Синдроми Барттера та інші солеві втрати тубулопатій

Роберт Клета, доктор медицини, доктор філософії, FASN

SHBG, MGB, NHGRI, NIH, корпус 10, кімната 10C103C, MSC 1851

10 Центральний диск

Бетесда, MD 20892 (США)

Тел. +13014451797, факс +1301402 7290, електронна пошта [email protected]

Статті, пов’язані з "

Facebook
Twitter
LinkedIn
Електронна пошта

Анотація

Генетичні дослідження рідкісних вроджених помилок при роботі ниркових канальців натрієм у людини принесли багато цікавих, часом дивовижних уявлень про те, як ми можемо підтримувати гомеостаз електролітів і рідин нашого тіла. Клонування та ідентифікація транспортуючих натрій генів та білків NHE3, NKCC2, ROMK, CLCNKB, NCC та EnaC значно покращили наше розуміння поводження з нирковою сіллю. Згодом дослідження генно-інженерних тварин дали ще більше розуміння складної ниркової фізіології. Нещодавнє відкриття кіназ WNK як регуляторів та інтеграторів конкретних шляхів транспорту нирок допомогло це з’ясувати далі і дозволило нам почати оцінювати всю складність обробки ниркового натрію. Ми узагальнюємо останні результати у цій галузі в контексті захворювань людини та патофізіологічну основу для їх лікування.

Фізіологія обробки ниркової солі

Збереження гомеостазу електролітів і, отже, водного балансу є життєво важливим для нашого функціонування. Не можна думати про жодну ідею, жоден м’яз не рухається без належного балансу солей у нашому тілі. За підтримку цього життєво важливого «середовища середовища» відповідає головним чином нирки. Первинна сеча утворюється клубочковим фільтратом. Через їх невеликий розмір солі потрапляють через клубочковий фільтр і, отже, їх потрібно реабсорбувати в ниркових канальцях. Кількість, яка підлягає реабсорбції, досить вражаюча: припускаючи швидкість клубочкової фільтрації 100 мл/хв і концентрацію натрію в сироватці 140 ммоль/л, людина в середньому фільтрує близько 20 моль/л натрію на день, що еквівалентно кількості в 1,2 кг кухонної солі. За фізіологічних умов канальці нирок здатні реабсорбувати 99% фільтрованого натрію та води. Без витонченої здатності нирок зберігати сіль (і воду) життя людини не існувало б. Це величезне завдання досягається поєднанням різних і послідовно орієнтованих транспортних систем натрію або натрію, пов'язаних уздовж нефрона, та узгодженої та паралельної дії деяких із цих систем у нирках. Активна реабсорбція натрію створює рушійну силу для пасивної реабсорбції води.

Генетичні або набуті дефекти в будь-якій із цих транспортних систем, які є досить специфічними та унікальними для окремих сегментів нефрону, призводять до чітких нефропатій, що втрачають сіль (рис. 1). Незалежно, позаниркова захворюваність при нефропатіях, що втрачають солі, може бути спричинена або нездатністю реабсорбувати інші іони або сполуки, що мають біологічне значення (наприклад, фосфат при нирковому синдромі Фанконі, що призводить до рахіту), або спільним використанням білків-транспортерів у різних системах органів (наприклад, дефект субодиниці хлоридного каналу при синдромі Барттера IV типу, що призводить до глухоти).

Рис. 1

Реабсорбція натрію та води вздовж нефрона. Вибивання характерних білків, зокрема сегментів нефрону, призводить до відмітних захворювань у людини, як зазначено.

Тут ми розглянемо різні генетичні порушення нирок, що впливають на реабсорбцію солі (хлориду натрію), та опишемо те, що нещодавно про них дізналися.

Проксимальна трубочка

Фізіологія та патофізіологія: синдроми ниркових фанконі

Проксимальний канальчик (ПТ) - це частина нефрона, де відбувається найрізноманітніша дія щодо реабсорбції (а також секреції) (рис. 2). Отже, повна невдача має різні наслідки, серед яких аміноацидурія, фосфатурія, глюкозурія, проксимальний канальцевий ацидоз, протеїнурія та поліурія. Клінічне значення є найбільш помітним для фосфатурії, яка призводить до порушень росту в ранньому дитинстві та остеомаляції у дорослих. Основна маса натрію в нирках, а також у проксимальних канальцях реабсорбується за допомогою NHE3, електронейтральний протонообмінник натрію.

Рис.2

Спрощена схема проксимальної трубчастої (ПТ) клітини. Реабсорбція натрію в ПТ в основному здійснюється за допомогою NHE3, який електронейтрально обмінює натрій на протони. Інші сполучені натрієм транспортери використовують хімічний та електричний градієнт натрію для реабсорбції молекул (X означає, наприклад, глюкозу, амінокислоти, фосфат).

Генетичні причини первинних та ізольованих ниркових синдромів Фанконі ще не визначені, і, як наслідок, навіть сьогодні наші знання про фізіологію ПТ дещо обмежені. Цікаво, що існують дві різні форми первинного аутосомно-домінантного синдрому Фанконі, одна з яких і без подальшої клубочкової ниркової недостатності у дорослому віці [1, 2]. Найчастіше нирковий синдром Фанконі виникає вторинно після цистинозу, лізосомного порушення зберігання цистину. Отже, у будь-якої дитини, яка має ознаки або симптоми синдрому Фанконі, цистиноз має бути біохімічно виключений. Частково або повномасштабні синдроми Фанконі можуть виникати разом з кількома іншими генетичними порушеннями, наприклад галактоземія, тирозинемія I типу, непереносимість фруктози, хвороба Вільсона, синдром Фанконі-Бікеля, синдром Лоу, хвороба Дента, ARC-синдром, певний запас глікогену та деякі мітохондріальні розлади. Загалом, ознаки основного розладу домінують у клінічній картині і можуть поставити діагноз. На відміну від цього, цистиноз спочатку проявляється лише з нирковим синдромом Фанконі.

Синдроми Фанконі також можуть виникати через певні інтоксикації або як побічні ефекти медикаментозного лікування, наприклад кадмій, свинець, ртуть, уран, нюх клею, іфосфамід, вальпроат, гентаміцин, фумарова кислота, L-лізин, сурамін та застарілі тетрацикліни. Це також можна спостерігати при диспротеїнеміях, напр. множинна мієлома.

Лікування

Спеціального лікування жодного із ниркових синдромів Фанконі не існує. Надмірну втрату сечі потрібно замінювати перорально, щоб компенсувати дефіцит рідини, бікарбонату та фосфату. Вторинні форми можуть отримати користь від специфічного лікування основної причини, наприклад при цистинозі лікування цистеаміном. Деякі ниркові синдроми Фанконі можна ліквідувати шляхом достатнього лікування основного метаболічного дефекту, наприклад галактоземія або тирозинемія типу I. Видалення наркотичних речовин, що викликають порушення, також може призвести до зміни цієї конкретної форми канальцевої нефротоксичності.

Товста висхідна кінцівка

Фізіологія та патофізіологія: синдроми Барттера

Товста висхідна кінцівка (TAL) є основною частиною механізму концентрації сечі нефрону завдяки своїй водонепроникності та унікальним здатностям до реабсорбції хлориду натрію. Невдачі тут неминуче призводять до значної поліурії з усіма наслідками, особливо в грудному віці і навіть внутрішньоутробно (багатоводдя). Котранспортер Na-2Cl-K, чутливий до електронейтрального буметаніду (BSC) (NKCC2), кодується SLC12A1, за допомогою кількох інших білків є ключовим елементом для активного транспорту трансепітеліальної солі в цьому сегменті нефрону (рис. 3).

Рис.3

Спрощена схема товстої клітини висхідної кінцівки (TAL). Натрій реабсорбується електронейтрально через NKCC2 (дефект по типу Барттера I) разом з одним іонами калію та двома хлоридами. Транспортер може функціонувати лише з усіма 4 зв’язаними іонами, і завдяки своїй промінній концентрації зв’язування калію стає етапом обмеження швидкості. Отже, калій переробляється через калієвий канал ROMK1 (дефект у барттерівському типі II), щоб забезпечити достатню просвітність калію. Це також призводить до відносного перевищення позитивних зарядів у просвіті труб, забезпечуючи рушійну силу для внутрішньоклітинного поглинання кальцію та магнію. Потім натрій може вийти з клітини на базолатералі (з боку крові) через NaK-ATPase, тоді як хлорид виходить через хлоридні канали CLCNKB (дефект типу Барттера 3) і CLCNKA; для обох необхідний Барттін (дефект типу Барттера 4) для належної локалізації мембрани. WNK3 та базолатеральний позаклітинний датчик кальцію регулюють активність NKCC2. NKCC2 може інгібуватися фуросемідом.

Рис.4

Спрощена схема клітини дистального звивистого канальця (DCT). Натрій реабсорбується електронейтрально через хлоридно-натрієвий котранспортер (NCC), а потім може виходити в бік крові через Na-K-ATP-азу, тоді як хлорид може проходити через базолатеральний хлоридний канал CLCKNB. WNK1, WNK4 та WNK3 регулюють діяльність NCC. NCC може інгібуватися тіазидами.

Лікування

Дистальна звивиста трубочка

Фізіологія та патофізіологія: синдром Гітельмана (GS)

Дистальний звивистий канальчик (DCT) впливає на реабсорбцію кількох іонів, найголовніше натрію, кальцію та магнію. Реабсорбція натрію в DCT здійснюється за допомогою чутливого до тіазидів (TSC) котранспортера NaCl (NCC), кодованого SLC12A3 (рис. 4). Нещодавно було показано, що цей транспортер регулюється через каскад двох серинових треонінкіназ, WNK-кіназ WNK1 та WNK4 [9,10,11]. WNK4 інгібує транспортер, а сам інгібується WNK1. Отже, мутації посилення функції WNK1 та мутації втрати функції WNK4 призводять до надмірної НКС-опосередкованої реабсорбції солі з клінічною картиною псевдогіпоальдостеронізму 2 типу (сімейна гіперкаліємічна гіпертензія (FHH), синдром Гордона). Ці пацієнти страждають на гіпертонію, пов’язану з гіперкаліємією та метаболічним ацидозом.

Цікаво, що в той час як WNK1 знаходиться в цитоплазмі, WNK4 локалізується в вузьких місцях з’єднання і, як було показано, також регулює парацелюлярний хлоридний потік і калієвий канал ROMK1 в збірній протоці. Отже, виявляється, що ці білки WNK інтегрують різні транспортні шляхи епітелію для підтримки обсягу та електролітного гомеостазу. Крім того, було показано, що WNK3, переважно експресований у міжклітинних з'єднаннях, регулює активність NCC, змінюючи експресію на плазматичній мембрані [6].

Порушення реабсорбції солі в ДКТ веде до клінічної картини ГС. У пацієнтів з ГС знижена реабсорбція солі в ДКТ, спричинена мутаціями в SLC12A3 а їх клінічні симптоми та лабораторні результати найкраще порівнювати з хронічними ефектами тіазидних діуретиків [3]. Як правило, у них низький нормальний артеріальний тиск та вторинний гіперальдостеронізм із гіпокаліємічним метаболічним алкалозом. Крім того, характерно, що вони мають діагностичну гіпокальціурію та гіпермагнезіурію з подальшим низьким рівнем магнію в сироватці крові. Цікаво, що щільність кісткової тканини у цих пацієнтів збільшується з віком, і можуть з’являтися кальцифікати в сітківці та хрящі. На відміну від пацієнтів із синдромами Барттера, пацієнтам із ГС, як правило, діагностують у пізньому дитинстві або зрілому віці такі проблеми, як слабкість, тетанія або судоми. В інших випадках симптоми можуть бути слабшими, і діагноз ставиться лише на основі планового дослідження крові у безсимптомного пацієнта.

Гіпокальціурія та гіпермагнезіурія є класичними ознаками ГС, і їх зв'язок із пригніченням реабсорбції солі в ДКТ вже давно визнаний. Насправді його застосовують терапевтично у деяких хворих на ниркові камені, щоб мінімізувати виведення кальцію з сечею. Однак механізм, який лежить в основі цього спостереження, був незрозумілим. Останнім часом пролилося трохи світла на це явище. Шляхом елегантних досліджень із використанням мишачих моделей нокауту було показано, що зменшення екскреції кальцію відбувається не через посилену дистальну, а швидше проксимальну реабсорбцію кальцію, де потік кальцію паралельний реабсорбції натрію [12]. Таким чином, гіпокальціурія є опосередкованим ефектом виснаження обсягу, опосередкованого NCC. На жаль, молекулярний шлях парацелюлярного транспорту кальцію в ПТ ще не визначений, і тому залишається показати, що гальмування цього шляху справді скасує гіпокальціуричний ефект інгібування NCC.

Спостережувана гіпермагнезіурія ще недостатньо вивчена. Дослідження мишей, що нокаутували NCC, та мишей, які отримували тіазиди, показали знижену експресію епітеліального магнієвого каналу TRPM6[12]. Цей канал опосередковує вхід магнію з просвіту трубки в клітину DCT. Однак механізм зниження регулювання TRPM6 невідомо.

Лікування

Незважаючи на молекулярну ідентифікацію дефекту при ГС, специфічна терапія недоступна, і тому лікування в основному є симптоматичним. У багатьох пацієнтів не спостерігається ознак або симптомів. Пацієнтам рекомендується дотримуватися дієти з високим вмістом солі, але насправді, як правило, вони прагнуть солі. Зазвичай необхідні добавки калію та магнію. Хворим на ГС не слід лікувати фуросемідом, оскільки це може спричинити медикаментозний нокаут TAL разом із генетичним нокаутом DCT.

Кортикальний збірний проток

Фізіологія та патофізіологія: псевдогіпоальдостеронізм I типу (PHA-1) та вроджена гіперплазія надниркових залоз (CAH)

Рис.5

Спрощена схема основної клітини кортикального збірного протоку (ПЗС). Реабсорбція натрію відбувається електрогенно через ENaC та NaK-ATPase. Активність цих білків може прямо і опосередковано модулюватися SGK1, Nedd4-2, MRCR та VPR. ENaC може інгібуватися амілоридом.

Мутації в мінералокортикоїдних рецепторах (MRCR) успадковуються автосомно-домінантно, і пацієнти, що страждають, виявляють, як правило, більш слабкі симптоми. І навпаки, мутації субодиниць ENaC успадковуються аутосомно-рецесивно, і пацієнти страждають сильніше. Через експресію ENaC у кількох тканинах вони також виявляють помітно підвищений вміст солі в поті та слині та мають ректальний транспорт натрію. Отже, їх симптоми можуть збігатися з муковісцидозом.

Натрій реабсорбується в каналі збору через ENaC, експресуючись на головних клітинах. Експресія ENaC знаходиться під контролем мінералокортикоїдів через MRCR, а також через вазопресин через рецептор вазопресину (VPR) і подальше вироблення циклічного AMP (cAMP). Останні дані свідчать про важливу роль сироватки та індукованої глюкокортикоїдами кінази (SGK1) у регуляції ENaC-опосередкованого потоку натрію [15]. Альдостерон збільшує транскрипцію генів, що кодують SGK1, а також субодиниць ENaC. Дійсно, миші з гомозиготною делецією гена SGK1 мають порушену здатність утримувати натрій при дієті з обмеженим вмістом натрію [16]. ENaC в основному регулюється через торгівлю каналом. Усі субодиниці ENaC демонструють амінокислотний мотив у своєму С-кінцевому кінці, званий PY-мотив, слугуючи сайтом зв'язування для білка Nedd4-2, який націлений на ENaC для деградації. При клінічному розладі синдрому Лідла цей мотив PY порушується, що перешкоджає отриманню ENaC з плазматичної мембрани і, отже, призводить до неконтрольованої надмірної реабсорбції натрію та гіпертонії. Отже, Nedd4-2 є точкою збіжності для регуляції ENaC: як альдостерон, так і вазопресин індукують фосфорилювання Nedd4-2, блокуючи його зв'язування з ENaC.

Реабсорбція натрію в ПЗС створює рушійну силу для виведення калію та протонів, пояснюючи гіперкаліємічний метаболічний ацидоз, який спостерігається у постраждалих пацієнтів.

Лікування

Варіанти CAH, що втрачають соль, зумовлені нездатністю надниркових залоз виробляти достатню кількість мінералокортикоїдів. Лікування САГ спочатку полягає головним чином у замісній терапії альдостероном та глюкокортикоїдами.

Лікування PHA-1 знову є симптоматичним: пацієнти приймають сольові добавки і зазвичай мають дієту з обмеженим вмістом калію. При інтеркурентних захворюваннях, особливо блювоті або діареї, їм часто потрібна госпіталізація та внутрішньовенні заміни солей і рідини. Як і майже при всіх розладах, що погіршують реабсорбцію натрію в нирках, симптоми найважчі протягом перших 1-2 років життя та покращуються з віком. Причини цього поліпшення не ясні, але можуть включати кращу здатність регулювати споживання солі (апетит до солі) або дозрівання або посилене вираження компенсаторних механізмів реабсорбції канальцевої солі. Безумовно, зростання сприяє менш критичній таблиці водного балансу 1.

Таблиця 1

Генетика первинної ниркової солі (NaCl), що втрачає нефропатії, та їх типові клінічні характеристики

Таким чином, вивчення спадкових станів, що впливають на електролітні аномалії та артеріальний тиск, дало величезне розуміння фізіології нирок і міцно встановило центральну роль нирок у регуляції артеріального тиску та об'ємного гомеостазу. Наші знання були вдосконалені шляхом вивчення генетично маніпульованих тварин. Тим не менше, ще багато чому потрібно вчитися. Щоб навести кілька прикладів: (1) Молекулярний шлях для парацелюлярного потоку кальцію в ПТ, наприклад, ще не визначений. (2) У багатьох пацієнтів з клінічною картиною синдромів Барттера немає очевидної мутації чотирьох відомих генів, пов'язаних з цим станом, що свідчить про те, що існує більше шляхів або опосередковувати, або регулювати реабсорбцію натрію в TAL. (3) Інший локус для PHA-2 був описаний на хромосомі 1, вказуючи на інший шлях, що впливає на реабсорбцію натрію в DCT, проте ген поки що уникав ідентифікації. Це лише декілька вибраних прикладів. Насправді, чим більше ми дізнаємось, тим більше стає очевидним, скільки ще невідомо про хитромудру організацію та регуляцію функції ниркових канальців.

Більше того, найголовніша обіцянка молекулярної медицини, розробка специфічних методів лікування, спрямованих саме на основний дефект, ще не уникнула нас при розладах порушеного ниркового транспорту натрію. У той час як пацієнтів з надмірною реабсорбцією натрію можна лікувати шляхом специфічної блокади їх відповідних шляхів, використовуючи, наприклад, тіазиди в PHA-2 або амілорид при синдромі Ліддла, специфічної терапії відповідних розладів втрати функції немає. Однак із збільшенням знань про точний ефект конкретних мутацій на горизонті може бути срібна підкладка. Зараз ми розуміємо, що дана мутація може не впливати безпосередньо на функцію закодованої молекули, але порушувати її належне згортання та обіг. При деяких порушеннях транспорту епітелію, таких як нефрогенний нецукровий діабет, були виявлені молекулярні шаперони, які можуть викликати належне згортання у вибраних мутаціях і, таким чином, врятувати торгівлю мембраною [17]. Будемо сподіватися, що подібний прогрес може бути досягнутий у порушеннях, що впливають на нирковий транспорт натрію, і в кінцевому підсумку призведе до поліпшення лікування хворих.

Подяки

Це дослідження було частково підтримано Програмою внутрішньошкільних досліджень Національного науково-дослідного інституту геному людини, Національного інституту охорони здоров’я.