sistema fgf23 –klotho y metabolismo mineral...
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Sistema FGF23 – KLOTHO y metabolismo mineral Nuevos conceptos en la regulación del P
Maestría en Osteología y Metabolismo Mineral2013
Elisa del Valle
Regulación homeostasis del P
Fósforo es esencial en diferentes procesos biológicos
Metabolismoenergético celular
Síntesis ácidos nucleicos
Señalizacióncelular
Mineralizaciónósea
Mantener el balance de P es importante
Actividades estructurales y funcionales de hueso
Alteraciones en sus niveles circulantes Alteraciones en sus niveles circulantes estestánán asociados asociados con efectos patológicoscon efectos patológicos
Actividades estructurales y funcionales de hueso
Esencial para una normal función celular y sobrevida
Hipofosfatemia Raquitismo/osteomalacia
Hiperfosfatemia En ERC - favorece el desarrollo de HPTS - ↑ el riesgo de mortalidad cardiovascular
85% of the body pool of P is located in bones / teeth
14% is located within the cells
1% is present in the extracellular fluids
HOMEOSTASIS DEL P
60%-80%
Renal handling of P regulates
P excretion to maintain a neutral balance
PTH, FGF23 Vitamin D are modulators of
P handling at the proximal tubule level
80%-95%is reabsorbed
in the Prox tub
via NaPi-2a
ROL DEL RIÑON EN LA HOMEOSTASIS DEL P
El riñón cumple un rol clave en el balance de P El transporte inapropiado de P puede- alterar su concentación sérica - mineralización ósea - aumentar el riesgo de LR - calcifición de tejidos blandos El P filtra por el glomérulo y es reabsorbido casi exclusivamenteen el TCP - La reabsorción es regulada por hormonas y determina los niveles de Psérico
Transporte renal de fosfato en TCP está mediada Transporte renal de fosfato en TCP está mediada principalmente por 2 cotransportadores tipo II Na-P : Napi-2a y NaPi-2c Napi- 2a es comúnmente expresado en la membrana apical ,predominando en S1 y disminuyendo gradualmente hacia el S3 y es responsable de la mayor parte de la reabsorción PNaPi-2c se encuentra solamente en S1 y S2Tanto NaPi-2a-2c transportan iones divalentes de Ppero con estequiometrías diferentes. 3 iones Na + son transportados junto con 1 ión HPO 4 2 - por NaPi-2a,mientras que NaPi-2c muestra una 2Na + / HPO 4 2 -.Por lo tanto, el transporte por NaPi-2a es electrógeno yel transporte por NaPi-2c es electroneutro
Sistema FGF23 – KLOTHO y metabolismo mineral
Factor de Crecimiento Fibroblástico 23Factor de Crecimiento Fibroblástico 23
FGF23/Klotho y eje hueso-riñon-PT
Forman parte de los sistemas biológicos recientemente identificados que relacionan el hueso con la función de otros órganos a través de un sistema endocrino integrado por PTH /sistema vitamina D y que desempeña un papel
igualmente importante en la salud y la enfermedad
FGF 23
� Hormona sintetizada en el hueso (osteoblastos/osteocitos), identifica al hueso, no sólo como el principal reservorio de Ca y P, sino como un órgano endocrino que se comunica con otros órganos implicados enhomeostasis mineral
� Fosfatonina (induce fosfaturia) inhibe el transporte de P en TCP
� Controla los niveles de 1,25 D3
Regulador de la homeostasis del P y 1,25 (OH)2 D3
Miembro de la familia de factores de crecimiento fibroblástico
3
� Se encuentra aumentado en desórdenes hereditarios hipofosfatémicosy en la osteomalacía inducida por tumores. Fue identificado originalmente como gen mutado en el ADHR
Dominio característico de FGF
1 25 176-179 252
Sitio de clivaje
N terminal C Terminal
RXXR
FGF 23 Estímulos para su secreción
1,25(OH)2 D
Factor de Crecimiento Fibroblástico 23
↑↑↑↑ P
1,25(OH)2 D
PTH
Calcio
Estrógenos ??
Inhibe síntesis PTH
-FGF 23
1,25(OH)2D↑ P
Regulación y acción de FGF 23
+
NaPi 2a y Napi2c
↑Excreción de P
-
1 α hidroxilasa 24 hidroxilasa
- +
↓1,25 dihidroxivitamian D
Inhibe síntesis PTH
Mantiene niveles normales de P en sangre
↓Absorciónintestinal P
Klotho: Factor indispensable para la señalización del FGF23
Cheng C et al Adv C Kidney Dise, 18: 91-97,2011
KLOTHOKLOTHO Klo
tho
FG
FR
FGF23
FRS
ERK
Proteína transmembrana que se expresa en tub renales,PT y plexo coroideo
Se une a múltiples receptores de FGF aumentando la afinidad al FGF23
Funciona como cofactor obligado de FGF 23 y la expresión de Klotho
en un tejido determina si ese tejido es órgano target de FGF 23
ERK
Inhibición de la expresión del gen de PTH por FGF 23 in vivo e in vitro en cultivo de células PT de ratas
Ben-Dov I,JCI 2007;117:4003
MAPK
pathway
El eje hueso-riñón-intestino-paratiroides mediado por FGF23 y Klotho
InhibitsInhibits ParathiroidParathiroidfunctionfunctionfunctionfunction
Kuro o M Nephrol Dial Transplant 2009, 24: 1705-08
Si se inhibe FGF23 o Klotho no hay feed back neg y ↑ P y Vit D
Efecto de PTH sobre niveles circulantes y RNAm FGF23
Lavi-Moshayof Am J Physiol Renal Physiol 299: F882–F889, 2010.
Administración continua de PTH
a ratas con FR normal
↑FGF23 niveles séricos y
↑FGF23 mRNA vs vehículo
*P 0.05*P 0.05
Lopez et al KI 80:75–482, 2011
FGF23 en ratas sham y ratas PTX,
No suplementadas con PTH (PTX0),
Suplementadas con una dosis fisiológica
de PTH (PTX1), o una dosis
suprafisiológicas de PTH(PTX 3)
Regulación homeostasis del P
Antes
Disregulación del sistema FGF23–Klotho puede inducir disbalance de P
Ahora
John, Cheng, and Kuro-o AJKD, 58:127-34,2011
Mecanismos que regulan la homeostasis del fosfato
↑P
EL balance entre absorción intestinal, movilización ósea y excreción renal de Pdeterminan sus niveles circulantes
Hay sugerencias que debería existir un sensor de fosfato intestinal que alerta a uno de estos órganos (riñón), o probablemente a más de uno (línea punteada), en caso de sobrecarga o deficiencia de fosfato
↓P
Ureña Torres & De Brauwere D Kidney International 2011,80: 443 – 445
- Regular Homeostasis del P
- Proporcionar una hormona contrarreguladora para proteger el organismo
Eje FGF23 hueso / riñón/ PT
funciones fisiológicas
- Proporcionar una hormona contrarreguladora para proteger el organismo de los efectos adversos de la exposición excesiva de vitamina D. FGF23 suprime la síntesis de 1,25 (OH) 2D y aumenta su catabolismo
- Regular función paratiroidea
Quarles D et al Physiol Rev. 2012; 92(1): 131–155
Niveles de FGF 23 en salud, diferentes estadios de ERC y en desórdenes hipofosfatémicos hereditarios
Por qué niveles tán altos???
> 1000 veces el valor normal
Probablemente debido a una combinación de ↑en la producción ósea de FGF233 y ↓ de la degradación, pero el Cl renal o diálisis no parece contribuir significativamentea los niveles circulantes de FGF23. Los mecanismos de cómo FGF23 se elimina de la circulación y dónde y cómo se degrada siguen siendo desconocidos
Myles Wolf ,KI 2012
Sistema FGF23 – KLOTHO y metabolismo mineral
KLOTHO – FUNCIONES
KLOTHO – P Y ENVEJECIMIENTO
GEN KLOTHOGEN KLOTHO
◊ Fue identificado como un gen mutado en el ratón klotho en 1997 por Kuro-o
◊ Gen Klotho funciona como un gen supresor de envejecimiento
◊ En ratones cuando está sobreexpresado aumenta la sobrevida
◊ Su supresión acelera el envejecimiento
◊ Estaría implicado en la regulación de los procesos de envejecimiento en los humanos, pudiendo tener una actividad antienvejecimiento
Ratones Klotho-/-
• Corta vida• Retardo de crecimiento • Hipogonadismo• Atrofia de piel y músculos
Ratones FGF 23-/-
• Corta vida• Retardo de crecimiento • Hipogonadismo• Atrofia de piel y músculos
Fenotipo de ratones Klotho-/- y FGF 23-/-
• Atrofia de piel y músculos• Enfisema pulmonar• Hipoglucemia• Arteriosclerosis • Osteoporosis• Calcificación de tejidos blandos• Hiperfosfatemia• Hipervitaminosis D• Hipercalcemia
• Atrofia de piel y músculos• Enfisema pulmonar• Hipoglucemia• Arteriosclerosis • Osteoporosis• Calcificación de tejidos blandos• Hiperfosfatemia• Hipervitaminosis D• Hipercalcemia
KLOTHOKLOTHO Klo
tho
FG
FR
FGF23
FRS
ERK
Proteína transmembrana que se expresa en tub renales,PT y plexo coroideo
Se une a múltiples receptores de FGF aumentando la afinidad al FGF23
Funciona como cofactor obligado de FGF 23 y la expresión de Klotho
en un tejido determina si ese tejido es órgano target de FGF 23
ERK
GEN KLOTHOGEN KLOTHO
El dominio extracelular de la proteína KLOTHO es secretado y funcionaEl dominio extracelular de la proteína KLOTHO es secretado y funcionacomo factor humoral y regula como factor humoral y regula múltiples canales iónicos y receptores de múltiples canales iónicos y receptores de factores de crecimiento factores de crecimiento Proteína Klotho también protege a las células y los tejidos del estrés oxidativo,Proteína Klotho también protege a las células y los tejidos del estrés oxidativo,el mecanismo exacto no está determinadoel mecanismo exacto no está determinadoConocer la función de la proteína Klotho proporcionará nuevos conocimientos Conocer la función de la proteína Klotho proporcionará nuevos conocimientos sobre las bases moleculares del envejecimiento, metabolismo P y vitamina Dsobre las bases moleculares del envejecimiento, metabolismo P y vitamina D
Estructura Klotho humano
10141014
Klotho proteína extracelular
El dominio extracelular que consiste enKL1 y KL2 es escindido por metaloproteinasas y liberados a la sangre, orina o líquido cefalorraquídeo
Proteína Klotho: membrana y secretada
Con la regulación de canales iónicos
Funciones
Con la regulación de canales iónicos
Función vascular
Metabolismo P-Ca
Klotho secretado se relaciona
Funciones proteína Klotho membrana
John, Cheng, and Kuro-o AJKD, 58:127-34,2011
El absoluto requerimiento de Klotho para la señalización del FGF23explica porque presentan el mismo fenotipo cuando están deficientes
Funciones proteína Klotho secretado
Klotho secretado actúa como un factor paracrino y hormona
Acción paracrinaKlotho secretado en los túbulos renales regula el canal de Ca → TRPV5 y el canal de K → ROMK desde el lado luminal.Conserva el calcio sérico y reduce calciuria . K ↑ su excreciónEjerce efecto fosfatúrico, inactiva NaPi2a en TCP independiente de FGF-23
Como hormona, Klotho se libera a la circulación y regula la señalización intracelular de la insulina y factores de crecimiento como insulin/IGF-1
También protege a las células y los tejidos del estrés oxidativo, el mecanismo exacto no está determinado
John, Cheng, and Kuro-o AJKD, 58:127-34,2011
Endotelio
Luz
KLOTHO y función vascular
Confiere actividad antiapoptóticaa las células endoteliales
Regula liberación de ON
Endotelio
Media
Protege contra el Stress Oxidativo
Necesario para adecuadaAngiogenésis y vasculogénesis
KLOTHO
Nagai T et al FASEB J 17:50–52,2003
Ikushima M,et al Biochem Biophys Res Commun 339:827–832, 2005
Shimada Tet al Circulation 110:1148–1155,2004
Probables mecanismos por los cuales KLOTHO protege la vasculatura en ERC
Pit1
PNa
En KLOTHO -/-↑ Pit1 y 2↑ Cbfα1/Runx2
FAL
GenesCel musc Liso
Pi
Pit1
VesículasDe Matrix
Proteínas binding Ca
Colágeno
Klotho bloquea la diferenciación delas cel musc lisas inducida por el P
Hu M et al J Am Soc Nephrol 22: 124–136, 2011.
Cb fa1/Runx2
El efecto de Klotho de prolongar la vida es, al menos en parte, relacionada con su capacidad para promover la excreción renal de P y mantener un balance bajo de P. De esta manera protege contra la calcificación vascular y envejecimiento celular
Posible relación entre el efecto de Posible relación entre el efecto de KlothoKlotho en el metabolismo Pen el metabolismo P--Ca y susCa y susbeneficios en la salud vascular y óseabeneficios en la salud vascular y ósea
Klotho secretado estimula TRPV5 y la reabsorción de Ca, esto promueve balancepositivo de Ca y previene el efecto de un bajo balance de fosfato en los huesos(ausente en FGF23) permitiendo los efectos beneficiosos del balance bajo de P en los procesos de envejecimiento
Huang C Kidney International 2010, 77: 855–860
Estudios histomorfométricos mostraron que los ratones con deficit de Klotho
J. Clin. Invest. 104:229–237 1999
Presentaron
Osteopenia con bajo recambio óseo
↓ Osteoblastogénesis y osteoclatogénesis
KLOTHO – P Y ENVEJECIMIENTO
Evidencia genética de la toxicidad del P
Defectos en FGF23 y/o Klotho
PCa Vitamina D
AUMENTA
Esto implica que
P, Ca y vitamina D pueden ser tóxicos cuando son retenidos y aceleran envejecimiento
Kuro-o M Mech Ageing Dev. 2010 , 131: 270–275
Asociado a síndrome de envejecimiento prematuro
Evidencia genética de la toxicidad del P
Intervenciones para Rescate de los fenotipos de ratones Klotho-/- y FGF 23-/-
Ablación de la actividadde vitaminaD
Rescata hipercalcemia, hiperfosfatemia yel síndrome de envejecimiento prematuro
Dieta baja en P
de vitaminaD el síndrome de envejecimiento prematuro
Pero sólo la dieta baja en P rescató el fenotipo deficiente de FGF23 a pesar quepersistieron elevados los niveles de Ca y vitamina D
Sugiriendo que el P es primariamente el responsable por el fenotipo de envejecimiento
Kuro-o M Mech Ageing Dev. 2010 , 131: 270–275
Un ↑ en el ingreso de P a la célula
- ↑el potencial de membrana mitocondrial
- ↑ estrés oxidativo celular
Ambos están asociados con el envejecimiento celular
P y envejecimiento
Evita retención de P
Inactiva el cotransporte NaPi-3 que interviene en la captación de Pen tejido periférico
Klotho
Huang C KI, 77: 855–860, 2010
Deficiencia de Klotho acelera envejecimiento por la retención de P
Sobre expresión de Klotho suprime envejecimiento por contrarrestar retención de P
RESUMEN
El sistema FGF23/Klotho es esencial para la homeostasis del P
Su deficiencia causa retención de P y acelera el envejecimiento
Adecuada restricción de P puede retrasar el envejecimiento
El aumento de FGF23 como la disminución de Klotho intervienen enEl aumento de FGF23 como la disminución de Klotho intervienen enetapas tempranas en la patogénesis del HPT secundario de la ERC
La ERC es probablemente un estado de envejecimiento acelerado asociadoa deficiencia de Klotho y retención de P
A través de su acción sistémica y renal, Klotho está surgiendo comouna importante hormona reguladora del calcio y fósforo
Niveles de fósforo vinculados con riesgo vascular en ERC y población general
Expectativa de vida en pacientesen diálisis (USA)
Edad
Años
Infecciones22%
CancerACV
Otras22 %
Causas de mortalidad en diálisis
> 40% mueren por Enfermedad Cardiovascular
Cancer6%
Muerte súbita26%
ACV 6%
Insuf cardíaca7%
Enf coronaria11%
Ritz E & Wanner C JASN 19: 1065–1070, 2008
1
10
100
GP Male
GP Female
Ann
ual C
VD
Mor
talit
y (%
)
Mortalidad Cardiovascular de los pacientes en diálisis vs población general
Foley RN, et al. Am J Kidney Dis. 1998;32:S112-S119.
GP: General Population.
0.001
0.01
0.1
25-34 35-44 45-54 55-64 66-74 75-84 >85
GP Female
GP Black
GP White
Dialysis Male
Dialysis Female
Dialysis Black
Dialysis White
Age (years)
Ann
ual C
VD
Mor
talit
y (%
)
FactoresFactores de de RiesgoRiesgo Cardiovascular Cardiovascular
TRADICIONALES
EdadHTA, DBT,
HiperlipidemiaTabaquismo
NO TRADICIONALES
InflamaciónHPT2
HiperfosfatemiaHipercalcemia
NO TRADICIONALES
HPT2HiperfosfatemiaHipercalcemia
Deficit 25OH VitDTabaquismoSedentarismo
HipercalcemiaDeficit 25OH VitD↑Stress oxidativo
MalnutriciónTiempo en diálisisLipoperoxidación
disfunción endotelial
Deficit 25OH VitD
Riesgo de mortalidad para pacientes en Diálisis con diferentes niveles de Fósforo (DOPPS)
25588 pacientes de 12 países
Menor mortalidad CV para P 3,6 a 5 mg/dl
American Journal of Kidney Diseases, 52:519-530, 2008
Riesgo de mortalidad para pacientes en Diálisis con diferentes niveles Fósforo
Estudio CORES
Fósforo sérico mayor al rango 3.0- 5.0-mg/dl se asoció con aumento significativo en RR mortalidad
Fósforo sérico> 5.5 mg/ dl ↑ HR de mortalidad por todas las causas y cardiovascular
Naves Diaz M et al NDT 2011 6:1938-47.Block GA, et al. J AS N. 2004;15:2208-2218.
n= 40.538 pacientes
n=16 173 pacientes
Niveles de fósforo vinculados con riesgo vascular en población general
HR 1.55-para riesgo de eventosCVD vs quartile mas bajo(95% CI, 1.16%-2.07%; p=.004)
Relación entre los niveles de P sérico eincidencia de enfermedad cardiovascular en población general sin ERC ni CV
Los niveles más altos de fósforo sérico tuvieron una asociación significativa con eventos cardiovasculares en sujetos sin ERC
Relación entre los niveles de P sérico y eventoscardiovasculares en población general con IAM previo
n = 4127-edad 58 años. Seguimiento 60 meses.Muertes 375. Sujetos con P sérico >3,5 mg/dl tuvieron un HR ajustado para mortalidad de 1,27 vs P< 3,5 mg/dl (95% CI 1,02 a 1,59)
n = 3368- edad, 44 años;(51% mujeres) sin ECV niERC seguimiento16.1años-524 eventos CVD (159 en mujeres)
Dhingra R et al Arch Intern Med. 2007 14;167(9):879-85. Tonelli M, et al Circulation. 2005;112:2627-2633.
Datos observacionales relacionan morbilidad y mortalidad CV a los niveles de P dentro del rango de normalidad en poblaciones sinalteraciones en el metabolismo de P
Sugieren un rol importante del P en la enfermedad vascular ateroscleróticaNiveles más elevados de P dentro del rango normal se asocian con incrementossustanciales en el riesgo de eventos cardiovasculares
El P se asocia a calcificación y aterosclerosis coronaria en pacientes confunción renal conservada
290 ptes con sospecha de enf coronaria → angiocoronariografía y TAC cardíacaScore Friesinger (SF) y Agatston (SA)
eTFG > 60 ml/min (MDRD) - Edad 58.1 9.3 –31%de la población SA = 0
Los ptes con SA > 10 tenían un P séricosignificativamente mayor que los que notenían CAC Los ptes con SF > 4 tenían un P séricosignificativamente mayor que los que
Cancela A et al Plos One, 2012;7(5)
significativamente mayor que los quetenían SF < 4
El análisis de regresión mostró que
por cada ↑ en 0.1 mg/dl de P se asociócon 6% de mayor riesgo de tener SA > 10
La mediana del SA ↑ progresivamente en relacióncon a los tercilos de P
Cómo explicar qué el P sérico en los valores superiores dentro del rango normal puede ser un factor de riesgo cardiovascular en
personas con función renal conservada???
Fósforo: toxina endotelial ??
↑↑↑↑Fósforo extracelular
↑↑↑↑PKC
↑NADPH oxidasa↓eONS
↑ Fosforilación eONS Thr497
Transportador de P
Shuto E et al JASN 20: 1504-12,2009Takeda E et al Adv Enzme Regul 46:154-61,2006
↑ ROS
Disfunción endotelial
↓ ON
Enfermedad cardiovascular
Carga aguda de Fósforo y función endotelialCarga aguda de Fósforo y función endotelial
Takeda E et al Adv Enzme Regul 46:154-61,2006Shuto E et alJASN 20: 1504-12,2009
↑ ROS activando PKC que depende del influjo de P
↓ Producción ON via inhibir activación de eONS
La exposición de célulasendoteliales aórticasbovinas a una carga de P
Shuto E et alJASN 20: 1504-12,2009
En anillos de aorta de ratas
Di Marco et al Am J Phisiol Renal Phisiol 2008
Apoptosis de cel endoteliales
P Inhibió la vasodilatación dependiente del endotelio
Carga aguda de Fósforo y función endotelialCarga aguda de Fósforo y función endotelial
Asociación entre P sérico y DMF
DIETA CON 400 mg PDIETA CON 400 mg P DIETA CON 1200 mg PDIETA CON 1200 mg P
En 11 hombres sanos y jóvenes
Dieta con 400 y 1200 mg P en estudio cruzado, doble ciego.
Valoraron la función endotelial con DMF antes y 2hs después de la ingesta
La dieta con P alto ↑ P sérico a las 2 hs (en 8 sujetos por arriba del rango normal)
↓ Significativamente la DMF
DMF correlacionó inversamente con el P sérico
Shuto E et alJASN 20: 1504-12,2009
DIETA CON 400 mg PDIETA CON 400 mg P DIETA CON 1200 mg PDIETA CON 1200 mg P
Preprandial
Posprandial
CONCLUSIONES
Posibles mecanismosPosibles mecanismos
•• ↑↑↑↑↑↑↑↑ stress stress oxidativooxidativo y y ↓↓↓↓↓↓↓↓ la producción de ON en las células la producción de ON en las células endotelialesendoteliales
La carga de P puede causar disfunción endotelial
endotelialesendoteliales
•• La relación entre altos niveles de P y riesgo de enfermedad CV ó La relación entre altos niveles de P y riesgo de enfermedad CV ó mortalidad podrían deberse no sólo porque favorece las mortalidad podrían deberse no sólo porque favorece las calcificaciones vasculares sino también por afectar la función calcificaciones vasculares sino también por afectar la función endotelialendotelial
Esto podría explicar por qué niveles mayores de P sérico, pero dentro del rango normal, están asociados con mayor riesgo cardiovascular en población general
Toxicidad del fósforo
Sobrecarga de P
Daño cardiovascular
calcificación vascular rigidez arterial disfunción endotelial HVI
Adaptado de Gonzalez-Parra E et al Cardiovascular Pathology Feb 2012
MUCHAS GRACIAS