Ингибиторы канонического сигнального пути Wnt и нарушение обмена неорганического фосфата при экспериментальной дисфункции почек

ВВЕДЕНИЕ. Молекулярные механизмы начальных стадий нарушений обмена неорганического фосфата (Pi) при хронической болезни почек (ХБП) остаются недостаточно изученными.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ: проверка гипотезы об изменении образования ингибиторов канонического сигнального пути Wnt и снижении костного обмена как одном из ранних механизмов нарушения баланса Pi при ХБП.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ. У крыс линии SHR (N=52) – животные с нефрэктомией (NE) или ложной операцией (SO) и сроками наблюдения 2, 4 и 6 мес, измеряли концентрации креатинина (Cr), неорганического фосфата (Pi) и паратиреоидного гормона (PTH), фактора роста фибробластов 23 (FGF23), остеопротегерина (OPG), склеростина (SOST) и Dickkopf-1 (DKK) в сыворотке крови, экспрессию мРНК генов SOST и DKK в почке, альбуминурию (Alb), протеинурию (uTP), фракционную (FEPi) и абсолютную (uPi24) экскрецию Pi. РЕЗУЛЬТАТЫ. Экспериментальная модель была сопоставима с 1–2 стадиями ХБП. В группах NE4 и NE6 концентрация sPi и его экскреция почками (FEPi и uPi24) были значительно выше, чем у соответствующего контроля SO4 (p=0,006, p<0,010) и SO6 (p=0,002, p=0,028). Концентрации FGF23 и PTH в сыворотке NE и SO животных достоверно не различались. В группах NE4 и NE6 концентрации SOST и DKK в сыворотке были значительно выше, чем у контроля (p<0,049, p<0,043), при этом экспрессия генов SOST и DKK в NE почке снижалась или не изменялась значительно. Концентрация OPG была выше в группе NE6 при сравнении с SO6 (p=0,028).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Начальные стадии экспериментальной ХБП характеризует повышение концентраций Dikkopf-1, склеростина, а также остеопротегерина в сыворотке крови. Полученные данные позволяют предполагать возможную роль ингибирования канонического Wnt-сигналинга и редукции обмена кости на ранних стадиях патогенеза нарушений обмена Pi при ХБП.

1. Schiavi SC, Tang W, Bracken C et al. Npt2b deletion attenuates hyperphosphatemia associated with CKD. J Am Soc Nephrol 2012;23:1691–1700. doi: 10.1681/ASN.2011121213

2. Takeda E, Yamamoto H, Yamanaka-Okumura H, Taketani Y. Dietary phosphorus in bone health and quality of life. Nutr Rev 2012;70:311–321. doi: 10.1111/j.1753-4887.2012.00473

3. Karp HJ, Kemi VE, Lamberg-Allardt CJ, Karkkainen MU. Monoand polyphosphates have similar effects on calcium and phosphorus metabolism in healthy young women. Eur J Nutr 2013;52:991–996. doi: 10.1007/s00394-012-0406-5

4. Plotkin LI, Mathov I, Aguirre JI et al. Mechanical stimulation prevents osteocyte apoptosis: requirement of integrins, Src kinases and ERKs. Am J Physiol Cell Physiol 2005;289:633–C643. doi: 10.1152/ajpcell.00278.2004

5. Liu H, Fergusson MM, Castilho RM et al. Augmented Wnt signaling in a mammalian model of accelerated aging. Science 2007;317:803–806. doi: 10.1126/science.1143578

6. Gittenberger-de Groot AC, Winter EM, Bartelings MM et al. The arterial and cardiac epicardium in development, disease and repair. Differentiation 2012;84(1):41–53. doi: 10.1016/j.diff.2012.05.002

7. Mill C, George SJ. Wnt signalling in smooth muscle cells and its role in cardiovascular disorders. Cardiovasc Res 2012;95(2):233–240. doi: 10.1093/cvr/cvs141

8. Von Gise A, Pu WT. Endocardial and epicardial epithelial to mesenchymal transitions in heart development and disease. Circ Res 2012;110(12):1628–1645. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.111.259960

9. Kawakami T, Ren S, Duffield JS. Wnt signalling in kidney diseases: dual roles in renal injury and repair. J Pathol 2013;229(2):221–231. doi: 10.1002/path.4121

10. Tsuji K, Bandyopadhyay A, Harfe BD et al. BMP2 activity, although dispensable for bone formation, is required for the initiation of fracture healing. Nat Genet 2006;38:1424–1429. doi: 10.1038/ng1916

11. Moyses RM, Schiavi SC. Sclerostin, osteocytes, and chronic kidney disease – mineral bone disorder. Semin Dial 2015;28(6):578–586. doi:10.1111/sdi.12415

12. Komiya Y, Habas R. Wnt signal transduction pathways. Organogenesis 2008;4(2):68–75. doi: 10.4161/org.4.2.5851

13. Compton JT, Lee FY. А Review of Osteocyte Function and the Emerging Importance of Sclerostin. J Bone Joint Surg Am 2014;96(19):1659–1668. doi: 10.2106/JBJS.M.01096

14. Bafico A, Liu G, Yaniv A et al. Novel mechanism of Wnt signalling inhibition mediated by Dickkopf-1 interaction with LRP6/ Arrow. Nat Cell Biol 2001;3(7):683–686. doi: 10.1038/35083081

15. Добронравов ВА. Cовременный взгляд на патофизиологию вторичного гиперпаратиреоза: роль фактора роста фибробластов 23 и Klotho. Нефрология 2011;15(4):11–20. doi: 10.24884/1561-6274-2011-15-4-11-20

16. Добронравов ВА. Фосфат, почки, кости и сердечнососудистая система. Нефрология 2016;20(4):10–24

17. Takahashi S, Okada K, Nagura Y et al. Three-quarters nephrectomy in rats as a model of early renal failure. Nihon Jinzo Gakkai Shi 1991;33(1):27–31

18. Poole KE, van Bezooijen RL, Loveridge N et al. Sclerostin is a delayed secreted product of osteocytes that inhibits bone formation. FASEB Journal 2005;19:1842–1844. doi: 10.1096/fj.05-4221fje

19. Dorit Naot, Usha Bava, Brya Matthews et al. Differential Gene Expression in Cultured Osteoblasts and Bone Marrow Stromal Cells From Patients With Paget's Disease of Bone. JBMR 2009. doi: 10.1359/jbmr.061108

20. Lu KCh, Wu CC, Yen JF, Liu WCh. Vascular Calcification and Renal Bone Disorders. The Scientific World Journal 2014. doi: 10.1155/2014/637065

21. Surendran K, Schiavi S, Hruska KA. Wnt-dependentβ-catenin signaling is activated after unilateral ureteral obstruction, and recombinant secreted frizzled-related protein 4 alters the progression of renal fibrosis. J Am Soc Nephrol 2005;16:2373–2384. doi: 10.1681/ASN.2004110949

22. Zhu D, Mackenzie NC, Millan JL et al. The appearance and modulation of osteocyte marker expression during calcification of vascular smooth muscle cells. PLoS One 2011;6(5):e19595. doi: 10.1371/journal.pone.0019595

23. Koyama S, Tsuruda T, Ideguchi T et al. Osteoprotegerin is secreted into the coronary circulation: a possible association with the renin-angiotensin system and cardiac hypertrophy. Horm Metab Res 2014;46(8):581–586. doi: 10.1055/s-0034-1375611

24. Qureshi AR, Olauson H, Witasp A et al. Increased circulating sclerostin levels in end-stage renal disease predict biopsy-verified vascular medial calcification and coronary artery calcification. Kidney Int 2015;88(6):1356–1364. doi: 10.1038/ki.2015.194

25. De Mare A, Maudsley S, Azmi A et al. Sclerostin as Regulatory Molecule in Vascular Media Calcification and the Bone–Vascular Axis. Toxins (Basel) 2019;11(7)pii:E428. doi: 10.3390/toxins11070428.

26. van Amerongen R, Nusse R. Towards an integrated view of Wnt signaling in development. Development 2009;136:3205– 3214. doi: 10.1242/dev.033910.

27. Cosin-Roger J, Ortiz-Masia MD, Barrachina MD. Macrophages as an Emerging Source of Wnt Ligands: Relevance in Mucosal Integrity Front. Immunol 2019. doi: 10.3389/fimmu.2019.02297

28. Bonewald LF. The amazing osteocyte. J of Bone and Mineral Res 2011;26(2):229–238. doi: 10.1002/jbmr.320

29. Chande S, Bergwitz C. Role of phosphate sensing in bone and mineral metabolism. Nature Reviews Endocrinology 2018;14:637–655. doi: 10.1038/s41574-018-0076-3

30. Conrads KA, Yu LR, Lucas DA et al. Quantitative proteomic analysis of inorganic phosphate-induced murine MC3T3-E1 osteoblast cells. Electrophoresis 2004;25(9):1342–1352. doi: 10.1002/elps.200405892

31. Conrads KA, Yi M, Simpson KA et al. A combined proteome and microarray investigation of inorganic phosphate-induced preosteoblast cells. Mol Cell Proteomics 2005;4(9):1284–1296. doi: 10.1074/mcp.M500082-MCP200

32. Pesta DH, Tsirigotis DN, Befroy DE et al. Hypophosphatemia promotes lower rates of muscle ATP synthesis. FASEB J 2016;30(10):3378–3387. doi: 10.1096/fj.201600473R

33. Beck L, Leroy C, Salaun C et al. Identification of a novel function of PiT1 critical for cell proliferation and independent of its phosphate transport activity. J Biol Chem 2009;284(45):31363–74. doi: 10.1074/jbc.M109.053132.

34. Chavkin NW, Chia JJ, Crouthamel MH, Giachelli CM. Phosphate uptake-independent signaling functions of the type III sodium-dependent phosphate transporter, PiT-1, in vascular smooth muscle cells. Exp Cell Res 2015;333(1):39–48. doi: 10.1016/j.yexcr.2015.02.002

35. Kanatani M, Sugimoto T, Kano J et al. Effect of high phosphate concentration on osteoclast differentiation as well as bone-resorbing activity. J Cell Physiol 2003;196(1):180–189. doi: 10.1002/jcp.10270

36. Kang JH, Ko HM, Moon JS et al. Osteoprotegerin Expressed by Osteoclasts An Autoregulator of Osteoclastogenesis. J Dent Res 2014;93(11):1116–1123. doi: 10.1177/0022034514552677

37. Добронравов ВА, Богданова ЕО, Семенова НЮ и др. Почечная экспрессия белка aKlotho, фактор роста фибробластов 23 и паратиреоидный гормон при экспериментальном моделировании ранних стадий хронического повреждения почек. Нефрология 2014;18(2):72–78

38. Богданова ЕО, Галкина ОВ, Зубина ИМ, Добронравов ВА. Klotho, фактор роста фибробластов 23 и неорганический фосфат на ранних стадиях хронической болезни почек. Нефрология 2016;20(4):54–61