Rola FXR w fizjologii nerek i chorobach nerek

Streszczenie:Receptor farnezoidu X, znany również jako receptor kwasu żółciowego, należy do nadrodziny receptorów jądrowych (NR) czynników transkrypcyjnych regulowanych przez ligandy, który spełnia swoje funkcje poprzez regulację transkrypcji genów docelowych. FXR ulega silnej ekspresji w wątrobie, jelicie cienkim,nerkai nadnercza, utrzymując homeostazę kwasów żółciowych, glukozy i lipidów poprzez regulację różnorodnego zestawu genów docelowych. Bierze także udział w szeregu procesów patofizjologicznych, m.inzapalenie, odpowiedzi immunologicznei zwłóknienie. Nerki to kluczowy narząd odpowiedzialny za homeostazę wody i substancji rozpuszczonych w całym organizmie, a uszkodzenie lub dysfunkcja nerek wiąże się z dużą zachorowalnością i śmiertelnością. W nerkach FXR odgrywa ważną rolę w wchłanianiu zwrotnym wody w nerkach i uważa się, że pełni funkcje ochronne w ostrej i przewlekłej chorobie nerek, zwłaszcza w cukrzycowej chorobie nerek. W tym przeglądzie podsumowujemy najnowsze postępy w rozumieniu fizjologii ipatofizjologiczna funkcja FXR w nerkach.

Słowa kluczowe: Receptor farnezoidu X; fizjologia nerek;ostra choroba nerek; przewlekłą chorobę nerek

BEST HERBS FOR CKD

KLIKNIJ TUTAJ, ABY POBRAĆ CISTANCHE DO LECZENIA PChN

1. Wstęp

Receptory jądrowe stanowią nadrodzinę zależnych od ligandów czynników transkrypcyjnych, z typowymi strukturami domen i konserwatywnymi sekwencjami. Istnieje 48 członków nadrodziny ludzkich receptorów jądrowych, którzy odgrywają kluczową rolę w różnych procesach fizjologii i patofizjologii, takich jakhomeostaza, reprodukcja, rozwój, metabolizm,otyłość, cukrzyca, nadciśnienieIrak. Dlatego zawsze przyciągają uwagę naukowców zajmujących się badaniami podstawowymi, klinicystów i przemysłu farmaceutycznego i stanowią jak dotąd 3% wszystkich celów leków dla ludzi [1].

Receptor jądrowy farnesoidu X (FXR) został po raz pierwszy wyizolowany z biblioteki cDNA wątroby szczura i nazwany na cześć jego słabej aktywacji przez ponadfizjologiczny farnezol, produkt pośredni w szlaku biosyntezy mewalonianu, w 1995 roku [2,3]. Następnie zidentyfikowano kwasy żółciowe jako endogenne ligandy FXR i nadano im inną nazwę: receptory kwasów żółciowych. Jako czujnik kwasów żółciowych, FXR jest kluczowym modulatorem krążenia jelitowo-wątrobowego kwasów żółciowych, kontrolującym transkrypcję kluczowych genów regulacyjnych w syntezie kwasów żółciowych, wydzielaniu kwasów żółciowych z żółcią i przezjelitowym transporcie kwasów żółciowych do wątroby poprzez krążenie wrotne. FXR służy również jako metaboliczny regulator metabolizmu glukozy, lipidów i energii. Ze względu na swoje główne funkcje w metabolizmie kwasów żółciowych i lipidów, FXR jest uważany za obiecujący cel leku w leczeniu chorób wątroby związanych z kwasami żółciowymi. W 2016 roku amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków zatwierdziła kwas obetycholowy (OCA), wysoce selektywnego agonistę FXR, do leczenia pierwotnego żółciowego zapalenia dróg żółciowych (PBC), przewlekłej cholestatycznej choroby wątroby. Obecnie agoniści FXR są testowani w badaniach klinicznych pod kątem leczenia chorób metabolicznych ichoroby żołądkowo-jelitowe, w tymcukrzyca typu 2(T2DM),syndrom metablicznyINiealkoholowe stłuszczeniowe zapalenie wątroby(NASH).

BEST HERBS FOR CKD

Nerki to kluczowy organ zarządzający homeostazą wody i substancji rozpuszczonych w całym organizmie, a uszkodzenie lub dysfunkcja nerek wiąże się z wysoką zachorowalnością i śmiertelnością. FXR wykazuje wysoką ekspresję w nerkach, ale niewiele wiadomo na temat jego roli w nerkach. Niedawno my i inne grupy donieśliśmy, że FXR uczestniczy w wchłanianiu zwrotnym wody w nerkach i jest zaangażowany w choroby nerek, w tym ostre uszkodzenie nerek i przewlekłą chorobę nerek. W tym przeglądzie podsumowano strukturę i ekspresję FXR, ze szczególnym uwzględnieniem niedawnego postępu FXR w regulacji fizjologii nerek i chorób nerek.

2. Struktura i ekspresja FXR

U zwierząt zidentyfikowano dwie rodziny białek FXR. Pochodzą z genów podrodziny receptorów jądrowych 1, grupy H, członka (NR1H) 4 i NR1H5 i nazywane są odpowiednio FXR i FXR. Od ryb po ludzi, FXR jest ewolucyjnie konserwatywny wśród gatunków. Dzięki aktywacji dwóch różnych promotorów i zastosowaniu alternatywnego splicingu gen FXR koduje cztery izoformy (FXR 1‑4) [4,5]. W niedawnym badaniu zidentyfikowano cztery nowe warianty składania (FXR 5–8) w ludzkich hepatocytach, które wynikają z wcześniej niewykrytych zdarzeń pomijania egzonów. Możliwa rola tych nowych izoform w ludzkiej wątrobie wymaga dalszych badań [6]. Jednakże gen kodujący FXR jest pseudogenem występującym u ludzi i naczelnych [7]. FXR ulega silnej ekspresji w wątrobie, jelitach, nerkach i nadnerczach, z niskim poziomem ekspresji w tkance tłuszczowej i sercu. Ekspresja FXR 1-4 w różnych tkankach pozostaje niejasna. Korzystając z analizy Southern blot, Zhang i in. odkryli, że mysi FXR 1-4 miał najwyższą ekspresję w wątrobie, a poziomy ekspresji każdej izoformy są podobne. Ponadto FXR 1 i FXR 2 ulegają umiarkowanej ekspresji w jelicie krętym i nadnerczu; FXR 3 i FXR 4 ulegają silnej ekspresji w jelicie krętym i umiarkowanej w nerkach [8]. Konieczne są dalsze wysiłki, aby w przyszłości przeanalizować rozmieszczenie w tkankach różnych izoform FXR, aby pomóc w wyjaśnieniu ich funkcji (Tabela 1).

Tabela 1. Izoformy FXR

BEST HERBS FOR CKD

FXR ma typową strukturę domeny receptora jądrowego (NR), obejmującą domenę N-końcową (NTD), domenę wiążącą DNA (DBD), region zawiasowy i domenę wiążącą ligand (LBD). Domena N-końcowa (NTD) zawiera niezależną od ligandu domenę aktywacji transkrypcji (AF1), która może oddziaływać z innymi białkami koregulacyjnymi, takimi jak receptor gamma aktywowany przez proliferatory peroksysomów (PPAR), koaktywator 1-alfa (PGC1), białko wiążące E1A p300 (P300) i korepresor receptora jądrowego 2 (NCOR2/SMRT) [9], a w tym regionie może zachodzić wiele modyfikacji potranslacyjnych (PTM), w tym fosforylacja, SUMOilacja, GlcNAcylacja, acetylacja i metylacja [10]. PGC‑1 działa jako koaktywator transkrypcji FXR, który bezpośrednio oddziałuje z FXR i wzmacnia jego aktywność transaktywacyjną [11]. Fosforylacja FXR przez kinazę białkową C sprzyja jego aktywności transkrypcyjnej [12]. FXR O‑GlcNAcylacja w S62 skutkuje zwiększoną aktywnością FXR [13]. Niektóre koaktywatory mają wewnętrzną aktywność enzymatyczną i same mogą modyfikować NR. Acetylacja FXR przez P300 zwiększa jego stabilność, ale zmniejsza heterodimeryzację FXR‑RXR, prowadząc do zmniejszenia ekspresji docelowego genu FXR [14]. Najbardziej konserwatywną domeną jest domena wiążąca DNA palca cynkowego (DBD), zawierająca dwa motywy palca cynkowego, które rozpoznają określone sekwencje DNA [15]. Elastyczny region zawiasowy jest łącznikiem pomiędzy DBD i LBD, który jest także miejscem regulacji PTM, takich jak NTD [10]. Domena wiążąca ligand (LBD) składa się z 11 helis i czterech nici, które składają się w trzy równoległe warstwy, tworząc kanapkę alfa-helikalną. Fałd ten tworzy hydrofobową kieszeń wiążącą ligand na C-końcu (LBP) i AF-2. LBD może wiązać się z ligandami, a AF-2 może rekrutować koaktywatory [16–18]. Gdy obecne są ligandy, FXR wiąże się ze specyficznymi sekwencjami DNA w promotorze genów docelowych w postaci monomeru lub heterodimeru z receptorem retinoidowym X (RXR), wspólnym partnerem NR, w celu regulacji transkrypcji genów [19].

BEST HERBS FOR CKD

3. Ligandy FXR

Kwasy żółciowe są ważnymi endogennymi agonistami FXR. Kwas cholowy (CA) i kwas chenodeoksycholowy (CDCA) to dwa podstawowe kwasy żółciowe syntetyzowane w wątrobie. Wtórne kwasy żółciowe, kwas litocholowy (LCA) i kwas dezoksycholowy (DCA), powstają z CA i CDCA. Siłę kwasów żółciowych w aktywacji FXR ocenia się następująco: CDCA > DCA > LCA > CA [20]. OCA jest półsyntetyczną pochodną CDCA, znaną również jako 6‑etylo‑CDCA i INT‑747, która jest pierwszym agonistą FXR, który wszedł do badań klinicznych [21]. Jednak OCA powoduje działania niepożądane, takie jak świąd zależny od dawki, który może prowadzić do przerwania leczenia u ~1–10% pacjentów. EDP‑305 to kolejny steroidowy agonista FXR badany pod kątem leczenia NASH i PBC [22]. W celu ograniczenia skutków ubocznych i poprawy efektu terapeutycznego stopniowo syntetyzowano niesteroidowych agonistów FXR. Należą do nich GW4064 [23], Cilofexor [24], Tropifexor [25], Nidufexor [26] i inne [27–34]. Dlatego też agoniści FXR są aktywnie stosowani w klinikach w leczeniu różnych chorób metabolicznych [35] (tab. 2).

Tabela 2. Badania kliniczne agonistów FXR.

BEST HERBS FOR CKD

Niektóre kwasy żółciowe są uważane za antagonistów FXR. Doniesiono, że kwas tauro‑muricholowy (T‑‑MCA), endogenny antagonista FXR, hamuje aktywację FXR [36]. Doniesiono, że kwas glicyno-muricholowy (Gly‑MCA) hamował sygnalizację FXR wyłącznie w jelicie, powodując zmniejszenie poziomu ceramidów w surowicy i jelitach oraz poprawę dysfunkcji metabolicznych u otyłych myszy [37]. Kwas ursodeoksycholowy (UDCA) wywiera działanie antagonistyczne wobec FXR‑FXR na metabolizm kwasów żółciowych i lipidów w chorobliwej otyłości, chociaż jest powszechnie stosowanym środkiem terapeutycznym w cholestatycznej chorobie wątroby [38]. Niedawno Brevini i in. odkryli, że UDCA zmniejsza ekspresję enzymu konwertującego angiotensynę 2 (ACE2) poprzez hamowanie aktywności FXR, co skutkuje zmniejszoną podatnością na zakażenie SARS‑CoV‑2 [39]. Dlatego też antagoniści FXR są również aktywnie stosowani w klinikach w leczeniu wielu chorób (Tabela 3).

Tabela 3. Badania kliniczne antagonisty FXR

BEST HERBS FOR CKD

4. Ogólna funkcja FXR

4.1. FXR i metabolizm kwasów żółciowych

FXR odgrywa kluczową rolę w homeostazie kwasów żółciowych [46]. FXR hamuje syntezę kwasów żółciowych: w wątrobie FXR zmniejsza ekspresję cytochromów P450 (CYP)7A1 i CYP8A1, które są enzymami ograniczającymi szybkość biosyntezy kwasów żółciowych cholesterolu [47,48]. W enterocytach jelitowych FXR indukuje ekspresję włóknistego czynnika wzrostu 15 (FGF15; FGF19, ludzki ortolog FGF15), który przemieszcza się przez żyłę wrotną do wątroby i aktywuje kompleks receptora FGF 4 (FGFR4)/-Klotho, w ten sposób hamowanie transkrypcji CYP7A1 i CYP8A1 [49]. FXR zmniejsza akumulację kwasów żółciowych w hepatocytach i enterocytach: w wątrobie FXR może hamować ekspresję polipeptydu kotransportującego Na+ –taurocholan (NTCP) i polipeptydów transportujących aniony organiczne (OATP) na błonie sinusoidalnej, zmniejszając reabsorpcję zwrotną hepatocytów kwasy żółciowe w żyle wrotnej [50]. FXR wspomaga wydalanie kwasów żółciowych do żółci poprzez aktywację transporterów na powierzchni błony wierzchołkowej, w tym białka związanego z opornością wielolekową (MRP)2/3 [51], pompy eksportującej sole żółciowe (BSEP) [52] i oporności wielolekowej (MDR )2/3 [53]. FXR promuje również wypływ kwasów żółciowych do krążenia krwi poprzez indukcję ekspresji MRP4 i transportera substancji rozpuszczonych organicznych (OST)/OST w błonie podstawno-bocznej [54]. W jelicie FXR hamuje wierzchołkowy transporter kwasów żółciowych zależny od sodu (ASBT) na powierzchni błony wierzchołkowej [55], zmniejszając w ten sposób ponowne wchłanianie kwasów żółciowych w nabłonku jelitowym, zwiększając regulację białka wiążącego kwasy żółciowe w jelicie krętym (IBABP) i promując jego ruch od błony wierzchołkowej do błony podstawno-bocznej [56]. Ponadto FXR promuje transport kwasów żółciowych do żyły wrotnej i ich późniejszy powrót do wątroby poprzez zwiększenie ekspresji OST i OST na powierzchni błony podstawno-bocznej enterocytu [57].

BEST HERBS FOR CKD

4.2. FXR i metabolizm glukozy

FXR odgrywa różnorodne role w metabolizmie glukozy. Aktywacja FXR zwiększa syntezę glikogenu poprzez hamowanie ekspresji genu kinazy syntazy glikogenu-3 beta (GSK3), która fosforyluje, a następnie inaktywuje syntazę glikogenu [58,59], zmniejsza glikolizę poprzez tłumienie aktywności transkrypcyjnej ChREBP [60] i zmniejsza ekspresję wielu genów glukoneogennych, w tym karboksykinazy fosfoenolopirogronianowej (PEPCK) i 6-fosfatazy glukozowej (G-6-Pase) [58,61], co powoduje zmniejszenie glukoneogenezy i stężenia glukozy w surowicy. Jednakże kilka badań wykazało, że antagoniści FXR wykazują korzystny wpływ na metabolizm glukozy u myszy z T2DM, chociaż dokładny mechanizm pozostaje niejasny [62]. Ponadto FXR zwiększa stymulowane glukozą wydzielanie insuliny w wysepkach [63] poprzez indukcję ekspresji regulowanego glukozą czynnika transkrypcyjnego Krueppel-like Factor 11 (KLF11) [64], cyklazy adenylowej 8 (ADCY8) [65] i przejściowego potencjału receptora kanał ankyryny 1 (TRPA1) [66].

4.3. FXR i metabolizm lipidów

FXR zmniejsza poziom cholesterolu lipoprotein o małej gęstości (LDL-C) w osoczu [67] poprzez indukcję internalizacji i degradacji cząsteczki LDL [68]. Co więcej, stwierdzono, że myszy z nokautem FXR wykazywały podwyższony poziom cholesterolu lipoprotein o dużej gęstości (HDL-C) w osoczu ze względu na zmniejszoną ekspresję genu odwrotnego transportu cholesterolu, receptora zmiatającego klasy B członka 1 (SCARB1) i kasety wiążącej ATP (ABC ) transportery G5 (ABCG5) i G8 (ABCG8), co ułatwiało usuwanie HDL‑C z krwi [69,70].

Wreszcie, FXR może również zmniejszać gromadzenie się cholesterolu w hepatocytach i komórkach nabłonka nerek. Można to osiągnąć poprzez zmniejszenie syntezy cholesterolu poprzez hamowanie ekspresji białka wiążącego elementy sterolowo-regulacyjne 2 (SREBP-2) i hydroksy-metyloglutarylo-CoA (HMG-CoA) [71] oraz promowanie wypływu cholesterolu poprzez zwiększenie ekspresji Transporter kasety wiążącej ATPA1 (ABCA1) [72]. Z drugiej strony FXR obniżył akumulację triglicerydów w wątrobie i nerkach oraz poziom triglicerydów w osoczu w modelach insulinooporności, takich jak myszy ob/ob i KK-Ay [59], poprzez zmniejszenie ekspresji syntazy kwasów tłuszczowych (FAS) i karboksylazy acetylo-CoA (AKC). Osiągnięto to poprzez hamowanie SREBP‑1c i białka wiążącego element odpowiedzi węglowodanowej (ChREBP) [73–75], promowanie klirensu triglicerydów poprzez zwiększenie utleniania kwasów tłuszczowych za pośrednictwem osi PPAR/palmitoilotransferazy karnitynowej I (CPT1) [76,77] i zmniejszanie wychwytu kwasów tłuszczowych poprzez zmniejszenie ekspresji CD36 [78]. W adipocytach FXR indukuje wybielanie brunatnej tkanki tłuszczowej (BAT), objawiające się dużymi wewnątrzkomórkowymi kropelkami lipidów i zewnątrzkomórkowym odkładaniem kolagenu w wyniku aktywacji ekspresji desaturazy stearoilo-koenzymu A (SCD) poprzez aktywację PPAR [79–82] (ryc. 1).

BEST HERBS FOR CKD