 prosent hos bedøvede hunder og rotter, med større reabsorpsjon som finner sted i proksimale tubulus4,105. Hos friske frivillige reduserte hemming av karbonsyreanhydrase ved bruk av acetazolamid proksimal tubulær reabsorpsjon av nitritt og nitrat og økte innholdet i urinen, noe som antyder en rolle av karbonsyreanhydraseavhengige mekanismer i denne reabsorpsjonen. Bevis tyder på at nitratreabsorpsjon også finner sted i senere segmenter av nefronet; clearance og stop-flow studier hos hunder viste at hemming av NKCC2 med furosemid reduserte den tubulære reabsorpsjonen av nitrat fra 97 prosent til 87 prosent under hemming av intrarenal NOS (Nitrogenoksid syntese)og fra 90 prosent til 84 prosent uten NOS (Nitrogenoksid syntese)hemning 1.

En annen mulig kandidat for nitratreabsorpsjon er klorid-bikarbonat-veksleren pendrin (også kjent som SLC26A4), som kommer til uttrykk i interkalerte celler i den distale kronglete tubulen, forbindelsesrøret og den kortikale samlekanalen8. In vitro-studier har vist at pendrinekspresjon reduseres i musekortikale samlekanaler og forbindende tubuli i nærvær av NO (Nitrogenoksid)givere, og oppregulert under hemming av NO (Nitrogenoksid syntese)1.Sialin (også kjent som SLC17A5) transporterer nitrat fra plasmaet inn i spyttkjertlene4. Høyt apikalt uttrykk for signalering er rapportert i distale tubuliceller1, noe som tyder på at denne transportøren også kan bidra til nyreabsorpsjon av nitrat.

Mesteparten av dagens kunnskap om rørformet håndtering av nitrat og nitritt er basert på utskillelse av nitrat. Begge disse anionene filtreres fritt i glomeruli, men om lignende rørformede transportmekanismer eksisterer for nitrat og nitritt langs nefronet er ukjent. Ytterligere studier er nødvendig for å identifisere nitrat- og nitrattransportører i mennesketnyre. Slike studier vil ikke bare fremme forståelsen av nitrat-nitritt-NO (Nitrogenoksid)vei innen helse og sykdom, men kan potensielt føre til nye terapeutiske strategier.

Metabolismen av NO (nitrogenoksid) i nyrene

Tilnærminger til å gjenopprette NO (Nitrogenoksid)bioaktivitet

Til tross for flere tiår med forskning fokusert på å forstå NEI (Nitrogenoksid)biologi og utvikling av nye verktøy for å øke bioaktiviteten til dette signalmolekylet ved ulike lidelser, spesielt i det kardiovaskulære systemet, er antallet godkjente kliniske anvendelser begrenset. Fire hovedtilnærminger kan potensielt øke NO (Nitrogenoksid)bioaktivitet (FIG. 5). Først øke eller gjenopprette endogen NOS (Nitrogenoksid syntese)aktivitet, for eksempel ved tilskudd med L-arginin, L-citrullin eller BH; inhibering av arginaseaktivitet; senke endogene nivåer av NOS (Nitrogenoksid syntese)inhibitorer; stimulere dannelse av hydrogensulfid (H, S); eller bruk av legemidler som statiner, ACE2-aktivatorer, type-2 angiotensin II-reseptor(AT,)agonister og Mas-reseptoragonister som kan dempe oksidativt stress og lette eNOS (Nitrogenoksid syntese)aktivering. For det andre å gi stoffer som direkte øker NO (Nitrogenoksid)generasjon uavhengig av NOS (Nitrogenoksid syntese)system, for eksempel inhalert NO (Nitrogenoksid)gass ​​eller uorganisk nitritt, hybridmedisiner som fester et NO (Nitrogenoksid)-frigjøring av del til et eksisterende farmakologisk middel, øker H, S-signalering, behandling med organiske nitrater, eller tilskudd med uorganisk nitrat eller nitritt. For det tredje, begrensende NEI (Nitrogenoksid)metabolisme, for eksempel ved å dempe oksidativt stress og derved forhindre utskillelse av NO (Nitrogenoksid), og for det fjerde, lette nedstrøms signalveier, for eksempel ved bruk av fosfodiesterasehemmere, sGC-stimulatorer eller sGC-aktivatorer. Noen av de eksisterende og lovende fremtidige tilnærmingene til å øke NO (Nitrogenoksid)generering og signalering er omtalt nedenfor.

Inhalert NO (Nitrogenoksid)gass

Siden FDA-godkjenning av inhalert NO (Nitrogenoksid)for behandling av vedvarende pulmonal hypertensjon hos nyfødte i 1999, har denne tilnærmingen blitt brukt off-label i ulike kliniske omgivelser. Det eksisterer bekymringer angående kronisk bruk av inhalert NO (Nitrogenoksid), spesielt hos pasienter med multippelorgansvikt, på grunn av risikoen for methemoglobindannelse (på grunn av binding av NO (Nitrogenoksid)til hemoglobin, som reduserer dets oksygenbærende kapasitet) og utvikling avnyredysfunksjon. En systematisk oversikt og metaanalyse av randomiserte studier viste at NEI (Nitrogenoksid)inhalasjonsbehandling økte risikoen forakuttnyreskade(AKI) hos pasienter med akutt respiratorisk distress syndrom (ARDS), men ikke i ikke-ARDS-populasjoner13. De underliggende mekanismene involverer sannsynligvis modulering av pre- og post-glomerulær arteriolær motstand og endret tubulær håndtering av salt og vann, noe som støttes av tidligere dyre- og menneskestudier13.Nyrefunksjonog markører for AKI bør derfor overvåkes nøye hos pasienter som trenger inhalert NO (Nitrogenoksid)terapi.

Organiske nitrater

Nitroglycerin (også kjent som glyceryltrinitrat) utvider venøse kapasitanskar, aorta, middels til store koronararterier og kollateraler. Dette organiske nitratet og strukturelt lignende forbindelser ble brukt til å behandle angina, akutt hjerteinfarkt og alvorlig hypertensjon selv før oppdagelsen av rollen til NO (Nitrogenoksid)i fysiologi 4. Kronisk bruk av organiske nitrater har vært assosiert med toleranse og risiko for bivirkninger, inkludert hypotensjon og endotelial dysfunksjon, som begrenser deres terapeutiske anvendelser.

Arginase hemming

NOS (Nitrogenoksid syntese)isoformer konkurrerer om L-arginin med to andre enzymer, arginase og argininmetyltransferase, som omdanner L-arginin til henholdsvis urea og L-ornitin eller asymmetrisk dimetylarginin (ADMA). ADMA hemmer på sin side NOS (Nitrogenoksid syntese)aktivitet ved direkte å konkurrere med L-arginin om binding til NOS (Nitrogenoksid syntese), som fører til NOS (Nitrogenoksid syntese)frakoblingl5. To isozymer av arginase eksisterer; arginase 1 er primært lokalisert i cytoplasmaet til hepatocytter og røde blodceller16, mens arginase 2 er lokalisert i mitokondriene til flere vev i kroppen, med høy overflod inyre(Human Protein Atlas). Økt arginaseaktivitet og forhøyede ADMA-nivåer, sammen med redusert NO (Nitrogenoksid)syntese, har vært assosiert med endoteldysfunksjon og økt kardiovaskulær risiko hos pasienter med CKD (Kronisk nyre sykdom). Arginasehemming har dessuten vist seg å forbedre mikrovaskulær endotelfunksjon hos pasienter med koronararteriesykdom og T2DM9,1x0.

Eksperimentelle studier har vist at uorganisk nitrat i kosten kan redusere arginaseekspresjon og aktivitet, noe som kan bidra til de gunstige effektene av nitrat ved kardiovaskulær og metabolsk sykdom21,122. Økt arginase 2 uttrykk og aktivitet har blitt assosiert mednyrefeil, diabetikernyresykdom(DKD), og hypertensiv nefropati, og gunstige effekter av arginaseinhibering har blitt demonstrert i nyresykdomsmodeller,18. Ytterligere studier er nødvendig for å undersøke de potensielle kliniske fordelene ved å svekke arginasefunksjonen hos pasienter mednyresykdom.

Forholdet mellom kronisk nyresykdom og nitrogenoksidsyntese

H, S dannelse og signalering

Signalmolekylet H, S har mange likheter med NO (Nitrogenoksid)og påvirker et bredt spekter av fysiologiske funksjoner, inkludert modulering av kardiovaskulære, nyre- og metabolske systemer23-12. H, S dannes endogent i de fleste organer, inkludertnyre, via enzymatiske og ikke-enzymatiske reaksjoner24. Stimulering av H, S-produksjon kan øke NO (Nitrogenoksid)-sGC-cGMP-PKG-vei ved å øke NO-produksjonen og dens nedstrømssignalering. H, S kan også øke eNOS (Nitrogenoksid syntese)aktivering via mekanismer som involverer mobilisering av intracellulær Ca2 pluss og fremme av fosforylering26127. I tillegg kan H, S øke NO (Nitrogenoksid)produksjon uavhengig av NOS (Nitrogenoksid syntese)via stimulering av XOR-avhengig reduksjon av nitritt til NO128.H, har Shas også vist seg å aktivere sGC og/eller direkte øke cGMP-nivåer via hemming av fosfodiesterase. Interaksjonene og krysstalen som oppstår mellom NO og H, S signalsystemene er komplekse og involverer dannelsen av S/N-hybride arter. Behandling med saktefrigivende H, S-donorer er assosiert med beskyttende effekter i dyremodeller av kardiovaskulær,nyreog metabolske sykdommer2-12, men disse resultatene avventer videre klinisk oversettelse.

Fosfodiesterase hemming

cGMP hydrolyseres til guanosinmonofosfat (GMP) av fosfodiesterase. Til dags dato har fosfodiesterase 5(PDE5), som kommer til uttrykk i forskjellige vev, inkludert kardiovaskulære og renale systemer, vært hovedfokus for forskning, men andre fosfodiesterase-isozymer har også blitt foreslått å modulere NO (Nitrogenoksid)-mediert cGMP-avhengig og uavhengig signalering.

PDE5-hemmere blokkerer cGMP-nedbrytning og fører derved til økt eller forlenget NO (Nitrogenoksid)signalisering. Disse forbindelsene har vist seg å senke blodtrykket i prekliniske og kliniske studier og å anstrenge segnyreog kardiovaskulære beskyttende effekter i ulike eksperimentelle modeller av IRI, hjertesvikt], CKD og DKD12. PDE5 er sterkt uttrykt inyre(i glomeruli, mesangiale celler, kortikale tubuli og indre medullær samlekanal) ognyre-Beskyttende effekter av PDE5-hemmere antas å strekke seg langt utover deres antihypertensive effekt3. Hos 5/6 nefrektomiserte rotter forhindret 8 ukers behandling med en PDE5-hemmer startet umiddelbart etter nefrektomi utviklingen av hypertensjon og ble bedretnyreskadeog proteinuri3. Men dette dypenyrebeskyttelsen gikk tapt hvis PDE5-hemming ble initiert på et senere stadium (det vil si 4 uker etter nefrektomi) når proteinuri allerede var tydelig.

PDE5-hemmere er for tiden klinisk godkjent for behandling av pulmonal hypertensjon, erektil dysfunksjon og symptomer i nedre urinveier. Imidlertid antyder lovende prekliniske og tidlige kliniske funn at ytterligere terapeutiske indikasjoner kan være mulig i fremtiden. For eksempel viste en fase II-studie at behandling én gang daglig med samtidig virkende PDE5-hemmer i 12 uker reduserte albuminuri hos 256 pasienter med T2DM og åpenbar nefropati5. Viktigst, dettenyre-beskyttendeeffektble observert til tross for samtidig behandling med RAAS-blokkere og uavhengig av eventuelle endringer i blodtrykk eller GFR.

KLIKK HER FOR DEL Ⅲ