Progression af etableret ikke-diabetisk kronisk nyresygdom standses af metforminbehandling hos rotter Ⅲ
Jul 11, 2024
DISKUSSION
Efter årtiers forskning,CKDfortsætter med at være englobalt sundhedsproblemhvor de fleste patienter bliver diagnosticeret, når CKD allerede er etableret (stadier 2-3a eller endda 3b-4). Selvom ensund livsstil og korrekt behandling af diabetesoghøjt blodtrykkan forhindre opståen ellersænke CKD progression, der mangler effektiv behandling. I denne undersøgelse viste metformin en potentterapeutisk effektved at standse progressionen af etableret CKD i enadenin-induceret CKDrotte model. Forebyggende metforminbehandling har vist sig atbevare nyrefunktioneni diabetiske og ikke-diabetiske CKD-gnavermodeller.37,38 Desuden har vi for nylig påvist, at i rottemodellen for adenin-induceret CKD-mineral- og knoglelidelse svækkede forebyggende metforminbehandling udviklingen af svær CKD såvel som den deraf følgende vaskulatur og knogle. comorbidities.14 Alligevel er data om dets potentiale som et terapeutisk lægemiddel sparsomme.
NY URTEFORMULERING TILNEDSEM CKD-PROGRESSIONEN
Figur 8|Overrepræsentationsanalyse af den primære Differentially Expressed Proteins (DEP) liste. Længden af stangen repræsenterer banens betydning. Derudover, jo lysere farven er, jo mere betydningsfuld er vejen
For nylig undersøgte Borges et al.39 den terapeutiske effekt af metformin i en subtotal nefrektomimodel. Behandling med metformin (300 mg/kg, i drikkevand) blev påbegyndt 30 dage inde i modellen, hvor der blev observeret højere systolisk blodtryk og albuminuri, om end i fravær af øgede serumkreatininniveauer. Efter 120 dages metforminbehandling blev der observeret lavere blodtryk, albuminuri og mindre interstitiel nyrefibrose, mens der ikke var nogen gavnlig effekt af metformin på serumkreatininniveauer.39 Selvom denne undersøgelse bekræfter en gunstig indvirkning af metformin på en dysfunktionel nyre, modellen var for mild og med en for langsom progressionshastighed til direkte at konkludere om metformins sande terapeutiske potentiale. I vores adenin-inducerede CKD-rottemodel blev mild til moderat etableret CKD bekræftet ved starten af behandlingen med en 2- til 3-fold stigning i serumkreatinin efter 4 uger og en 3- at 4-doble stigningen i serumkreatininværdier efter 5 ugers adenin-diæt, svarende til henholdsvis GFR-kategori G2 til G3 og kategori G3. Efter 8 og 9 ugers adenin-diæt blev der observeret alvorlig nyreinsufficiens hos de vehikelbehandlede dyr (dvs. en 10-fold stigning i serumkreatinin sammenlignet med basislinjeværdierne), svarende til GFR-kategori G4 til G5 (dvs. , nyresygdom i slutstadiet) og bekræfter det progressive funktionelle fald i denne model. Metforminbehandling, startende ved mild (4 uger) og endda moderat (5 uger) CKD-debut, beskyttede signifikant (P < 0,0001) adenin-eksponerede rotter mod udviklingen mod svær CKD. I overensstemmelse med den reducerede nyrefunktion hos vehikelbehandlede dyr var serumcalcium- og fosforniveauer ude af balance, hvilket resulterede i CKD-relateret hyperfosfatæmi og hypocalcæmi. Sammen med standsning af nyrefunktionsnedgang førte metformin til en normalisering af mineralhomeostase og udvidede derved dets lovende terapeutiske implikationer til CKD-relaterede komorbiditeter.14 Den nuværende undersøgelse viser, at terapeutisk metforminbehandling kan standse progressionen af allerede etableret CKD hos adenin-induceret CKD rottemodel. Oversættelse af graden af nyreinsufficiens i vores rotteundersøgelse til den humane CKD-population indikerer, at metformin burde være i stand til at standse progressionen af CKD efter diagnosen på trin 2 til 3, undgå eller i det mindste udsætte drastiske indgreb såsom dialyse.
Figur 10|Virkning af metformin på Yap1 og dets nedstrøms mål bindevævsvækstfaktor (Ctgf) og cysteinrig angiogen inducer 61 (Cyr61). Yap1-ekspression (a,b), Ctgf-ekspression (c,d) og Cyr61-ekspression (e,f) i rotter med kronisk nyresygdom behandlet med metformin eller vehikel startende 4 (a,c,e) eller 5 uger (b,d) f) efter induktion af kronisk nyresygdom. Data præsenteres som gennemsnitlig SEM.***P < 0.001 versus køretøj. P < 0,05 versus uge 4 og 5. #P < 0,05 versus kontroldyr med normal nyrefunktion.
Med hensyn til renal histologi var metformin i stand til at standse den progressive ekspansion af interstitium, uanset om administrationen startede tidligt (4 uger) eller senere (5 uger) efter induktion af CKD. Desuden er inflammation generelt anerkendt som en væsentlig komponent af CKD.40 I vores undersøgelse viste ingen af de metforminbehandlede dyr i modsætning til de vehikelbehandlede dyr signifikant øget interstitiel inflammation (leukocytinfiltration) ved afslutningen af undersøgelsen sammenlignet med til starten af behandlingen (enten uge 4 eller 5), hvilket indikerer, at den genbeskyttende effekt af metformin, i det mindste delvist, består i reduktion af inflammatorisk celleinfiltration i interstitiet.40,41 Det mangler at blive fastslået, om dette er på grund af at beskytte tubulære epitelceller mod skade, og dermed svække frigivelsen af proinflammatoriske faktorer eller ved en direkte effekt på inflammatoriske celler.
Den slående terapeutiske effektivitet af metformin observeret i denne undersøgelse tilskyndede os til at udføre en upartisk proteomisk analyse for yderligere at udforske signalkomplekserne og -vejene. Selvom det ikke er overraskende, at introduktionen af metformin til et patologisk scenarie kan påvirke energimetabolismeaspekter (f.eks. AMPK-signalering, pyruvatmetabolisme), søgte vi også at undersøge, om denne terapeutiske aktivitet regulerede yderligere signalkomplekser og signalveje. Metformineksponering i CKD-modellen var forbundet med Hippo-signalvejen, en meget konserveret multiproteinkinase-kaskade, der kontrollerer vævsudvikling, organstørrelse, celleproliferation og apoptose.42 I centrum af dette netværk ligger Hippo-kinase-målet og nedstrøms-pathway-effektoren. Yes-associeret protein (Yap) og dets paralog Taz (WW-domæne indeholdende transkriptionsregulator 1 eller Wwtr1). I sin phosphorylerede form er cytoplasmatisk Yap sekvestreret i en inaktiv tilstand. Når Hippo-kaskaden inaktiveres, fungerer Yap/Taz som en transskriptionel coactivator i kernen og øger transskriptionen af gener som Ctgf og Cyr61.43 Metformins genbeskyttende effekt ser ud til at bestå i at aktivere Hippo-signalvejen og dermed hæmme den nukleare akkumulering. af Yap/Taz og derfor faldende Ctgf-ekspression og Cyr61-genekspression (figur 13). Disse resultater er i overensstemmelse med tidligere undersøgelser, der undersøger krydstale mellem energihomeostase, der involverer AMPK, og Hippo-vejen. Faktisk opdagede Wang et al.44, at aktiv AMPK (opfyldt for min er generelt kendt som en AMPK-aktivator) direkte phosphorylerer Yap og dermed undertrykker Yap transkriptionel aktivitet. Derudover beskrev Mo et al.45, at Yap-aktivitet er negativt reguleret af cellulær energistress. De viste, at Yap hæmmes direkte af AMPK-medieret phosphorylering og indirekte via aktivering af Large tumor suppressor (Lats) kinaser.45 Endvidere fosforylerer og inaktiverer serin/threonin-proteinkinase (Pak1) opstrøms kinaseaktivatoren neurofibromin 2 (Nf2) /Merlin), som forårsager inaktivering af Lats1/2, og følgelig nuklear trans-lokation af Yap/Taz.46 Metforminbehandling nedregulerede Pak1, som nævnt i DEP-listen (Supplerende Tabel S2), hvilket forhindrede hæmningen af Lats-medieret Yap-phosphorylering . Derudover opregulerede metforminbehandling pattedyr Ste20-lignende kinase 2 MST2 (dvs. serin/threoninkinase 3 [Stk3]-genet på DEP-listen), hvilket forårsager mere Lats-medieret Yap-phosphorylering. Metformins effekt på Hippo-banen blev yderligere bekræftet af mRNA-ekspression af Yap såvel som på to vigtige målgener for Hippo/Yap-signalering (Ctgf og Cyr61) allerede i uge 8. Samlet set identificerede disse observationer, at Hippo-banen var af interesse i afdækning af metformins terapeutiske virkning.
I 2019 godkendte US Food and Drug Administration brugen af canagliflozin til at bremse diabetisk-relateret nyresygdom. For nylig, i 2021, godkendte US Food and Drug Administration SGLT2-hæmmeren, dapagliflozin, for at reducere risikoen for sygdomsprogression hos patienter med CKD uanset diabetesstatus. modeller, viste Ali et al.47, at forebyggende behandling med canagliflozin kunne dæmpe udviklingen af svær adenin-induceret CKD ved samtidig administration af adenin-diæten og canagliflozinbehandling (10 mg/kg og 25 mg/kg, oral sonde) i 35 sammenhængende dage. Forebyggende agliflozinbehandling, ved begge doser, forbedret nyrefunktionen, undertrykt inflammation og oxidativt stress og forbedret histologisk udseende.47 Ydermere rapporterede Yamato et al.48 en forebyggende genbeskyttende effekt af lavdosis ipragliflozin (0,03 eller 0,1 mg/kg) administration. hos adenin-inducerede CKD-mus: samtidig adenin- og ipragliflozin-dosering forbedrede plasmakreatininniveauer og morfologiske ændringer sammenlignet med adenin-dosering alene. I modsætning hertil konkluderede Ma et al.49, at de forebyggende genbeskyttende virkninger af SGLT2-hæmmeren, empagliflozin (10 mg/kg, i 14 dage), ikke gjaldt hos mus med ikke-diabetisk oxalat-relateret nefrocalcinose. Ydermere evaluerede Zhang et al.50 virkningen af dapagliflozin (0,5 mg/kg, to gange/dag, 12 uger) hos 5/6 nefrektomiserede rotter, hvor sygdomsprogression ikke var påvirket af SGLT2-hæmning. Disse uoverensstemmelser i sådanne forebyggende undersøgelser inspirerede os til at sammenligne den terapeutiske effekt af metformin med den af canagliflozin i en ikke-diabetisk sammenhæng med etableret CKD. Canagliflozin-behandling viste sig ikke at være i stand til at standse det progressive tab af nyrefunktion. Histologisk viste ingen af dyrene behandlet med canagliflozin, sammenlignet med vehikel-behandlede CKD-dyr, desuden en nedsat procentdel af interstitielt areal, ej heller
Figur 12|Effekt af canagliflozin på nyrefunktion, histopatologi og genekspression. Serumkreatinin (a), kreatininclearance (b), interstitiel arealprocent (c), periodic acid-Schiff-farvede nyresektioner (d), Col1a1-ekspression (e), Tnfa-ekspression (f), Tgfb-ekspression (g), Yap1 ekspression (h), bindevævsvækstfaktor (Ctgf) ekspression (i), cysteinrig angiogen inducer 61 (Cyr61) ekspression (j) af rotter med kronisk nyresygdom behandlet med enten canagliflozin eller vehikel startende 4 uger efter induktion af kronisk nyresygdom . Data præsenteres som middel SEM. Søjler ¼ 100 mm. *P < 0,05 versus vehikel; #P < 0,05 versus kontroldyr med normal nyrefunktion. For at optimere visningen af dette billede, se venligst onlineversionen af denne artikel på www.kidney-international.org.
Det nuværende arbejde har også nogle begrænsninger. Brugen af den adenin-inducerede CKD-model kan stilles spørgsmålstegn ved dens relevans, fordi det er en krystalnefropati med en pro-udtalt inflammatorisk forbindelse og en alvorlig progressionshastighed. Alligevel er det bemærkelsesværdigt, at hele spektret af funktionelle og histopatologiske træk ved CKD konsekvent er til stede i denne model og også resulterer i komorbiditeter, der er relevante for human CKD-mineral- og knoglelidelse.14,51 Desuden er det faktum, at metformin kan svække CKD progression i denne alvorlige model bekræfter dens potentiale som en terapeutisk renoprotector. En anden begrænsning af denne undersøgelse er dødeligheden i vores metformin-behandlede grupper. Det er usandsynligt, at disse dødsfald skyldtes kardiovaskulære hændelser, fordi vi tidligere har påvist, at metformin forhindrede indtræden og progression af vaskulær forkalkning i en alvorlig 0.25 % adenin-induceret CKD-mineral- og knoglelidelsesmodel via dens genbeskyttende virkninger .14 Desuden er metforminbrug hos patienter med hjertesygdom forbundet med forbedrede resultater snarere end øget risiko.10,52,53 Alternativt kunne vi ikke endegyldigt forbinde dødelighed med øgede laktatniveauer, fordi de dyr, der døde, ikke konsekvent viste det højeste serum laktatkoncentrationer. Laktacidose som en mulig dødsårsag kunne dog ikke helt udelukkes, fordi blodprøvetagning ikke fandt sted på dødsdagen. Det er ubestrideligt, at frygten for laktatacidose som en komplikation af metformin hos patienter med kronisk nyreinsufficiens har negativt påvirket brugen af det i denne population. Selvom kontrol af dosis i vores undersøgelse i retrospekt kunne have været mere stringent, er det klart, at faren for laktatacidose er perfekt håndterbar og undgåelig, samtidig med at de terapeutiske fordele bevares. Denne opfattelse understøttes også af menneskelige data.23,54
i det komplekse netværk af molekylære signalveje, der ligger til grund for de genbeskyttende virkninger af metformin, er udfordrende, det tillader identifikation af potentielt nye terapeutiske mål. Den heri foreslåede involvering af Hippo-banen kan være et første skridt hertil.
AFSLØRING
Alle forfatterne erklærede ingen konkurrerende interesser. DATAERKLÆRING De massespektrometriske proteomiske data er blevet deponeret til ProteomeXchange Consortium via PROteomics IDentification Database (PRIDE) partnerlageret med datasætidentifikatorerne PXD022687 og 10.6019/PXD022687. ARKENDELSE Metformin blev venligt leveret af Merck KGaA. Vi takker Geert Dams, Hilde Geryl, Ludwig Lamberts, Rita Marynissen og Simonne Dauwe for deres fremragende tekniske assistance. Vi vil også gerne takke Dr. Youssef Bennis (Centre Hospitalier Universitaire Amiens Picardie) for at bestemme serumkoncentrationerne af metformin. RC er finansieret af University of Antwerpen: PhD fellowship (DocPro). RC er finansieret af BOF-DOCPRO-34737.
REFERENCER
1. Jha V, Garcia-Garcia G, Iseki K, et al. Kronisk nyresygdom: global dimension og perspektiver. Lancet. 2013;382:260–272
2. Benghanem Gharbi M, Elseviers M, Zamd M, et al. Kronisk nyresygdom, hypertension, diabetes og fedme i den voksne befolkning i Marokko: hvordan man undgår "over"- og "under"-diagnose af CKD. Nyre Int. 2016;89:1363-1371.
3. National Kidney Foundation. K/DOQI retningslinjer for klinisk praksis for kronisk nyresygdom: evaluering, klassificering og stratificering. Am J Nyre Dis. 2002;39(2 suppl 1): S1–S266.
4. Luyckx VA, Tonelli M, Stanifer JW. Den globale byrde af nyresygdom og målene for bæredygtig udvikling. Bull World Health Organ. 2018;96:414–422D.
5. Zoccali C, Kramer A, Jager KJ. Kronisk nyresygdom og nyresygdom i slutstadiet - en gennemgang udarbejdet for at bidrage 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 rigtige sted for metformin i dag. Diabetes Res Clin Practice. 2019;159:107946.
7. Bailey CJ. Metformin: historisk oversigt. Diabetologia. 2017;60:1566– 1576. 8. Rena G, Pearson ER, Sakamoto K. Metformins molekylære virkningsmekanisme: gammel eller ny indsigt? Diabetologia. 2013;56:1898-1906.
9. Marshall SM. 60 års metforminbrug: et blik på fortiden og et blik på fremtiden. Diabetologia. 2017;60:1561-1565.
10. Rena G, Lang CC. Genanvendelse af metformin til hjerte-kar-sygdomme. Cirkulation. 2018;137:422-424. 11. Lord JM, Flight IHK, Norman RJ. Metformin i polycystisk ovariesyndrom: systematisk gennemgang og meta-analyse. BMJ. 2003;327:951-953.
12. Zaidi S, Gandhi J, Joshi G, et al. Metformins anticancerpotentiale på prostatacancer. Prostatakræft Prostata Dis. 2019;22: 351-361.
13. Dowling RJO, Zakikhani M, Fantus IG, et al. Metformin hæmmer pattedyrsmålet for rapamycinafhængig translationsinitiering i brystkræftceller. Cancer Res. 2007;67:10804-10812.
