Progresjon av etablert ikke-diabetisk kronisk nyresykdom stoppes av metforminbehandling hos rotter Ⅲ

DISKUSJON

Etter flere tiår med forskning,CKDfortsetter å være englobalt helseproblemmed de fleste pasienter som blir diagnostisert når CKD allerede er etablert (stadier 2–3a eller til og med 3b–4). Selv om ensunn livsstil og riktig behandling av diabetesoghøyt blodtrykkkan forhindre utbruddet ellerbremse CKD-progresjonen, mangler effektiv behandling. I denne studien viste metformin en potentterapeutisk effektved å stoppe progresjonen av etablert CKD i enadenin-indusert CKDrottemodell. Forebyggende metforminbehandling har vist seg åbevare nyrefunksjoneni diabetiske og ikke-diabetiske CKD-gnagermodeller.37,38 Dessuten har vi nylig demonstrert at i rottemodellen for adenin-indusert CKD-mineral- og bensykdom, svekket forebyggende metforminbehandling utviklingen av alvorlig CKD så vel som den påfølgende vaskulaturen og beinet. komorbiditeter.14 Likevel er data om dets potensiale som et terapeutisk medikament knappe.

NY URTEFORMULERING FORSTREGE CKD-PROGRESSIONEN

Figur 8|Overrepresentasjonsanalyse av listen over primære Differentially Expressed Proteins (DEP). Lengden på stangen representerer betydningen av banen. I tillegg, jo lysere fargen er, desto mer betydningsfull er banen

Nylig undersøkte Borges et al.39 den terapeutiske effekten av metformin i en subtotal nefrektomimodell. Behandling med metformin (300 mg/kg, i drikkevann) ble startet 30 dager inn i modellen da høyere systolisk blodtrykk og albuminuri ble observert, om enn i fravær av økte serumkreatininnivåer. Etter 120 dager med metforminbehandling ble det observert lavere blodtrykk, albuminuri og mindre interstitiell nyrefibrose, mens det ikke var noen gunstig effekt av metformin på serumkreatininnivåer.39 Selv om denne studien bekrefter en gunstig effekt av metformin på en dysfunksjonell nyre, Modellen var for mild og med for langsom progresjonshastighet til å konkludere direkte om metformins sanne terapeutiske potensial. I vår adenin-induserte CKD-rottemodell ble mild til moderat etablert CKD bekreftet ved starten av behandlingen med en 2- til 3-dobling av serumkreatinin etter 4 uker og en 3- å 4-doble økningen i serumkreatininverdier etter 5 uker med adenin-diett, tilsvarende henholdsvis GFR-kategori G2 til G3 og kategori G3. Etter 8 og 9 uker med adenin-diett ble alvorlig nedsatt nyrefunksjon observert hos vehikelbehandlede dyr (dvs. en 10-dobling av serumkreatinin sammenlignet med baseline-verdiene), tilsvarende GFR-kategori G4 til G5 (dvs. , nyresykdom i sluttstadiet) og bekrefter den progressive funksjonsnedgangen i denne modellen. Metforminbehandling, som startet ved mild (4 uker) og til og med moderat (5 uker) CKD-debut, beskyttet signifikant (P < 0,0001) adenin-eksponerte rotter mot utviklingen mot alvorlig CKD. I tråd med den reduserte nyrefunksjonen hos vehikelbehandlede dyr, ble serumkalsium- og fosfornivåene utbalansert, noe som resulterte i CKD-relatert hyperfosfatemi og hypokalsemi. Sammen med å stoppe nyrefunksjonen, førte metformin til en normalisering av mineralhomeostase, og utvidet dermed dens lovende terapeutiske implikasjoner til CKD-relaterte komorbiditeter.14 Den nåværende studien viser at terapeutisk metforminbehandling kan stoppe progresjonen av allerede etablert CKD hos adenin-induserte CKD rottemodell. Å oversette graden av nyredysfunksjon i vår rottestudie til den humane CKD-populasjonen indikerer at metformin bør være i stand til å stoppe progresjonen av CKD etter diagnosen på trinn 2 til 3, unngå eller i det minste utsette drastiske intervensjoner som dialyse.

Figur 10|Effekt av metformin på Yap1 og dets nedstrøms mål for bindevevsvekstfaktor (Ctgf) og cysteinrik angiogen induktor 61 (Cyr61). Yap1-ekspresjon (a,b), Ctgf-ekspresjon (c,d) og Cyr61-ekspresjon (e,f) i rotter med kronisk nyresykdom behandlet med metformin eller bærer fra 4 (a,c,e) eller 5 uker (b,d) f) etter induksjon av kronisk nyresykdom. Data presenteres som gjennomsnittlig SEM.***P < 0.001 versus kjøretøy. P < 0,05 versus uke 4 og 5. #P < 0,05 versus kontrolldyr med normal nyrefunksjon.

Når det gjelder nyrehistologi, var metformin i stand til å stoppe den progressive ekspansjonen av interstitium, uavhengig av om administreringen startet tidlig (4 uker) eller senere (5 uker) etter induksjon av CKD. Videre er betennelse generelt anerkjent som en essensiell komponent av CKD.40 I vår studie, i motsetning til vehikel-behandlede dyr, viste ingen av de metformin-behandlede dyrene signifikant økt interstitiell inflammasjon (leukocyttinfiltrasjon) ved slutten av studien sammenlignet med til starten av behandlingen (enten uke 4 eller 5), noe som indikerer at den nybeskyttende effekten av metformin, i det minste delvis, består i reduksjon av inflammatorisk celleinfiltrasjon i interstitium.40,41 Det gjenstår å fastslå om dette er på grunn av å beskytte tubulære epitelceller mot skade, og dermed svekke frigjøringen av proinflammatoriske faktorer eller ved en direkte effekt på inflammatoriske celler.

Den slående terapeutiske effektiviteten til metformin observert i denne studien oppfordret oss til å utføre en objektiv proteomisk analyse for å utforske signalkompleksene og -veiene ytterligere. Selv om det ikke er overraskende at introduksjonen av metformin til et patologisk scenario kan påvirke energimetabolismeaspekter (f.eks. AMPK-signalering, pyruvatmetabolisme), forsøkte vi også å undersøke om denne terapeutiske aktiviteten regulerte ytterligere signalkomplekser og signalveier. Metformineksponering i CKD-modellen var assosiert med Hippo-signalveien, en svært konservert multiproteinkinase-kaskade som kontrollerer vevsutvikling, organstørrelse, celleproliferasjon og apoptose.42 I sentrum av dette nettverket ligger Hippo-kinase-målet og nedstrøms-baneeffektoren. Yes-assosiert protein (Yap) og dets paralog Taz (WW-domene som inneholder transkripsjonsregulator 1, eller Wwtr1). I sin fosforylerte form blir cytoplasmatisk Yap sekvestrert i en inaktiv tilstand. Når Hippo-kaskaden er inaktivert, fungerer Yap/Taz som en transkripsjonell koaktivator i kjernen og forsterker transkripsjonen av gener som Ctgf og Cyr61.43 Metformins gjenbeskyttende effekt ser ut til å bestå av aktivering av Hippo-signalveien, og dermed hemme den nukleære akkumuleringen av Yap/Taz og derfor reduserende Ctgf-ekspresjon og Cyr61-genekspresjon (figur 13). Disse resultatene er i tråd med tidligere studier som undersøker krysstale mellom energihomeostase, som involverer AMPK, og Hippo-banen. Faktisk oppdaget Wang et al.44 at aktiv AMPK (oppfylt for min er generelt kjent som en AMPK-aktivator) direkte fosforylerer Yap og dermed undertrykker Yap transkripsjonsaktivitet. I tillegg beskrev Mo et al.45 at Yap-aktivitet er negativt regulert av cellulært energistress. De viste at Yap hemmes direkte av AMPK-mediert fosforylering og indirekte via aktivering av Large tumor suppressor (Lats) kinaser.45 Videre fosforylerer og inaktiverer serin/treonin-proteinkinase (Pak1) oppstrøms kinaseaktivator neurofibromin 2 (Nf2) /Merlin), som forårsaker inaktivering av Lats1/2, og følgelig kjernefysisk translokasjon av Yap/Taz.46 Metforminbehandling nedregulerte Pak1, som nevnt i DEP-listen (tilleggstabell S2), og forhindret hemming av Lats-mediert Yap-fosforylering . I tillegg oppregulerte metforminbehandling pattedyr Ste20-lignende kinase 2 MST2 (dvs. serin/treoninkinase 3 [Stk3]-genet i DEP-listen), noe som forårsaker mer Lats-mediert Yap-fosforylering. Metformins effekt på Hippo-banen ble ytterligere bekreftet av mRNA-ekspresjon av Yap samt på to viktige målgener for Hippo/Yap-signalering (Ctgf og Cyr61) allerede ved uke 8. Samlet sett identifiserte disse observasjonene at Hippo-banen var av interesse i avdekke metformins terapeutiske virkning.

I 2019 godkjente US Food and Drug Administration bruken av canagliflozin for å bremse ned diabetikerelatert nyresykdom. Mer nylig, i 2021, godkjente US Food and Drug Administration SGLT2-hemmeren, dapagliflozin, for å redusere risikoen for sykdomsprogresjon hos pasienter med CKD uavhengig av diabetesstatus.28,29 Angående dens effekt på CKD-dyr modeller, Ali et al.47 demonstrerte at forebyggende behandling med kanagliflozin kunne dempe utviklingen av alvorlig adenin-indusert CKD ved samtidig administrering av adenin-dietten og kanagliflozinbehandling (10 mg/kg og 25 mg/kg, oral sonde) i 35 dager på rad. Forebyggende agliflozinbehandling, ved begge doser, forbedret nyrefunksjonen, undertrykt betennelse og oksidativt stress, og forbedret histologisk utseende.47 I tillegg rapporterte Yamato et al.48 en forebyggende nybeskyttende effekt av administrering av lavdose ipragliflozin (0,03 eller 0,1 mg/kg). hos adenin-induserte CKD-mus: samtidig adenin- og ipragliflozindosering forbedret plasmakreatininnivåer og morfologiske endringer, sammenlignet med adenindosering alene. I motsetning til dette konkluderte Ma et al.49 med at de forebyggende renobeskyttende virkningene til SGLT2-hemmeren, empagliflozin (10 mg/kg, i 14 dager), ikke gjaldt hos mus med ikke-diabetisk oksalatrelatert nefrokalsinose. Videre evaluerte Zhang et al.50 effekten av dapagliflozin (0,5 mg/kg, to ganger/dag, 12 uker) hos 5/6 nefrektomiserte rotter, hvor sykdomsprogresjonen ikke ble påvirket av SGLT2-hemming. Disse avvikene i slike forebyggende studier inspirerte oss til å sammenligne den terapeutiske effekten av metformin med den til canagliflozin i en ikke-diabetisk sammenheng med etablert CKD. Behandling med kanagliflozin viste seg ikke å være i stand til å stoppe det progressive tapet av nyrefunksjon. Histologisk viste ingen av dyrene behandlet med canagliflozin, sammenlignet med vehikelbehandlede CKD-dyr, en redusert prosentandel av interstitiell areal, og heller ikke

Figur 12|Effekt av canagliflozin på nyrefunksjon, histopatologi og genuttrykk. Serumkreatinin (a), kreatininclearance (b), interstitiell arealprosent (c), periodic acid-Schiff-fargede nyreseksjoner (d), Col1a1-uttrykk (e), Tnfa-uttrykk (f), Tgfb-uttrykk (g), Yap1 ekspresjon (h), bindevevsvekstfaktor (Ctgf) ekspresjon (i), cysteinrik angiogen induser 61 (Cyr61) uttrykk (j) av rotter med kronisk nyresykdom behandlet med enten kanagliflozin eller vehikel med start 4 uker etter induksjon av kronisk nyresykdom . Data presenteres som gjennomsnittlig SEM. Stolper ¼ 100 mm. *P < 0,05 versus kjøretøy; #P < 0,05 versus kontrolldyr med normal nyrefunksjon. For å optimalisere visningen av dette bildet, se nettversjonen av denne artikkelen på www.kidney-international.org.

Det nåværende arbeidet har også noen begrensninger. Bruken av den adenin-induserte CKD-modellen kan stilles spørsmål ved dens relevans fordi det er en krystallnefropati med en uttalt inflammatorisk forbindelse og en alvorlig progresjonshastighet. Likevel er det verdt å merke seg at hele spekteret av funksjonelle og histopatologiske trekk ved CKD er konsekvent tilstede i denne modellen og også resulterer i komorbiditeter som er relevante for human CKD-mineral- og beinlidelse.14,51 Dessuten er det faktum at metformin kan svekke CKD Progresjon i denne alvorlige modellen bekrefter potensialet som en terapeutisk renoprotector. En annen begrensning ved denne studien er dødeligheten i våre metforminbehandlede grupper. Det er usannsynlig at disse dødsfallene skyldtes kardiovaskulære hendelser fordi vi tidligere har vist at metformin forhindret utbruddet og progresjonen av vaskulær forkalkning i en alvorlig 0.25 % adenin-indusert CKD-mineral- og bensykdomsmodell via dens renobeskyttende virkning. .14 ​​Dessuten er metforminbruk hos pasienter med hjertesykdom assosiert med forbedrede utfall snarere enn økt risiko.10,52,53 Alternativt kunne vi ikke konsekvent koble dødelighet til økte laktatnivåer fordi dyrene som døde ikke konsekvent viste det høyeste serumet. laktatkonsentrasjoner. Laktacidose som mulig dødsårsak kunne imidlertid ikke utelukkes fullt ut fordi blodprøvetaking ikke fant sted på dødsdagen. Det er ubestridelig at frykten for laktacidose som en komplikasjon av metformin hos pasienter med CKD har negativt påvirket bruken i denne populasjonen. Selv om kontrollen av doseringen i vår studie i ettertid kunne vært strengere, er det klart at faren for laktacidose er perfekt håndterbar og unngåelig, samtidig som terapeutiske fordeler opprettholdes. Dette synet støttes også av menneskelige data.23,54

i det komplekse nettverket av molekylære signalveier som ligger til grunn for de nybeskyttende effektene av metformin er utfordrende, tillater det identifisering av potensielt nye terapeutiske mål. Den her foreslåtte involveringen av flodhestveien kan være et første skritt til dette.

AVSLØRING

Alle forfatterne erklærte ingen konkurrerende interesser. DATAERKLÆRING Massespektrometriproteomikkdataene er deponert til ProteomeXchange Consortium via PRoteomics IDentification Database (PRIDE) partnerlager med datasettidentifikatorene PXD022687 og 10.6019/PXD022687. BEKRETTELSER Metformin ble levert av Merck KGaA. Vi takker Geert Dams, Hilde Geryl, Ludwig Lamberts, Rita Marynissen og Simonne Dauwe for deres utmerkede tekniske assistanse. Vi vil også takke Dr. Youssef Bennis (Centre Hospitalier Universitaire Amiens Picardie) for å bestemme serumkonsentrasjonene av metformin. RC er finansiert av Universitetet i Antwerpen: PhD-stipend (DocPro). RC er finansiert av BOF-DOCPRO-34737.

REFERANSER

1. Jha V, Garcia-Garcia G, Iseki K, et al. Kronisk nyresykdom: global dimensjon og perspektiver. Lancet. 2013;382:260–272

2. Benghanem Gharbi M, Elseviers M, Zamd M, et al. Kronisk nyresykdom, hypertensjon, diabetes og fedme i den voksne befolkningen i Marokko: hvordan unngå "over"- og "under"-diagnose av CKD. Nyre Int. 2016;89:1363–1371.

3. National Kidney Foundation. K/DOQI retningslinjer for klinisk praksis for kronisk nyresykdom: evaluering, klassifisering og stratifisering. Am J Kidney Dis. 2002;39(2 suppl 1): S1–S266.

4. Luyckx VA, Tonelli M, Stanifer JW. Den globale byrden av nyresykdom og målene for bærekraftig utvikling. Bull World Health Organ. 2018;96:414–422D.

5. Zoccali C, Kramer A, Jager KJ. Kronisk nyresykdom og nyresykdom i sluttstadiet - en gjennomgang laget for å bidra til rapporten "The Status of Health in the European Union: Towards a Healthier Europe." NDT Plus. 2010;3:213–224.

6. Schernthaner G, Schernthaner GH. Det rette stedet for metformin i dag. Diabetes Res Clin Practice. 2019;159:107946.

7. Bailey CJ. Metformin: historisk oversikt. Diabetologia. 2017;60:1566– 1576. 8. Rena G, Pearson ER, Sakamoto K. Molecular mechanism of action of metformin: old or new insights? Diabetologia. 2013;56:1898–1906.

9. Marshall SM. 60 år med metforminbruk: et blikk på fortiden og et blikk mot fremtiden. Diabetologia. 2017;60:1561–1565.

10. Rena G, Lang CC. Gjenbruk metformin for hjerte- og karsykdommer. Sirkulasjon. 2018;137:422–424. 11. Lord JM, Flight IHK, Norman RJ. Metformin ved polycystisk ovariesyndrom: systematisk oversikt og metaanalyse. BMJ. 2003;327:951–953.

12. Zaidi S, Gandhi J, Joshi G, et al. Antikreftpotensialet til metformin på prostatakreft. Prostatakreft Prostata Dis. 2019;22: 351–361.

13. Dowling RJO, Zakikhani M, Fantus IG, et al. Metformin hemmer pattedyrmålet for rapamycinavhengig translasjonsinitiering i brystkreftceller. Cancer Res. 2007;67:10804–10812.