Hvor vigtig er nitrogenoxidsyntese for nyrerne?

For flere oplysninger:ali.ma@wecistanche.com

Del Ⅱ: Nitrogenoxid-signalering i nyreregulering og kardiometabolisk sundhed

Mattias Carlström

KLIK HER FOR AT DEL Ⅰ

Modulation af natriumtransport med NO (Nitrogenoxid)

Natrium- og vandhomeostase reguleres hovedsageligt via virkningerne af hormoner (det vil sige aldosteron og vasopressin) inyresamt Ang II og endotelinsignalering. Men andre endogene forbindelser, der ikke cirkulerer i høje niveauer, såsom NO (Nitrogenoxid), bidrager væsentligt til nyrernes håndtering af natrium og vand via forskellige mekanismer. Generelt NEJ (Nitrogenoxid)hæmmer tubulær natriumreabsorption langs nefronen; dog de akutte og kroniske virkninger af NO (Nitrogenoxid)i specifikke tubulære segmenter under sundhed og sygdom kræver yderligere undersøgelse. Især virkningerne af NO (Nitrogenoxid) om natrium- og væskereabsorption i proksimale tubuli diskuteres, da interaktioner med Ang II og bifasiske effekter er blevet rapporteret. Disse forskellige effekter kan forklares af forskellige eksperimentelle indstillinger, modeller og artsforskelle".

I betragtning af den korte halveringstid af NO (Nitrogenoxid)in vivo menes dets handlinger hovedsageligt at være medieret via autokrin eller parakrin signalering. Dog NEJ (Nitrogenoxid)kan også fungere som et endokrint hormon, potentielt via hæm-NO (Nitrogenoxid)signalering. Som diskuteret ovenfor, NEJ inyrestammer ikke kun fra eNOS (Nitrogenoxid syntese)i vaskulaturen, men også fra tubulær epitel nNOS (Nitrogenoxid syntese)og potentielt iNOS (Nitrogenoxid syntese)under patologiske tilstande forbundet med betændelse. Tidlige undersøgelser, der brugte farmakologiske tilgange til at undersøge NOS's specifikke rolle (Nitrogenoxid syntese)-afledt NEJ (Nitrogenoxid)på tubulær funktion var nogle gange svære at fortolke, fordi ikke-selektiv hæmning af systemisk NO (Nitrogenoxid)generering øget blodtryk, nedsat nyreperfusion og påvirket nyreautoregulerende mekanismer. Efterfølgende undersøgelser med mere selektive farmakologiske hæmmere eller genetiske knockout-metoder viste imidlertid, at NOS (Nitrogenoxid syntese)hæmning kan reducere natrium- og væskeudskillelse uden at inducere væsentlige hæmodynamiske ændringer*5.

Langs nefronen reabsorberes ca. 67 procent af den filtrerede natriumbelastning i de proksimale snoede tubuli; 25 procent i TAL i løkken af ​​Henle; 5 procent i det distale viklede rør, forbindelsesrør og indledende samlerør; og 3 procent i den indre medullære opsamlingskanal4.nNOS (Nitrogenoxid syntese)og/eller eNOS (Nitrogenoxid syntese)-afledt NEJ (Nitrogenoxid)er blevet rapporteret at hæmme den basolaterale natrium-kalium-pumpe (Nat/K plus -ATPase) i den proksimale tubuli, den apikale natrium/hydrogen-veksler 3 (NHE3; også kendt som SLC9A3) i den proksimale tubuli og TAL i løkken af ​​Henle , apikal NKCC2 i TAL i løkken af ​​Henle og apikal epitelial natriumkanal (ENaC) i den kortikale opsamlingskanal19 (FIG.4). Selvom nNOS (Nitrogenoxid syntese)er udtrykt i den distale tubuli, er dens potentielle rolle i at modulere transportører i denne del af nefronet (f.eks. Nat/Cl-cotransporteren (NCC; også kendt som SLC12A3)) ikke klar.

Tidlige undersøgelser, der brugte systemisk administration af NOS (Nitrogenoxid syntese)inhibitorer understøtter en hæmmende effekt af NO (Nitrogenoxid)om proksimal tubulær natriumreabsorption67. Et studie fra 2014 med isolerede humane proksimale tubuli viste imidlertid, at Ang II dosisafhængigt stimulerede proksimal tubulær natriumtransport (som vist ved øget aktivitet af NHE3 og den basolaterale Nat'-HCO,-cotransporter) via NO-CGMP-medieret fosforylering af ERK8 . Denne undersøgelse viste også, at behandling med NO-donoren natriumnitroprussid reducerede natriumtransportøraktivitet i muse- og rotteproksimale tubuli, men havde den modsatte effekt i humane proksimale tubuli. Yderligere undersøgelse er nødvendig for at forstå årsagen til denne uoverensstemmelse og for at afklare, om lignende fænomener eksisterer for andre transportører og i andre segmenter af nefronen. Effekten af ​​NO på tubulær reabsorption kan potentielt være koncentrationsafhængig og involvere interaktion med regulatoriske hormonsystemer såsom RAAS. Selvom virkningerne af NOon proksimal tubulær reabsorption diskuteres, spiller NO klart en vigtig rolle inyrefysiologi og kompromitteret NO bioaktivitet er forbundet mednyresygdomog associerede kardiovaskulære og metaboliske lidelser7, s,9.

Klik til Cistanche vitaminbutik og Cistanche til nyresygdom

Rørformet håndtering af NO (Nitrogenoxid)metabolitter

Som nævnt ovenfor, NEJ (Nitrogenoxid)metaboliseres hurtigt til dannelse af nitrit og nitrat, som hovedsageligt udskilles afnyrer. Selvom urinudskillelse af NOx ofte rapporteres, afspejler denne måling hovedsageligt nitrat, som findes i plasma i næsten 1,000-fold højere koncentrationer og har en væsentlig længere halveringstid end nitrit (ty~6t versus,~30min. ); således er det meget mere stabilt i urinen. Da kosten er en væsentlig bidragyder til puljen af ​​cirkulerende nitrat og nitrit i kroppen, kan akkumuleret udskillelse af NOx kun bruges til at estimere NOS (Nitrogenoxid syntese)funktion under strenge diætrestriktioner. I øvrigt,nyreNOS (Nitrogenoxid syntese)aktivitet kan i væsentlig grad påvirke den totale udskillelse af NOx, i det mindste under højt saltindtag. Blandt mus fodret med en kost med højt saltindhold, dem med deletion af nNOS (Nitrogenoxid syntese)i opsamlingskanalen havde cirka 50 procent lavere NOx-udskillelse end kontrollerne og udviklede hypertension 2.

Tidlige undersøgelser af unge, raske frivillige viste, at kun 60 procent af oralt administreret 15N-nitrat blev udskilt i urinen som nitrat inden for 48 timer, med minimale mængder (0.1 procent ) udskilt i fæces ,101. En lille mængde 15N mærket nitrat blev også udskilt som ammoniak eller urinstof i urinen (2-4 procent) og fæces (0,2 procent), men håndtering og/eller fjernelse af den resterende dosis (36-38 procent) ) er stadig ikke klar. Noget nitrat distribueres sandsynligvis til muskelpuljen, og eliminering fra kroppen via udånding af nitrogengas er også mulig.

En lille klinisk undersøgelse viste, at raske frivillige med almnyrefungere(eGFR>60 ml/min/1,73 m2) havde signifikant højere fraktioneret udskillelse af nitrat (median 16,3 procent ;95 procent CI8.7-22.8) end patienter med CKD og eGFR mindre end eller lig med 30 ml/min/1,73 m² (median 10,3 procent ,95 procent CI96.9-4.4)10.Hos patienter med CKD korrelerede renal nitratclearance positivt mednyrefungere. Reduceret fraktioneret udskillelse af nitrat hos patienter med nedsat eGFR var forbundet med øgede nitratniveauer i plasma. Disse fund kan forklares ved ændret glomerulær filtration og rørformet håndtering af nitrat undernyre sygdom, men kan også være relateret til reduceret NOS (Nitrogenoxid syntese)-afledt bioaktivitet hos patienter med CKD, hvilket fører til reduceret produktion af oxideret NO (Nitrogenoxid)metabolitter i kredsløbet, hvortilnyrerkan tilpasse sig ved at reabsorbere mere eller udskille mindre nitrat.

Et randomiseret kontrolleret forsøg, der undersøgte kønsforskelle i håndtering af renal nitrat hos voksne (n=231) med forhøjet blodtryk, rapporterede, at nitratkoncentrationen i urinen, mængden af ​​udskilt nitrat, renal nitratclearance og fraktioneret udskillelse af nitrat under kosten. var signifikant lavere hos kvinder end hos mænd13. Dog NEJ (Nitrogenoxid)sammenhæng blev observeret mellem plasma nitratkoncentration eller fraktioneret udskillelse af nitrat og GFR hos begge køn. Efter højt nitratindtag i kosten i 5 uger steg fraktioneret udskillelse af nitrat markant, og der blev ikke observeret kønsforskelle i nyrernes håndtering af nitrat. Denne undersøgelse tyder på, at tubulær nitratreabsorption kan være højere hos kvinder end hos mænd, men de underliggende mekanismer berettiger yderligere undersøgelse.

I fravær af intrarenal generering korrelerer den fraktionerede udskillelse af nitrat lineært med plasmaniveauer og er blevet beregnet til at være ca. 3-10 procent hos bedøvede hunde og rotter, hvor større reabsorption finder sted i den proksimale tubulus4,105. Hos raske frivillige sænkede inhibering af kulsyreanhydrase ved brug af acetazolamid den proksimale tubulære reabsorption af nitrit og nitrat og øgede deres indhold i urinen, hvilket tyder på en rolle af kulsyreanhydraseafhængige mekanismer i denne reabsorption. Beviser tyder på, at nitratreabsorption også finder sted i senere segmenter af nefronen; clearance og stop-flow undersøgelser hos hunde viste, at hæmning af NKCC2 med furosemid reducerede den tubulære reabsorption af nitrat fra 97 procent til 87 procent under hæmning af intrarenal NOS (Nitrogenoxid syntese)og fra 90 procent til 84 procent uden NOS (Nitrogenoxid syntese)hæmning 1.

En anden mulig kandidat til nitratreabsorption er chlorid-bicarbonat-bytteren pendrin (også kendt som SLC26A4), som udtrykkes i interkalerede celler i den distale, indviklede tubuli, den forbindende tubuli og den kortikale samlekanal8. In vitro undersøgelser har vist, at pendrin-ekspression reduceres i musekortikale opsamlingskanaler og forbindende tubuli i nærvær af NO (Nitrogenoxid)donorer og opreguleret under inhibering af NO'er (Nitrogenoxid syntese)1.Sialin (også kendt som SLC17A5) transporterer nitrat fra plasmaet ind i spytkirtlerne4. Høj apikal ekspression af signalering er blevet rapporteret i distale tubuliceller1, hvilket tyder på, at denne transportør også kan bidrage til nyreabsorption af nitrat.

Det meste af den nuværende viden om den rørformede håndtering af nitrat og nitrit er baseret på udskillelse af nitrat. Begge disse anioner filtreres frit i glomeruli, men om der findes lignende rørformede transportmekanismer for nitrat og nitrit langs nefronen, er ukendt. Yderligere undersøgelser er nødvendige for at identificere nitrat- og nitrattransportører i menneskernyre. Sådanne undersøgelser ville ikke kun fremme forståelsen af ​​nitrat-nitrit-NO (Nitrogenoxid)vej i sundhed og sygdom, men kunne potentielt føre til nye terapeutiske strategier.

Omsætningen af ​​NO (nitrogenoxid) i nyrerne

Tilgange til at genoprette NO (Nitrogenoxid)bioaktivitet

På trods af flere årtiers forskning fokuseret på at forstå NO (Nitrogenoxid)biologi og udvikling af nye værktøjer til at øge bioaktiviteten af ​​dette signalmolekyle i forskellige lidelser, især i det kardiovaskulære system, er antallet af godkendte kliniske anvendelser begrænset. Fire hovedtilgange kunne potentielt øge NO (Nitrogenoxid)bioaktivitet (FIG. 5). For det første at øge eller genoprette endogen NOS (Nitrogenoxid syntese)aktivitet, for eksempel ved tilskud med L-arginin, L-citrullin eller BH; hæmning af arginaseaktivitet; sænkning af endogene niveauer af NOS (Nitrogenoxid syntese)inhibitorer; stimulering af hydrogensulfid (H, S)-dannelse; eller ved at bruge lægemidler såsom statiner, ACE2-aktivatorer, type-2 angiotensin II-receptor(AT,)-agonister og Mas-receptoragonister, der kan dæmpe oxidativt stress og lette eNOS (Nitrogenoxid syntese)aktivering. For det andet giver stoffer, der direkte øger NO (Nitrogenoxid)generation uafhængigt af NOS (Nitrogenoxid syntese)system, for eksempel inhaleret NO (Nitrogenoxid)gas eller uorganisk nitrit, hybridlægemidler, der binder et NO (Nitrogenoxid)-frigivelse af del til et eksisterende farmakologisk middel, forøgelse af H, S-signalering, behandling med organiske nitrater eller tilskud med uorganisk nitrat eller nitrit. For det tredje, begrænsende NEJ (Nitrogenoxid)stofskifte, for eksempel ved at dæmpe oxidativt stress og derved forhindre udskillelse af NO (Nitrogenoxid)og for det fjerde facilitering af nedstrøms signalveje, for eksempel ved anvendelse af phosphodiesterase-inhibitorer, sGC-stimulatorer eller sGC-aktivatorer. Nogle af de eksisterende og lovende fremtidige tilgange til at øge NO (Nitrogenoxid)generering og signalering diskuteres nedenfor.

Inhaleret NEJ (Nitrogenoxid)gas

Siden FDA-godkendelsen af ​​inhaleret NO (Nitrogenoxid)til behandling af vedvarende pulmonal hypertension hos nyfødte i 1999, er denne tilgang blevet brugt off-label i forskellige kliniske omgivelser. Der er bekymringer vedrørende kronisk brug af inhaleret NO (Nitrogenoxid), især hos patienter med multipel-organsvigt, på grund af risikoen for methæmoglobindannelse (på grund af binding af NO (Nitrogenoxid)til hæmoglobin, som reducerer dets iltbærende kapacitet) og udvikling afnyredysfunktion. En systematisk gennemgang og meta-analyse af randomiserede forsøg viste, at NO (Nitrogenoxid)inhalationsbehandling øgede risikoen forspidsnyreskade(AKI) hos patienter med akut respiratory distress syndrome (ARDS), men ikke i ikke-ARDS-populationer13. De underliggende mekanismer involverer sandsynligvis modulering af præ- og post-glomerulær arteriolær modstand og ændret tubulær håndtering af salt og vand, hvilket understøttes af tidligere dyre- og menneskestudier13.Nyrefungereog markører for AKI bør derfor overvåges nøje hos patienter, som kræver inhaleret NO (Nitrogenoxid)terapi.

Økologiske nitrater

Nitroglycerin (også kendt som glyceryltrinitrat) udvider venøse kapacitanskar, aorta, mellemstore til store kranspulsårer og kollateraler. Dette organiske nitrat og strukturelt lignende forbindelser blev brugt til at behandle angina, akut myokardieinfarkt og svær hypertension, selv før opdagelsen af ​​NO's rolle (Nitrogenoxid)i fysiologi 4. Kronisk brug af organiske nitrater er blevet forbundet med tolerance og risiko for bivirkninger, herunder hypotension og endotel dysfunktion, som begrænser deres terapeutiske anvendelser.

Arginase hæmning

NOS (Nitrogenoxid syntese)isoformer konkurrerer om L-arginin med to andre enzymer, arginase og argininmethyltransferase, som omdanner L-arginin til henholdsvis urinstof og L-ornithin eller asymmetrisk dimethylarginin (ADMA). ADMA hæmmer til gengæld NOS (Nitrogenoxid syntese)aktivitet ved direkte at konkurrere med L-arginin om binding til NOS (Nitrogenoxid syntese), hvilket fører til NOS (Nitrogenoxid syntese)afkoblingl5. Der findes to isozymer af arginase; arginase 1 er primært lokaliseret i cytoplasmaet af hepatocytter og røde blodlegemer16, hvorimod arginase 2 er placeret i mitokondrierne i flere væv i kroppen, med høj overflod inyre(Human Protein Atlas). Øget arginaseaktivitet og forhøjede ADMA-niveauer sammen med reduceret NO (Nitrogenoxid)syntese, er blevet forbundet med endotel dysfunktion og øget kardiovaskulær risiko hos patienter med kronisk nyresygdom (Kronisk nyresygdom). Desuden har arginasehæmning vist sig at forbedre mikrovaskulær endotelfunktion hos patienter med koronararteriesygdom og T2DM9,1x0.

Eksperimentelle undersøgelser har vist, at uorganisk nitrat i kosten kan reducere arginaseekspression og aktivitet, hvilket kan bidrage til nitrats gavnlige virkninger ved hjerte-kar- og metaboliske sygdomme21,122. Øget arginase 2-ekspression og aktivitet er blevet forbundet mednyrefiasko, diabetikernyresygdom(DKD), og hypertensiv nefropati og gunstige virkninger af arginaseinhibering er blevet påvist i nyresygdomsmodeller18. Yderligere undersøgelser er nødvendige for at undersøge de potentielle kliniske fordele ved at svække arginasefunktionen hos patienter mednyresygdom.

Forholdet mellem kronisk nyresygdom og nitrogenoxidsyntese

H, S dannelse og signalering

Signalmolekylet H, S har mange ligheder med NO (Nitrogenoxid)og påvirker en lang række fysiologiske funktioner, herunder modulering af kardiovaskulære, nyre- og metaboliske systemer23-12. H, S dannes endogent i de fleste organer, herundernyrevia enzymatiske og ikke-enzymatiske reaktioner24. Stimulering af H, S-produktion kan øge NO (Nitrogenoxid)-sGC-cGMP-PKGpathway ved at øge NO-produktionen og dens downstream-signalering. H, S kan også øge eNOS (Nitrogenoxid syntese)aktivering via mekanismer, der involverer mobilisering af intracellulær Ca2 plus og fremme af phosphorylation26127. Derudover kan H, S øge NO (Nitrogenoxid)produktion uafhængig af NOS (Nitrogenoxid syntese)via stimulering af XOR-afhængig reduktion af nitrit til NO128.H, har Shas også vist sig at aktivere sGC og/eller direkte øge cGMP-niveauer via inhibering af phosphodiesterase. Interaktionerne og krydstalen, der forekommer mellem NO- og H, S-signalsystemerne, er komplekse og involverer dannelsen af ​​S/N-hybride arter. Behandling med langsomt frigivende H, S-donorer er forbundet med beskyttende virkninger i dyremodeller af kardiovaskulære,nyreog metaboliske sygdomme2-12, men disse resultater afventer yderligere klinisk oversættelse.

Fosfodiesterasehæmning

cGMP hydrolyseres til guanosinmonophosphat (GMP) af phosphodiesterase. Hidtil har phosphodiesterase 5(PDE5), som udtrykkes i forskellige væv, herunder kardiovaskulære og renale systemer, været hovedfokus for forskning, men andre phosphodiesterase isozymer er også blevet foreslået at modulere NO (Nitrogenoxid)-medieret cGMP-afhængig og uafhængig signalering.

PDE5-hæmmere blokerer cGMP-nedbrydning og fører derved til øget eller forlænget NO (Nitrogenoxid)signalering. Disse forbindelser har vist sig at sænke blodtrykket i prækliniske og kliniske undersøgelser og at udøvenyreog kardiovaskulære beskyttende effekter i forskellige eksperimentelle modeller af IRI, hjertesvigt], CKD og DKD12. PDE5 kommer stærkt til udtryk inyre(i glomeruli, mesangiale celler, corticale tubuli og indre medullær opsamlingskanal) ognyre-Beskyttende virkninger af PDE5-hæmmere menes at strække sig langt ud over deres antihypertensive effekt3. Hos 5/6 nefrektomiserede rotter forhindrede 8 ugers behandling med en PDE5-hæmmer påbegyndt umiddelbart efter nefrektomi udviklingen af ​​hypertension og forbedredenyreskadeog proteinuri3. Men dette dybtgåendenyrebeskyttelse gik tabt, hvis PDE5-hæmning blev påbegyndt på et senere tidspunkt (dvs. 4 uger efter nefrektomi), hvor proteinuri allerede var tydelig.

PDE5-hæmmere er i øjeblikket klinisk godkendt til behandling af pulmonal hypertension, erektil dysfunktion og symptomer i nedre urinveje. Men lovende prækliniske og tidlige kliniske fund tyder på, at yderligere terapeutiske indikationer kan være mulige i fremtiden. For eksempel viste et fase II-forsøg, at behandling én gang dagligt med samtidig virkende PDE5-hæmmer i 12 uger reducerede albuminuri hos 256 patienter med T2DM og åbenlys nefropati5. Vigtigt, dettenyre-beskyttendeeffektblev observeret på trods af samtidig behandling med RAAS-blokkere og uafhængigt af eventuelle ændringer i blodtryk eller GFR.

KLIK HER FOR AT DEL Ⅲ