Quanto è importante la sintesi dell'ossido nitrico per il rene?

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Parte Ⅱ: Segnalazione dell'ossido nitrico nella regolazione renale e nella salute cardiometabolica

Mattias Carlström

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Modulazione del trasporto del sodio da parte di NO (Monossido di azoto)

L'omeostasi del sodio e dell'acqua è regolata principalmente dall'azione degli ormoni (cioè aldosterone e vasopressina) nelrenecosì come Ang II e segnalazione dell'endotelina. Tuttavia, altri composti endogeni che non circolano a livelli elevati, come l'NO (Monossido di azoto), contribuiscono sostanzialmente alla manipolazione renale di sodio e acqua attraverso diversi meccanismi. In generale, NO (Monossido di azoto)inibisce il riassorbimento tubulare del sodio lungo il nefrone; tuttavia, le azioni acute e croniche di NO (Monossido di azoto)in specifici segmenti tubulari durante la salute e la malattia richiedono ulteriori indagini. In particolare, gli effetti di NO (Monossido di azoto) sul riassorbimento di sodio e liquidi nei tubuli prossimali sono dibattuti poiché sono state riportate interazioni con Ang II e sono stati riportati effetti bifasici. Questi diversi effetti possono essere spiegati da diverse impostazioni sperimentali, modelli e differenze di specie".

Data la breve emivita di NO (Monossido di azoto)in vivo, si pensa che le sue azioni siano principalmente mediate da segnali autocrini o paracrini. Tuttavia, NO (Monossido di azoto)potrebbe anche agire come un ormone endocrino, potenzialmente tramite l'eme-NO (Monossido di azoto)segnalazione. Come discusso sopra, NO nelreneproviene non solo da eNOS (Sintesi di ossido nitrico)nel sistema vascolare ma anche da nNOS epiteliale tubulare (Sintesi di ossido nitrico)e potenzialmente iNOS (Sintesi di ossido nitrico)durante condizioni patologiche associate all'infiammazione. I primi studi che utilizzavano approcci farmacologici per indagare il ruolo specifico della NOS (Sintesi di ossido nitrico)-derivato NO (Monossido di azoto)sulla funzione tubulare erano talvolta difficili da interpretare perché l'inibizione non selettiva dell'NO sistemico (Monossido di azoto)aumento della pressione sanguigna, ridotta perfusione renale e meccanismi di autoregolazione renale influenzati. Tuttavia, studi successivi che utilizzano inibitori farmacologici più selettivi o approcci genetici knockout hanno dimostrato che NOS (Sintesi di ossido nitrico)l'inibizione può ridurre l'escrezione di sodio e liquidi senza indurre cambiamenti emodinamici sostanziali*5.

Lungo il nefrone, circa il 67% del carico di sodio filtrato viene riassorbito nei tubuli contorti prossimali; 25 percento nel TAL dell'ansa di Henle; 5 percento nel tubulo contorto distale, nel tubulo di collegamento e nel tubulo collettore iniziale; e il 3 percento nel dotto di raccolta midollare interno4.nNOS (Sintesi di ossido nitrico)e/o eNOS (Sintesi di ossido nitrico)-derivato NO (Monossido di azoto)è stato segnalato per inibire la pompa sodio-potassio basolaterale (Nat/K più -ATPasi) nel tubulo prossimale, lo scambiatore sodio/idrogeno apicale 3 (NHE3; noto anche come SLC9A3) nel tubulo prossimale e TAL dell'ansa di Henle , NKCC2 apicale nel TAL dell'ansa di Henle e il canale del sodio epiteliale apicale (ENaC) nel dotto collettore corticale19 (FIG.4). Sebbene nNOS (Sintesi di ossido nitrico)è espresso nel tubulo distale, il suo ruolo potenziale nella modulazione dei trasportatori in questa parte del nefrone (ad esempio, il cotrasportatore Nat/Cl (NCC; noto anche come SLC12A3)) non è chiaro.

I primi studi che utilizzavano la somministrazione sistemica di NAS (Sintesi di ossido nitrico)gli inibitori supportano un effetto inibitorio di NO (Monossido di azoto)sul riassorbimento tubulare prossimale del sodio67. Tuttavia, uno studio del 2014 che utilizzava tubuli prossimali umani isolati ha dimostrato che Ang II stimolava il trasporto di sodio tubulare prossimale in modo dose-dipendente (come dimostrato dall'aumentata attività di NHE3 e dal Nat'-HCO basolaterale,-cotrasportatore) tramite la fosforilazione mediata da NO-CGMP di ERK8 . Questo studio ha anche dimostrato che il trattamento con il nitroprussiato di sodio donatore di NO ha ridotto l'attività del trasportatore di sodio nei tubuli prossimali di topo e ratto, ma ha avuto l'effetto opposto nei tubuli prossimali umani. Sono necessarie ulteriori indagini per capire il motivo di questa discrepanza e chiarire se esistono fenomeni simili per altri trasportatori e in altri segmenti del nefrone. L'effetto dell'NO sul riassorbimento tubulare potrebbe essere potenzialmente dipendente dalla concentrazione e implicare l'interazione con i sistemi ormonali regolatori come il RAAS. Sebbene gli effetti del riassorbimento tubulare prossimale di NOon siano dibattuti, NO ha chiaramente un ruolo importanterenefisiologia e la bioattività di NO compromessa è associata arenepatologiae disturbi cardiovascolari e metabolici associati7, s,9.

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Movimentazione tubolare di NO (Monossido di azoto)metaboliti

Come accennato in precedenza, NO (Monossido di azoto)viene rapidamente metabolizzato per formare nitriti e nitrati, che vengono escreti principalmente dalreni. Sebbene sia spesso segnalata l'escrezione urinaria di NOx, questa misurazione riflette principalmente i nitrati, che si trovano nel plasma a concentrazioni quasi 1,000- volte più elevate e ha un'emivita sostanzialmente più lunga rispetto ai nitriti (ty~6h contro,~30min ); quindi, è molto più stabile nelle urine. Poiché la dieta è un importante contributo al pool di nitrati e nitriti circolanti nel corpo, l'escrezione accumulata di NOx può essere utilizzata solo per stimare la NOS (Sintesi di ossido nitrico)funzionare durante rigide restrizioni dietetiche. Inoltre,reneNOS (Sintesi di ossido nitrico)l'attività potrebbe influenzare sostanzialmente l'escrezione totale di NOx, almeno durante un'elevata assunzione di sale. Tra i topi alimentati con una dieta ricca di sale, quelli con delezione di nNOS (Sintesi di ossido nitrico)nel dotto collettore presentava un'escrezione di NOx inferiore di circa il 50% rispetto ai controlli e sviluppava ipertensione 2.

I primi studi su volontari giovani e sani hanno mostrato che solo il 60 percento del 15N-nitrato somministrato per via orale veniva escreto nelle urine sotto forma di nitrato entro 48 ore, con quantità minime (0,1 percento) escrete nelle feci ,101. Una piccola quantità di nitrato marcato con 15N è stata escreta anche come ammoniaca o urea nelle urine (2-4 percento) e nelle feci (0,2 percento), ma la manipolazione e/o la rimozione della dose rimanente (36-38 percento ) non è ancora chiaro. È probabile che alcuni nitrati vengano distribuiti al pool muscolare ed è anche possibile l'eliminazione dal corpo tramite l'espirazione di azoto gassoso.

Un piccolo studio clinico ha mostrato che i volontari sani con normalerenefunzione(eGFR>60 ml/min/1,73 m2) presentavano un'escrezione frazionaria di nitrato significativamente più elevata (mediana 16,3 percento; IC 95 percento8.7-22.8) rispetto ai pazienti con insufficienza renale cronica ed eGFR Minore o uguale a 30 ml/min/1,73 m² (mediana 10,3% ,95% CI96.9-4.4)10.Nei pazienti con insufficienza renale cronica, la clearance renale dei nitrati era correlata positivamente conrenefunzione. La ridotta escrezione frazionaria di nitrati nei pazienti con eGFR ridotta è stata associata ad un aumento dei livelli plasmatici di nitrati. Questi risultati potrebbero essere spiegati da un'alterata filtrazione glomerulare e dalla manipolazione tubulare del nitrato durantemalattie renali, ma potrebbe anche essere correlato a NOS ridotta (Sintesi di ossido nitrico)-bioattività derivata in pazienti con insufficienza renale cronica, che porta a una ridotta produzione di NO ossidato (Monossido di azoto)metaboliti in circolo a cui ilrenipotrebbe adattarsi riassorbendo di più o secernendo meno nitrati.

Uno studio randomizzato controllato che ha studiato le differenze di sesso nella manipolazione renale dei nitrati negli adulti (n=231) con pressione sanguigna elevata ha riportato che durante la restrizione alimentare dei nitrati, la concentrazione di nitrati urinari, la quantità di nitrato escreto, la clearance renale dei nitrati e l'escrezione frazionata di nitrati erano significativamente inferiori nelle donne rispetto agli uomini13. Tuttavia, NO (Monossido di azoto)è stata osservata un'associazione tra concentrazione plasmatica di nitrati o escrezione frazionata di nitrato e GFR in entrambi i sessi. Dopo un'elevata assunzione di nitrati con la dieta per 5 settimane, l'escrezione frazionata di nitrati è aumentata notevolmente e non sono state osservate differenze di sesso nella manipolazione renale dei nitrati. Questo studio suggerisce che il riassorbimento tubulare dei nitrati potrebbe essere maggiore nelle donne rispetto agli uomini, ma i meccanismi sottostanti giustificano ulteriori indagini.

In assenza di generazione intrarenale, l'escrezione frazionata di nitrato correla linearmente con i livelli plasmatici ed è stata calcolata in circa il 3-10 percento nei cani e nei ratti anestetizzati, con un riassorbimento maggiore che ha luogo nel tubuleso prossimale4,105. In volontari sani, l'inibizione dell'anidrasi carbonica mediante acetazolamide ha ridotto il riassorbimento tubulare prossimale di nitriti e nitrati e ne ha aumentato il contenuto nelle urine, suggerendo un ruolo dei meccanismi dipendenti dall'anidrasi carbonica in questo riassorbimento. L'evidenza suggerisce che il riassorbimento dei nitrati avviene anche nei segmenti successivi del nefrone; studi di clearance e stop-flow nei cani hanno mostrato che l'inibizione di NKCC2 con furosemide ha ridotto il riassorbimento tubulare dei nitrati dal 97% all'87% durante l'inibizione della NOS intrarenale (Sintesi di ossido nitrico)e dal 90 percento all'84 percento senza NOS (Sintesi di ossido nitrico)inibizione1.

Un altro possibile candidato per il riassorbimento dei nitrati è lo scambiatore di cloruro-bicarbonato pendrin (noto anche come SLC26A4), che è espresso in cellule intercalate nel tubulo contorto distale, nel tubulo di collegamento e nel dotto collettore corticale8. Studi in vitro hanno dimostrato che l'espressione della pendrina è ridotta nei dotti collettori corticali e nei tubuli di collegamento del topo in presenza di NO (Monossido di azoto)donatori e sovraregolati durante l'inibizione degli NO (Sintesi di ossido nitrico)1.La sialina (nota anche come SLC17A5) trasporta i nitrati dal plasma alle ghiandole salivari4. È stata riportata un'elevata espressione apicale della segnalazione nelle cellule dei tubuli distali1, suggerendo che questo trasportatore potrebbe anche contribuire al riassorbimento renale dei nitrati.

La maggior parte delle attuali conoscenze sulla manipolazione tubolare di nitrati e nitriti si basa sull'escrezione di nitrati. Entrambi questi anioni sono filtrati liberamente nei glomeruli, ma non è noto se esistano meccanismi di trasporto tubulare simili per nitrati e nitriti lungo il nefrone. Sono necessari ulteriori studi per identificare i trasportatori di nitrati e nitrati nell'uomorene. Tali studi non solo migliorerebbero la comprensione del nitrato-nitrito-NO (Monossido di azoto)nella salute e nella malattia, ma potrebbe potenzialmente portare a nuove strategie terapeutiche.

Il metabolismo di NO (ossido nitrico) nel rene

Approcci al ripristino di NO (Monossido di azoto)bioattività

Nonostante diversi decenni di ricerca focalizzata sulla comprensione di NO (Monossido di azoto)biologia e sviluppando nuovi strumenti per aumentare la bioattività di questa molecola di segnalazione in vari disturbi, in particolare nel sistema cardiovascolare, il numero di applicazioni cliniche approvate è limitato. Quattro approcci principali potrebbero potenzialmente aumentare NO (Monossido di azoto)bioattività (FIG.5). In primo luogo, aumentare o ripristinare la NOS endogena (Sintesi di ossido nitrico)attività, ad esempio, mediante integrazione con L-arginina, L-citrullina o BH; inibendo l'attività dell'arginasi; abbassamento dei livelli endogeni di NOS (Sintesi di ossido nitrico)inibitori; stimolare la formazione di acido solfidrico (H, S); o utilizzando farmaci come statine, attivatori ACE2, agonisti del recettore (AT,) dell'angiotensina II di tipo-2 e agonisti del recettore Mas che potrebbero smorzare lo stress ossidativo e facilitare l'eNOS (Sintesi di ossido nitrico)Attivazione. In secondo luogo, somministrare sostanze che aumentano direttamente il NO (Monossido di azoto)generazione indipendentemente dal NAS (Sintesi di ossido nitrico)sistema, per esempio, inalato NO (Monossido di azoto)gas o nitrito inorganico, farmaci ibridi che attaccano un NO (Monossido di azoto)-rilascio della frazione a un agente farmacologico esistente, aumento della segnalazione H, S, trattamento con nitrati organici o integrazione con nitrato o nitrito inorganico. Terzo, limitando NO (Monossido di azoto)metabolismo, ad esempio, smorzando lo stress ossidativo e prevenendo così lo scavenging di NO (Monossido di azoto)e quarto, facilitando le vie di segnalazione a valle, ad esempio, utilizzando inibitori della fosfodiesterasi, stimolatori sGC o attivatori sGC. Alcuni degli approcci futuri esistenti e promettenti per aumentare il NO (Monossido di azoto)generazione e segnalazione sono discussi di seguito.

Inalato NO (Monossido di azoto)gas

Dal momento che l'approvazione della FDA di NO (Monossido di azoto)per il trattamento dell'ipertensione polmonare persistente nei neonati nel 1999, questo approccio è stato utilizzato off-label in vari contesti clinici. Esistono preoccupazioni per quanto riguarda l'uso cronico di NO per via inalatoria (Monossido di azoto), specialmente nei pazienti con insufficienza multiorgano, a causa dei rischi di formazione di metaemoglobina (a causa del legame di NO (Monossido di azoto)all'emoglobina, che riduce la sua capacità di trasporto dell'ossigeno) e lo sviluppo direnedisfunzione. Una revisione sistematica e una meta-analisi di studi randomizzati hanno mostrato che NO (Monossido di azoto)la terapia inalatoria aumenta il rischio diacutorenelesione(AKI) in pazienti con sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS) ma non in popolazioni non ARDS13. I meccanismi sottostanti probabilmente coinvolgono la modulazione della resistenza arteriolare pre e post-glomerulare e l'alterata manipolazione tubulare di sale e acqua, che è supportata da precedenti studi su animali e umani13.Renefunzionee quindi i marcatori di AKI devono essere attentamente monitorati nei pazienti che necessitano di NO per via inalatoria (Monossido di azoto)terapia.

Nitrati organici

La nitroglicerina (nota anche come trinitrato di glicerina) dilata i vasi di capacità venosa, l'aorta, le arterie coronarie di dimensioni medio-grandi e i collaterali. Questo nitrato organico e composti strutturalmente simili sono stati usati per trattare l'angina, l'infarto miocardico acuto e l'ipertensione grave anche prima della scoperta del ruolo dell'NO (Monossido di azoto)in fisiologia4. L'uso cronico di nitrati organici è stato associato a tolleranza e rischio di effetti avversi, tra cui ipotensione e disfunzione endoteliale, che ne limitano le applicazioni terapeutiche.

Inibizione dell'arginasi

Il NOS (Sintesi di ossido nitrico)le isoforme competono per la L-arginina con altri due enzimi, l'arginasi e l'arginina metiltransferasi, che convertono rispettivamente la L-arginina in urea e L-ornitina o dimetilarginina asimmetrica (ADMA). L'ADMA a sua volta inibisce la NOS (Sintesi di ossido nitrico)attività competendo direttamente con L-arginina per il legame con NOS (Sintesi di ossido nitrico), portando a NOS (Sintesi di ossido nitrico)disaccoppiamentol5. Esistono due isoenzimi dell'arginasi; l'arginasi 1 si trova principalmente nel citoplasma degli epatociti e dei globuli rossi16, mentre l'arginasi 2 si trova nei mitocondri di diversi tessuti del corpo, con elevata abbondanza nelrene(Atlante delle proteine ​​umane). Aumento dell'attività dell'arginasi e livelli elevati di ADMA, insieme a una riduzione di NO (Monossido di azoto)sintesi, sono stati associati a disfunzione endoteliale e aumento del rischio cardiovascolare nei pazienti con CKD (Malattia renale cronica). Inoltre, è stato dimostrato che l'inibizione dell'arginasi migliora la funzione endoteliale microvascolare nei pazienti con malattia coronarica e T2DM9,1x0.

Studi sperimentali hanno dimostrato che il nitrato inorganico nella dieta può diminuire l'espressione e l'attività dell'arginasi, che può contribuire agli effetti salutari del nitrato nelle malattie cardiovascolari e metaboliche21,122. Sono stati associati un aumento dell'espressione e dell'attività dell'arginasi 2renefallimento, diabeticorenepatologia(DKD) e nefropatia ipertensiva e gli effetti favorevoli dell'inibizione dell'arginasi sono stati dimostrati in modelli di malattie renali,18. Sono necessari ulteriori studi per studiare i potenziali benefici clinici dell'attenuazione della funzione dell'arginasi nei pazienti conrenepatologia.

Relazione tra malattia renale cronica e sintesi di ossido nitrico

Formazione e segnalazione H, S

La molecola di segnalazione H, S ha molte somiglianze con NO (Monossido di azoto)e influisce su un'ampia gamma di funzioni fisiologiche, inclusa la modulazione dei sistemi cardiovascolare, renale e metabolico23-12. H, S si forma endogenamente nella maggior parte degli organi, incluso ilrene, tramite reazioni enzimatiche e non enzimatiche24. La stimolazione della produzione di H, S potrebbe aumentare il NO (Monossido di azoto)-sGC-cGMP-PKGpathway aumentando la produzione di NO e la sua segnalazione a valle. H, S possono anche aumentare eNOS (Sintesi di ossido nitrico)attivazione tramite meccanismi che coinvolgono la mobilitazione del Ca2 plus intracellulare e la promozione della fosforilazione26127. Inoltre, H, S potrebbero aumentare NO (Monossido di azoto)produzione indipendente da NOS (Sintesi di ossido nitrico)attraverso la stimolazione della riduzione XOR-dipendente dei nitriti a NO128.H, è stato anche dimostrato che Shas attiva sGC e/o aumenta direttamente i livelli di cGMP tramite l'inibizione della fosfodiesterasi. Le interazioni e il crosstalk che si verificano tra i sistemi di segnalazione NO e H, S sono complessi e coinvolgono la formazione di specie ibride S/N. Il trattamento con donatori H, S a rilascio lento è associato ad effetti protettivi in ​​modelli animali di malattie cardiovascolari,renee malattie metaboliche2-12, ma questi risultati attendono un'ulteriore traduzione clinica.

Inibizione della fosfodiesterasi

Il cGMP viene idrolizzato a guanosina monofosfato (GMP) dalla fosfodiesterasi. Ad oggi, la fosfodiesterasi 5 (PDE5), che è espressa in vari tessuti, inclusi i sistemi cardiovascolare e renale, è stata l'obiettivo principale della ricerca, ma è stato anche suggerito che altri isoenzimi della fosfodiesterasi modulano l'NO (Monossido di azoto)-segnalazione cGMP-dipendente e indipendente mediata.

Gli inibitori della PDE5 bloccano la degradazione del cGMP e quindi portano a un aumento o prolungamento dell'NO (Monossido di azoto)segnalazione. Questi composti hanno dimostrato di abbassare la pressione sanguigna in studi preclinici e clinici e di esercitarereneed effetti protettivi cardiovascolari in vari modelli sperimentali di IRI, insufficienza cardiaca], CKD e DKD12. PDE5 è altamente espresso nelrene(nei glomeruli, cellule mesangiali, tubuli corticali e dotto collettore midollare interno) e ilrene-si ritiene che gli effetti protettivi degli inibitori della PDE5 si estendano ben oltre il loro effetto antipertensivo3. In 5/6 ratti nefrectomizzati, 8 settimane di trattamento con un inibitore della PDE5 iniziato immediatamente dopo la nefrectomia hanno impedito lo sviluppo di ipertensione e miglioratorenelesionee proteinuria3. Tuttavia, questo profondorenela protezione veniva persa se l'inibizione della PDE5 veniva iniziata in una fase successiva (cioè 4 settimane dopo la nefrectomia) quando la proteinuria era già evidente.

Gli inibitori della PDE5 sono attualmente clinicamente approvati per il trattamento dell'ipertensione polmonare, della disfunzione erettile e dei sintomi delle basse vie urinarie. Tuttavia, promettenti risultati preclinici e clinici precoci suggeriscono che ulteriori indicazioni terapeutiche potrebbero essere possibili in futuro. Ad esempio, uno studio di fase II ha dimostrato che il trattamento una volta al giorno con un inibitore della PDE5 ad azione prolungata per 12 settimane ha ridotto l'albuminuria in 256 pazienti con T2DM e nefropatia conclamata5. È importante questorene-protettivoeffettoè stato osservato nonostante il trattamento simultaneo con bloccanti RAAS e indipendentemente da qualsiasi variazione della pressione sanguigna o GFR.

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