Az erek meszesedése a CKD állatmodelljeiben: áttekintés

Dr. Rachel M. Holden

3048C Etherington Hall, Queen's University

Kingston, Ont. K7L 3V6 (Kanada)

Tel. +1 613 533 3134, fax +1 613 533 3292

Kapcsolódó cikkek a következőhöz: "

Facebook
Twitter
LinkedIn
Email

Absztrakt

A krónikus vesebetegség és az érrendszer meszesedésének rágcsálómodelljei

A krónikus vesebetegség (CKD) világszerte egészségügyi probléma, növekvő gyakorisággal és rossz eredménnyel. A szív- és érrendszeri betegségeket (CVD) a morbiditás és a halálozás fontos okaként ismerik el CKD-ben szenvedő betegeknél. Végstádiumú vesebetegségben (ESKD) szenvedő betegeknél az artériás meszesedés jelenléte és mértéke függetlenül megjósolja a későbbi CVD-t és a mortalitást a megállapított konvencionális kockázati tényezőkön túl [1,2]. A technológia új fejleményei, korlátozásaik ellenére, fokozták a vaskularisodás mértékének felismerését CKD-s betegeknél; Az olyan noninvazív technikák, mint a számítógépes tomográfia, lehetővé tették számunkra a meszesedés mértékének számszerűsítését. A tanulmányok következetesen bizonyítják, hogy az ESKD-s betegek többségének jelentős meszesedése van a koszorúerekben és az aortában, majdnem 50% -uknál pedig a szelepi meszesedés [3].

Az állatmodellek hozzájárultak annak megértéséhez, hogy az érmeszesedés a CKD beállításában aktív folyamat

A meszesedés az artéria falának két helyén történik: az intimánál és a közegnél. Az intim meszesedés foltos, vaszkuláris simaizomsejtekkel (VSMC) és makrofágokkal társul az artériák lipidekben gazdag területein, és ateroszklerotikus érbetegség formájában jelentkezik. Az intim meszesedést olyan klasszikus Framingham-kockázati tényezőkkel társították, mint az életkor előrehaladása, a cukorbetegség, a dyslipidaemia, a magas vérnyomás és a dohányzás. Ezzel szemben a mediális meszesedés az artériák rugalmas régióin belül történik, és szinte kizárólag a VSMC-khez kapcsolódik [4]. Az intimális és mediális meszesedés egymástól függetlenül fordulhat elő, ezért vélhetően különböző kóros folyamatokat képviselnek. Fiatal felnőtt CKD-s betegeknél a mediális fal meszesedése dominál szinte kizárólag [5], és jelenléte összefüggésbe hozható az ásványi anyagcsere rendellenességeivel, amelyek a 3. stádiumú CKD (hiperfoszfatémia) és kezelésének (kalciumalapú foszfátkötők és D-vitamin) következményei.

Egyre több in vitro és in vivo bizonyíték van arra, hogy a hiperfoszfatémia és az extracelluláris kalcium stimulálja a VSMC-k fenotípusos transzformációját [4,6]. Megállapították, hogy a VSMC-k megkülönböztető fenotípusokat mutatnak, beleértve a kontraktilis fenotípust, amelyet a simaizom-vonal markerei jellemeznek (SMAD6, mátrix Gla-fehérje (MGP), α-simaizom-aktin), valamint olyan fenotípusokat, amelyeket osteochondrogen-szerű differenciálódás és csontképződés jellemez ( sox-9, magkötő faktor-a1, oszteokalcin) [7,8]. Az emelkedett foszforszint mellett, amint az a CKD-ben előfordul, ez utóbbi fenotípus válik egyre elterjedtebbé. Számos állatmodellt használó génkiütéses kísérlet megerősítette, hogy vannak olyan VSMC- és csont eredetű fehérjék, amelyek vagy gátolják, vagy elősegítik a meszesedési folyamatot. A csontokkal társított fehérjék, például az oszteoprotegerin [9] vagy a VSMC fehérjék, például az smad6 [10] és az MGP [11] szelektív génkiütési modelljei az artériák különböző mértékű kifejlődését fejlesztik ki. Az, hogy létezik-e végleges közös út az érrendszer meszesedésének kialakulásához, szélesebb körű kísérleteket igényel a CKD állatmodelljeiben.

Az állati CKD-modellek fejlesztik az érrendszer meszesedését

A CKD változásának progressziójával kapcsolatos kutatások a fenotípusok figyelemre méltó konzisztenciáját azonosították az állatok és az emberek között. Valamennyi modellben közös a megnövekedett plazma kreatininszint, a megnövekedett vér karbamid-nitrogén, a hiperparatireoidizmus és a hiperfoszfatémia. A CKD ezen rágcsáló-modelljei azonban az erek meszesedési fenotípusának súlyosságát generálják, valószínűleg a genetikai háttér következetlenségének, a vesekárosodás mértékének, a tanulmányi időnek és az étrendnek a hiánya miatt.

Habár e három modell között rejlő különbségek vannak, mindegyik kihívás egy bizonyos CKD-szintet generál a vesék kezdeti akut inzultációja után, és az érrendszeri meszesedés kialakulása a következő 4–36 hétben eredményezheti vagy nem eredményezheti (1., 2. táblázat)., 3, 4). Az ezen modelleken belül kialakuló vaszkuláris meszesedés mértékét tipikusan szöveti kémiai elemzéssel detektálták, amelyet kvalitatív szövetfestési eljárás követett a lokalizáció érdekében. A legtöbb esetben a szöveti kalciumot savban eluálják, és a felülúszót a krezolftalein-o-komplex módszerrel vagy az atomabszorpcióval mérik. A szövet savas emésztése azonban a szövet pusztulását eredményezi, és hogy a megnövekedett kalciumtartalom reprezentálja-e a tényleges meszesedést vagy csak a kalciumfelesleg, meg kell-e erősíteni a korábban rögzített aortaszakaszok von Kossa festésével. Bár különféle vizualizációs technikákat alkalmaztak, beleértve a teljes szövetrészek Alizarin Red festését, a kémiai mennyiségi meghatározás önmagában nem elegendő az aorta szövet meszesedésének értékeléséhez.

Asztal 1

Az 5/6 nephrectomia modellt használó vizsgálatok összefoglalása (D-vitamin nélkül)

2. táblázat

Az 5/6 nephrectomia modellt D-vitaminnal végzett vizsgálatok összefoglalása

3. táblázat

Az egerek elektrokauter modelljét használó vizsgálatok összefoglalása

4. táblázat

Az adenin modell alkalmazásával végzett vizsgálatok összefoglalása

A CKD 5/6 nephrectomia modellje

Ennek a modellnek az összes változata 5/6-kal csökkenti a vese teljes tömegét. A legelterjedtebb módszer egy kétlépéses eljárás, amelynek során egy vesének két pólusát (az első vese 2/3-a) el kell távolítani, majd egy héttel később a szemközti ép vese teljes nephrectomiáját kell követni. Az 1. táblázat az érrendszeri meszesedés kimenetelére vonatkozó vizsgálatokat tartalmazza, amelyek összehasonlították az 5/6Nx állatot a színlelt kontrollokkal. A vizsgálatok közötti elsődleges különbség a vizsgálatban alkalmazott CKD időtartama, valamint a kalcium és a foszfát étrendi koncentrációja volt.

Megállapították, hogy az 5/6Nx modell szérum kreatininszintet produkál, amely átlagosan 2,2-szer magasabb, mint a kontroll állatoké (1. táblázat). A D-vitamin egyidejű alkalmazása nélkül az 5/6Nx patkányokban 8 héttel a műtét után foszforszint alakul ki, amely 2,6-szor nagyobb, mint a kontroll állatoké (egy tanulmány kivételével, amely 3,8-szoros növekedést jelent). 0,9-1,2 tömeg% foszfort tartalmaz. Az Amerikai Táplálkozástudományi Intézet alapján a normál táplálékfoszfor patkányokban körülbelül 0,3% (az alkalmazott képlettől függően) [16]. A hiperparatireoidizmus ennek a modellnek a jellemzője, a vizsgálatok szerint 2,4–77-szeresére nőtt a kontroll állatokhoz képest, míg a szérum kalciumszintje minimálisan megváltozott.

Ejerblad és mtsai. [13] 5/6Nx-t használva Sprague-Dawley (SD) patkányokban elsőként számoltak be az aorta meszesedéséről 12–36 hét után 1 tömeg% foszfortartalmú étrend alkalmazásával (1. táblázat). Érdekes módon az adatok arra utalnak, hogy magas foszfortartalmú étrend nélkül a gyakran használt SD patkány törzs ellenállt az érrendszer meszesedésének. Például az aorta kalciumtartalmát számszerűsítő 8 vizsgálat közül csak 1 vizsgálatban [17] volt még kisebb növekedés az aorta kalciumtartalmában 1% -nál kevesebb foszfort tartalmazó étrend alkalmazásával (1., 2. táblázat). Ezért vagy a magas diétás foszfor (azaz 1,2% foszfor az étrendben 12 hétnél hosszabb ideig), vagy az artériás meszesedést elősegítő szerek, például 1,25 (OH) 2D3 (kalcitriol) használata vált általános összetevővé ennek a modellnek.

A 2. táblázat tartalmazza azokat a különféle vizsgálatokat összefoglaló adatokat, amelyek lehetővé teszik a különböző kezelési rendek (kalcitriol, D-vitamin-analógok, kalcimimetikumok és foszfátkötők) összehasonlítását CKD-s állatokban. Az 5/6Nx modellben a D-vitamin egyidejű adagolása úgy tűnik, hogy a keringő foszfor koncentrációja körülbelül 1,8-szoros, és a 1,3-szoros a CKD-s állatoknál, akik nem kapnak D-vitamint. Csak enyhe kalciumszint-emelkedés ( -/-), vagy gyorsított érelmeszesedés (apolipoprotein E kiütés (apoE -/-); 3. táblázat). Az egér elektrokauter modelljében a CKD-t a vesék műtéti ablációja indukálja. Ez kétlépcsős eljárás; Kezdetben egy vese kéregét elektrokauterizálják, gondosan ügyelve arra, hogy ne pusztítsa el a mellékveséket és a vese dombját. Egy héttel később, miután az állatok felépültek, a második vesét nephrectomizálták. Úgy tűnik, hogy ez az eljárás változó súlyosságú CKD-t eredményez, a vér karbamidszintje 1,5–4,8-szor magasabb, mint a normál állatoké (3. táblázat). Ezekben az állatokban hiperparatireoidizmus is kialakul (a PTH ~ 3-szoros növekedése), de a hiperfoszfatémia nem mindig jelentkezik, és legfeljebb 1,5-szeresére nő a normál értékhez képest, még akkor is, ha magas étkezési foszforral (1,65 tömeg% foszfor).

Az erek meszesedését nem számolták be következetesen CKD-s vad típusú egerekben. Azonban az LDLR -/- és az apoE -/- transzgénikus egerekben kiterjedt meszesedés alakul ki ennek az elektrokauter modellnek az alkalmazásával. Az LDLR -/- CKD modell hasonló a metabolikus szindrómával járó klinikai urémiához, mivel ezeknek az egereknek elhízásuk, magas vérnyomásuk, inzulinrezisztenciájuk és korai 2-es típusú cukorbetegségük van. A CKD nélküli LDLR -/- egerek hajlamosak az erek felgyorsult meszesedésére és az érelmeszesedésre magas zsírtartalmú étrend mellett; a CKD hozzáadása azonban az aorta kalciumtartalmának 1,5–2,6-szoros növekedését eredményezi (3. táblázat). Hasonlóképpen, a rendszeres táplálékkal etetett apoE -/- egerek gyorsított érelmeszesedést generálnak megnövekedett intim betegség formájában, valamint mediális meszesedésként, amely mérsékelten megemelkedik, amikor CKD-t indukálnak ezeknél az állatoknál.

Az étrendi foszfátkötők és a csontmorfogén fehérje-7 csökkenti az erek meszesedését az elektrokautéria egér modelljében

Ebben a modellben a foszforkötők, akár kalcium-alapú (azaz kalcium-karbonát), akár nem-kalcium-alapú (azaz szevelamer), alacsonyabb foszforszintet mutatnak (28 és 42% közötti tartományban vannak), és az aorta kalciumának állandó, csökkenését mutatják tartalom a kezeletlen CKD állatokhoz képest, mind LDLR -/-, mind apoE -/- kieséseknél [27,28,29]. Érdekes módon a foszfor-kötő szevelamer képes csökkenteni az into-meszesedést az apoE -/- CKD egerekben, és ezért megakadályozhatja az érelmeszesedés előrehaladását ebben a modellben [27]. Köztudott, hogy a sevelamer csökkenti az emberek koleszterinszintjét, ami arra utal, hogy ennek a gyógyszernek nem foszforcsökkentő előnye lehet [30,31,32]. Az elektrokauter egér modell eredményei összhangban vannak a CKD 5/6Nx és adenin modelljeivel [17,33] (2., 3. táblázat).

Davies és mtsai. [34,35] az alacsony forgalom osteodystrophia és a vaszkuláris meszesedés összefüggését vizsgálták magas zsírtartalmú étrendet kapó CKD-s LDLR -/- egerekben. a csont morfogén fehérje-7 (BMP-7) a csont átalakulásának és fejlődésének fontos szabályozója. A csontképződés stimulálásával helyreállítja a csont anabolikus egyensúlyát, és fokozott csontfelvétel révén csökkenti a szérum foszfort. A BMP-7 kezelés csökkentette a szérum foszfor tartalmát és megakadályozta a CKD által kiváltott vaszkuláris meszesedést. Akár foszfátkötő anyag (kalcium-alapú vagy szevelamer), akár csontképződést serkentő szerek (BMP-7) érik el a csökkent szérumfoszfort, az eredmény a vaszkuláris meszesedés csökkenését eredményezi a CKD ezen egérmodelljében.

Adenin patkány modell

Az adenin modell a közelmúltban figyelemre méltó a viszonylagos könnyű kialakítása és a biztató eredmények miatt. 4 héten belül 0,75% -os adenintartalmú étrenden beszámoltak az aorta tunica táptalajának meszesedéséről, és alacsony fehérjetartalmú étrenddel kombinálva a meszesedés eredménye következetesebb [36]. Ez a modell, a többi modellel ellentétben, nem igényel műtétet, és túlélési aránya magas. Amint azt a 4. táblázat mutatja, 4 hetes adenin-étrend után a kreatininszint 3,0-10,5-szer magasabb, mint a kontroll állatoké. A szérum foszforszintje a normál értékek 1,2–2,6-szorosa a súlyos szekunder hyperparathyreosis esetén, a szérum kalcium minimális ingadozása ellenére (4. táblázat).

Az étkezési foszforkoncentráció 0,4–1,2% között mozog, az adenin modell produkálja a legmagasabb szérum foszforszintet, valószínűleg részben a vesekárosodás súlyosságának köszönhető. Az ebben a modellben előállított CKD súlyosságával az érmeszesedés következetesen további kalcitriol nélkül keletkezik (mint az 5/6Nx modellben) vagy a meszesedésre való genetikai hajlam nélkül (mint az egér elektrokauter modelljében). Azonban azokban a vizsgálatokban, amelyek súlycsökkenésről számolnak be, a 0,75% adeninnel táplált patkányok az étrend alatt 5 hét alatt elvesztették kezdeti súlyuk 50% -át [36,37,38]. Azt, hogy a megfigyelt kiterjedt mediális meszesedés részben a súlycsökkenésnek és a térfogat-összehúzódásnak vagy magának az adeninnek köszönhető-e.

Az adenin modellt alkalmazták a foszfátkötő szevelamer és a biszfoszfonátok (ibandronát, etidronát, pamidronát és alendronát) szerepének tanulmányozására az érrendszeri meszesedési fenotípus módosításában (4. táblázat). A csak adenint kapó CKD-s állatokhoz képest ezek a kezelések az aorta kalciumtartalmának jelentős csökkenését eredményezték (99% -os csökkenés ibandronáttal és 84% -os csökkenés sevelamerrel).

Az adenin modell fő előnye, hogy nem igényel műtétet súlyos CKD kialakulásához. A legnagyobb hátrány az a súlycsökkenés, amely akkor következik be, amikor a patkányok 0,75% adenint tartalmazó étrendet kapnak. Az adenin modell módosított változatának nemrégiben készített jelentésében azonban a fogyás nem volt kérdés. Ahelyett, hogy chow-alapú adenintartalmú étrendet alkalmazna, Terai és mtsai. [39] orálisan adenint adtak 600 mg/kg/nap adagban 10 napig, mint a CKD kiváltásának kezdeti akut inzultusát Wistar patkányokban. Normál étrendben magas foszfáttartalommal vagy anélkül (azaz az étrendben nincs adenin) ezek a patkányok a 15 hetes vizsgálati periódus alatt folyamatosan növekedtek, és progresszív veseelégtelenség alakult ki náluk. 8 hetes CKD után csak 12,5% -nak volt vaszkulcifikációja, de 15 hét múlva az állatok 37,5% -ánál alakult ki vaszkuláris meszesedés.

Más modellek

Az állatmodellekkel végzett vizsgálatok összehasonlítása a CKD-ben szenvedő emberek klinikai kísérleteivel

A klinikai probléma mértékének dokumentálása ellenére kevés randomizált, kontrollos vizsgálatban tanulmányozzák az érrendszeri meszesedés eredményeit CKD-s emberekben. A Treat-to-Goal tanulmány [42] két diétás foszfátkötőt (sevelamar és kalcium-alapú foszfátkötők) hasonlított össze ESKD-ben szenvedő betegeknél. Az egér elektrokauter modelljében [27,29] és az adenin modellben [33] megállapítottakkal összhangban a sevelamerre randomizált ESKD-ben szenvedő embereknél 1 év kezelés után lassabban kalcium halmozódott fel a koszorúerekben és az aortában. Ezeket az eredményeket megerősítette egy incidens dialízisben szenvedő betegeket vizsgáló tanulmány [43]. Mindkét vizsgálatban a kalcium-alapú foszfátkötőkkel végzett kezelés fokozza a meszesedést.

A D-vitamin szerepe a meszesedés elősegítésében vagy megelőzésében CKD-s betegeknél továbbra is ellentmondásos. Az 5/6Nx modellben a kalcitriol beadása egyértelműen felgyorsítja a szövet kalcium lerakódását, amelyet a D-vitamin analógokkal kissé javítottak. Megállapítottuk, hogy a D-vitamin alkalmazása a kalciumszint hiányával vagy csak enyhe emelkedésével járt, amely állítólagos mechanizmus révén a D-vitamin felgyorsíthatja az érrendszer meszesedését. Ezért ezen állatkísérletek eredményei arra utalnak, hogy a D-vitamin közvetlen hatással lehet magára a vaszkuláris simaizom sejtre. Ennek a koncepciónak további vizsgálata állatmodellekben kritikus fontosságú a vesebetegek ellátása szempontjából, tekintettel arra, hogy milyen gyakorisággal írják fel az ESKD-ben szenvedő betegeknek a D-vitamin készítményeket.

A kalcimimetikumok szerepe a szívkoszorúér-meszesedés módosításában emberben jelenleg randomizált, kontrollált vizsgálat alatt áll [44]. Az előnyöket bizonyító preklinikai adatok csak most jelennek meg, de hiányzik a meszesedésben betöltött szerepét értékelő publikált humán tanulmány. Amint azt az 5/6Nx modell [21,22,45] bemutatja, ennek a kalcium-érzékelő receptor antagonistának szerepe lehet az emberek vaszkuláris meszesedésének enyhítésében, valószínűleg a szérum kalcium- és foszfátszint-csökkentés jól leírt képessége révén, esetleg az MGP felszabályozásának lehetősége, a VSMC fehérje, amelyet az érrendszer meszesedésének legfontosabb helyi inhibitorának tekintenek.

Két állatkísérlet (5/6Nx és adenin) kimutatta, hogy a biszfoszfonátok javítják a meszesedést [23,36]. A CKD-ben szenvedő emberekkel kapcsolatos előzetes bizonyítékok megerősítik ezeket a megállapításokat, és az eredményt értékelő randomizált, kontrollált vizsgálatok folyamatban vannak [46].

Következtetés

Összegzésképpen elmondható, hogy az állatmodellek hasznosak a CKD-vel összefüggő érrendszeri meszesedés tanulmányozásához, és az ezekben a preklinikai állatkísérletekben kapott eredmények a jelek szerint - bármennyire is korlátozottak - a CKD-ben szenvedő embereknél meglévő bizonyítékokra utalnak. A transzgénikus egérmodellek bizonyították hasznosságukat a biológiai folyamat alapjául szolgáló potenciális mechanizmusok tanulmányozásában, míg patkányokon végzett vizsgálatok hasznosak a folyamat természetes történetének és az azt módosító kezeléseknek a tanulmányozásához. Ha emberen végezzük a CKD-ben végzett megfigyeléseket, és ezeket megfigyeléseket kontrollált állatkísérleteknek vetjük alá, akkor jobban megismerhetjük és kontrollálhatjuk a CVD járványát vesebetegségben szenvedő betegeknél.