Nye hormoner relateret til calcium- og fosfathomøostasen ved nyresygdom

Calcium og fosfat er de hyppigst forekommende mineraler i den menneskelige organisme, og de har essentiel betydning for stort set alle metaboliske processer. Størstedelen af calcium (99%) og fosfat (80%) findes i skelettet i krystallinsk form, hvor de dels indgår som strukturel komponent i knoglevævet, og dels fungerer som buffer for opretholdelse af normale ionkoncentrationer i ekstracellulærvæsken [1]. I ekstracellulærvæsken findes calcium som biologisk aktiv fri ion samt bundet til plasmaproteiner og komplekse forbindelser. Calcium og fosfat reguleres af et kompliceret endokrint netværk bestående af flere hormoner, som opretholder mineralhomøostasen ved at regulere absorption i tarmen, udskillelse i nyrerne og knogleaktivitet [1]. Opdagelsen af fibroblast growth factor (FGF) 23 og dens koreceptor αKlotho har grundlæggende ændret forståelsen af det endokrine system, der regulerer mineralhomøostasen samt patogenesen ved mineral- og knogleforstyrrelsen ved nyresygdom [2].

REGULERING AF CALCIUM OG FOSFAT –

TRADITIONELLE FAKTORER

Parathyroideahormon (PTH) og det biologisk aktive D-vitaminhormon, 1,25-dihydroxyvitamin D₃ (1,25 vit D), har traditionelt set været opfattet som det endokrine regulatoriske system for calcium- og fosfatstofskiftet [3]. Calcium registreres af den calciumsansende receptor (CaSR), som findes i flere væv, men især er udtrykt i glandula parathyroidea. Koncentrationen af ioniseret calcium i blodet er stramt reguleret inden for normalområdet 1,15-1,35 mM, og et fald i calciumniveauet medfører en hurtig stigning i plasmakoncentrationen af PTH, der stimulerer knogleresorption, hvorved calcium og fosfat frigives til blodbanen [3]. PTH nedregulerer samtidig natrium-fosfat-kotransporter type IIa og IIc (NaPi2a og NaPi2c)-ekspression på den apikale membran i den proksimale tubulus i nyrerne,

så den øgede mængde fosfat udskilles. PTH stimulerer endvidere nyrernes 1-α-hydroxylase og produktion af 1,25 vit D, der opregulerer calcium- og fosfattransporten i tarmepitelet, så absorptionen øges, og derudover stimulerer 1,25 vit D knogleomsætningen. Når koncentration af ioniseret calcium er normaliseret, supprimeres PTH [4]. Persisterende høje niveauer af PTH med-fører en øget knogleresorption og en udtynding af knoglevævet. Fosfatkoncentrationen i plasma varierer over døgnet. Hvordan organismen sanser den ekstracellulære fosfatkoncentration er fortsat uafklaret [1].

FIBROBLAST GROWTH FACTOR 23 – ET FOSFAT- OG CALCIUMREGULERENDE HORMON

Kliniske observationer af de sjældne fosfaturiske tilstande, paraneoplastisk syndrom af tumorinduceret osteomalaci og D-vitaminresistent hypofosfatæmisk rakitis, tyder på eksistensen af en fosfaturisk faktor ud over PTH. Disse tilstande er karakteriseret ved hypofosfatæmi, forstyrret knoglemineralisering og lavt niveau af plasma-1,25 vit D. I 2000 blev FGF23 klonet og karakteriseret som den fosfaturiske faktor ved de ovennævnte tilstande [5]. FGF23 er et peptidhormon, der produceres i knoglevævet af osteoblaster og osteocytter, og det aktiverer FGF-receptor 1, 3 og 4, når αKlotho er udtrykt i vævet [6].

FGF23 tilhører en superfamilie af FGF-peptider, der har en bred vifte af biologiske virkninger via aktivering af FGF-receptortyrosinkinaser, en binding der faciliteres af heparin-/heparansulfat. De kanoniske FGF fungerer som autokrine eller parakrine faktorer. De er udtrykt i næsten samtlige væv og har en essentiel rolle under embryogenese og organogenese. I den voksne organisme fungerer de som homøostatiske faktorer af betydning for vævsmetabolisme, regeneration, sårheling og angiogenese [2].

Evolutionært har tre medlemmer af FGF-superfami-lien (FGF15/19, FGF21 og FGF23) udviklet sig som endokrine hormoner, der er af betydning for galdesyre-, energi- og mineralomsætning. I modsætning til de kanoniske FGF har de endokrine FGF lav bindingsaffinitet til heparin-/heparansulfat. Denne reducerede bindingsevne muliggør frigivelse af disse FGF fra ekstracellulær matrix til cirkulation, og derved fungerer de som endokrine faktorer. Endokrine FGFs udøver også deres biologiske aktivitet via FGF-receptoranvendende proteiner fra Klothofamilien som obligat koreceptor [2]. Da FGF-receptorer udtrykkes i mange af organismens celler, er det tilstedeværelsen af αKlotho, der gør cellen specifik for FGF23-signalering [6].

αKlotho findes primært i nyrerne udtrykt både i det proksimale og det distale nefron. FGF23 nedregulerer fosfatreabsorption fra urinen i den proksimale tubulus, og herved øges fosfatudskillelsen [7]. Ved signalering via FGF-receptor-/αKlotho-kompleks, aktivering af extracellular signal-regulated kinases (ERK1/2) og serin-/treonin-proteinkinase (SKG1) inducerer FGF23 Na⁺/H⁺-exchanger regulatory factor (NHERF1)-fosforylering og nedregulerer forekomsten af NaPi2a og NaPi2c på den apikale cellemembran [8]. FGF23 regulerer endvidere nyrens enzymer, der indgår i 1,25 vit D-metabolis-men. FGF23 hæmmer 1-α-hydroxylase, enzymet der omdanner 25-hydroxyvitamin D₃ til biologisk aktiv 1,25 vit D, og stimulerer samtidig 24-hydroxylase,

enzymet der nedbryder 1,25 vit D. Således fungerer FGF23 som et vigtigt hormon til at nedregulere D-vita-minaktivitet [9]. I den distale tubulus har FGF23 direkte virkning som calciumkonserverende hormon, FGF23 øger forekomsten af den epiteliale calciumkanal TRPV5 på den apikale membran, og herved øges calciumreabsorptionen [8]. αKlotho er også udtrykt i glandula parathyroidea, hvor FGF23 hæmmer PTH-sekre-tion og biosyntese via ERK1/2-signalering [10]. Det nye knoglederiverede hormon FGF23 er således en essentiel del af det endokrine system, som regulerer calcium- og fosfathomøostasen, og klassiske regulatoriske feedbackloop findes mellem FGF23, PTH og 1,25 vit D (Figur 1) [2].

AlFAKLOTHO – EN FAKTOR ASSOCIERET MED

LANG LEVETID

αKlotho blev opdaget af Kuro-o et al ved et lykketræf i 1997 under arbejdet med en eksperimentel transgen hypertensionsmodel, som mislykkedes, men medførte tab af αKlothogenekspression i mus og en fænotype, der ligner accelereret human aldring. En hypomorf Klothomus har forkortet levetid, forkalkninger i blodkar, osteoporose, sarkopeni, organatrofi, hyperfosfatæmi og øget 1,25 vit D-niveau. Overekspression af αKlotho forlænger derimod levetiden væsentligt med omkring 30%. Genet blev navngivet efter den græske skæbnegudinde Klotho, som spinder livets tråd [11]. αKlothoprotein findes i to former, membran-αKlotho og cirkulerende αKlotho. Membranproteinet findes i nyrerne, glandula parathyroidea og plexus choroideus, hvor det fungerer som koreceptor for FGF23. Det spaltes af sekretaserne ADAM 10 og 17 og secerneres til blodet, cerebrospinalvæsken og urinen, og det cirkulerende αKlothoprotein har funktioner separat fra FGF23 og kan indvirke på flere signalveje, f.eks. transforming growth factor-β1-signalering, samt regulere aktivitet af flere ionkanaler og oxidativ stress [6, 12].

FORSTYRRELSE I FOSFAT, FIBROBLAST GROWTH FACTOR 23, ALFAKLOTHO OG KARDIOVASKULÆR SYGDOM VED NYREINSUFFICIENS

Forstyrrelsen i mineralhomøostasen begynder allerede ved let nedsat nyrefunktion med initial øgning af plasma-FGF23 (Figur 2), fald i nyrens αKlothoproduk-

tion, fald i plasma 1,25 vit D-niveau, udvikling af sekundær hyperparatyroidisme og fosfatretention [13, 14]. Denne forstyrrelse i mineralhomøostasen er associeret med udvikling af forkalkninger i blodkar, navnlig arterier, samt hjerteklapper, og hjerte-kar-sygdom er den primære dødsårsag for patienter med kronisk nyresygdom [15]. Karakteristisk for de vaskulære kalcifikationer ved uræmi er de svære kalkaflejringer i lamina media i karvæggen, Mönckebergs sklerose, også kendt fra diabetes og aldring (Figur 3) [16]. Udfældning af kalk i blodkar er en reguleret, cellemedieret proces. Både et uræmisk miljø og fosfat i sig selv kan inducere en ændring i den vaskulære glatmuskelcelles fænotype fra en kontraktil muskelcelle til en osteoblastlignende celle, der danner proteiner og ekstracellulær matrix, som er karakteristisk for knoglevæv, hvori kalk aflejres [16]. Fosfatretentionen ved uræmi spiller en central rolle i dannelsen af vaskulære forkalkninger. In vitro er et højt fosfatniveau i kulturmediet påvist at kunne inducere transformation af vaskulære glatmuskelceller til osteoblastlignende celler, en effekt, der er medieret af en øget aktivitet af Pit-1, en type III-natriumafhængig fosfatkotransporter [17].

Lamina media-forkalkninger fører til karstivhed, hypertension og venstre ventrikel-hypertrofi (VVH), hvilket hyppigt ses hos patienter med kronisk nyresygdom [15]. Epidemiologiske studier har vist, at selv lette øgninger i plasmafosfatniveauet øger risikoen for kardiovaskulære kalcifikationer. Således er selv en stigning inden for normalområdet i fosfatniveauet hos patienter med moderat nyreinsufficiens forbundet med både vaskulære forkalkninger og hjerteklapforkalkninger, helt uafhængigt af niveauet af både PTH og 1,25 vit D [18]. En tilsvarende relation mellem fosfat, endda i normalområdet, VVH, kardiovaskulære events og mortalitet er herudover fundet hos personer uden nyreinsufficiens [19, 20].

Epidemiologiske og eksperimentelle studier indikerer, at FGF23 er et potentielt uræmisk toksin. Plasma-koncentrationer af FGF23 stiger voldsomt i takt med progression af nyresygdom, hvilket skyldes nedsat renal nedbrydning af hormonet og flere andre faktorer i den uræmiske tilstand inklusive den sekundære hyperparatyroidisme, der stimulerer knoglens produktion af FGF23 [21, 22]. FGF23-niveauet er korreleret til progression af nyresygdom, udvikling af hjerte-kar-sygdom og mortalitet [2, 23]. Eksperimentelle studier har vist, at høje niveauer af FGF23 kan inducere off target-effekt ved at aktivere FGF-receptorer, specielt FGF-receptor 4, i væv, hvor αKlotho ikke er udtrykt, og derved kan stimulere produktion af inflammatoriske proteiner i leveren og inducere hypertrofi af kardiomyocytter [24, 25].

Flere eksperimentelle studier har vist en beskyttende effekt af αKlotho på skader på nyrer og blodkar [26, 27]. αKlothoproduktionen falder tidligt ved nyresygdom, og følgetilstandene af kronisk nyresygdom kan ses som accelererede aldringsprocesser [12]. Såle-des er uræmiske patienter præget af svære vaskulære kalcifikationer, muskelsvaghed, nedsat knoglemineralindhold, hudatrofi, progredierende renal fibrose og nedsat livslængde; disse forandringer er også beskrevet i fænotypen af hypomorf αKlothomus.

I dag anvendes der behandlinger mod to centrale komponenter i mineral- og knogleforstyrrelsen ved nyresygdom, hyperfosfatæmien og den sekundære hyperparatyroidisme. Behandlingen af den sekundære hyperparatyroidisme sænker frakturrisikoen, men patien-

terne har fortsat udtalt kardiovaskulær sygdom. Kon-centrationen af fosfat i plasma stiger sent i forløbet ved nedsat nyresygdom efter store ændringer i de regulatoriske hormoner, og på dette tidspunkt findes der allerede svære forkalkninger i blodkarrene hos de fleste patienter [15]. I et igangværende studie undersøger man, om påbegyndelse af behandling med sænkning af fosfatoptagelse ved tidligere stadier af nedsat nyrefunktion er gunstigt for patienterne med henblik på at sænke både fosfat- og FGF23-niveauet [28].

KONKLUSION

Patienter med nedsat nyrefunktion får tidligt i forløbet en forstyrrelse i deres mineral- og knoglehomøostase, som progredierer med tabet af nyrefunktion og fører til fosfatretention, sekundær hyperparatyroidisme med udtynding af knoglevæv og højere risiko for fraktur samt udvikling af forkalkninger i bløddele og blodkar. Forståelsen af patogenese og mekanismer ved forstyrrelser i mineralhomøostasen ved uræmi er markant ekspanderet i de senere år med opdagelsen af de nye hormoner FGF23 og αKlotho. I dag er behandlingerne rettet mod at sænke niveauerne af plasmafosfat og PTH. Kliniske studier er nødvendige for at klarlægge, om sænkning af FGF23-niveauet, blokade af FGF-receptor 4 og administration af αKlotho vil bedre prognose og overlevelse for patienter med nedsat nyrefunktion.

Korrespondance: Maria Lerche Mace.

E-mail: m.lerche.mace@gmail.com

Antaget: 31. januar 2018

Publiceret på Ugeskriftet.dk: 21. maj 2018

Interessekonflikter: ingen.