תפקידו של FXR בפיזיולוגיה של הכליות ומחלות כליה

תקציר: הקולטן פרנסואיד X, הידוע גם כקולטן חומצת מרה, שייך למשפחת הקולטנים הגרעיניים (NR) של גורמי שעתוק מווסתים על ידי ליגנד, אשר מבצעת את תפקידיה על ידי ויסות השעתוק של גני מטרה. FXR מתבטא מאוד בכבד, במעי הדק,כִּליָהובלוטת יותרת הכליה, שמירה על הומאוסטזיס של חומצת מרה, גלוקוז ושומנים על ידי ויסות מערך מגוון של גני מטרה. הוא גם משתתף במספר תהליכים פתופיזיולוגיים, כגוןדַלֶקֶת, תגובות חיסוניותופיברוזיס. הכליה היא איבר מפתח שמנהל הומאוסטזיס של מים ומומסים לכל הגוף, ופגיעה או תפקוד לקוי של הכליות קשורים לתחלואה ותמותה גבוהים. בכליה, FXR ממלא תפקיד חשוב בספיגת מים מחדש בכליות ונחשב כממלא תפקידי הגנה במחלת כליות חריפה ומחלת כליות כרונית, במיוחד מחלת כליות סוכרתית. בסקירה זו, אנו מסכמים את ההתקדמות האחרונה בהבנת הפיזיולוגי ותפקוד פתופיזיולוגי של FXR בכליה. 

מילות מפתח: קולטן פרנסואיד X; פיזיולוגיה של הכליות;מחלת כליות חריפה; מחלת כליות כרונית

לחץ כאן כדי לקבל CISTANCHE לטיפול ב-CKD

1. הקדמה

קולטנים גרעיניים הם משפחת על של גורמי שעתוק תלויי ליגנד, עם מבני תחום טיפוסיים ורצפים משומרים. ישנם 48 חברים במשפחת הקולטנים הגרעיניים האנושיים הממלאים תפקידים מכריעים במגוון תהליכים של פיזיולוגיה ופתופיזיולוגיה, כגוןהומאוסטזיס, שִׁעתוּק, התפתחות, חילוף חומרים,הַשׁמָנָה, סוכרת, לַחַץ יֶתֶרומחלת הסרטן. לכן, הם תמיד מושכים תשומת לב מצד מדענים בסיסיים, קלינאים ותעשיית התרופות, ומהווים 3% מכלל היעדים לתרופות אנושיות עד כה [1].

קולטן גרעיני פרנסואיד X (FXR) בודד לראשונה מספריית cDNA של כבד חולדה ונקרא על שם הפעלתו החלשה באמצעות פרנסול סופר-פיזיולוגי, תוצר ביניים במסלול הביוסינתטי של mevalonate, בשנת 1995 [2,3]. לאחר מכן, חומצות מרה זוהו כליגנדים אנדוגניים של FXR וקיבלו שם אחר: קולטני חומצת מרה. כחיישן חומצת מרה, FXR הוא מאפנן מפתח של מחזור הדם האנטי-הפטי של חומצות מרה, השולט על שעתוק של גנים רגולטוריים מרכזיים בסינתזה של חומצות מרה, הפרשת חומצת מרה והובלת חומצות מרה טרנס-מעי לכבד דרך זרימת הדם הפורטלית. FXR משמש גם כמווסת מטבולי של חילוף החומרים של גלוקוז, שומנים ואנרגיה. בגלל הפונקציות העיקריות שלו בחילוף החומרים של חומצות מרה ושומנים, FXR נחשב למטרה תרופתית מבטיחה לטיפול במחלות כבד הקשורות לחומצות מרה. בשנת 2016, חומצה אוטכולית (OCA), אגוניסט סלקטיבי מאוד של FXR, אושרה על ידי מינהל המזון והתרופות האמריקאי לטיפול בכולנגיטיס מרה ראשונית (PBC), מחלת כבד כולסטטית כרונית. נכון לעכשיו, אגוניסטים של FXR נבדקים בניסויים קליניים לטיפול במטבוליים ומחלות מערכת העיכול, כוללסכרת סוג 2(T2DM),תסמונת מטבוליתוSteatohepatitis ללא אלכוהול(נאש).

הכליה היא איבר מפתח, המנהל הומאוסטזיס של מים ומומסים עבור הגוף כולו, ופגיעה או תפקוד לקוי של הכליות קשורים לתחלואה ותמותה גבוהים. FXR מפגין ביטוי גבוה בכליה, אך מעט ידוע על תפקידו בכליה. לאחרונה, אנו וקבוצות אחרות דיווחו כי FXR משתתף בספיגת מים מחדש בכליה ומעורב במחלות כליה, כולל פגיעה כלייתית חריפה ומחלת כליות כרונית. סקירה זו מסכמת את המבנה והביטוי של FXR, תוך התמקדות מיוחדת בהתקדמות האחרונה של FXR בוויסות הפיזיולוגיה הכלייתית ומחלות כליה.

2. המבנה והביטוי של FXR

שתי משפחות חלבון FXR זוהו בבעלי חיים. מקורם מתת-משפחת הקולטנים הגרעיניים 1, קבוצה H, הגנים חבר (NR1H) 4 ו-NR1H5, הם נקראים FXR ו-FXR, בהתאמה. מדגים לבני אדם, FXR נשמר מבחינה אבולוציונית בין מינים. עקב ההפעלה של שני פרומטורים שונים והשימוש בשחבור חלופי, הגן FXR מקודד לארבעה איזופורמים (FXR 1-4) [4,5]. מחקר שנערך לאחרונה זיהה ארבע גרסאות שחבור חדשות (FXR 5-8) בהפטוציטים אנושיים, שנבעו מאירועי דילוג על אקסון שלא זוהו בעבר. התפקידים האפשריים של האיזופורמים החדשים הללו בכבד האנושי דורשים חקירה נוספת [6]. עם זאת, הגן המקודד FXR הוא פסאודוגן בבני אדם ובפרימטים [7]. FXR מתבטא מאוד בכבד, במעי, בכליות ובלוטת יותרת הכליה, עם רמות נמוכות של ביטוי ברקמת השומן ובלב. הביטוי של FXR 1-4 ברקמות שונות נותר לא ברור. באמצעות ניתוח הכתם הדרומי, Zhang et al. גילה שלעכבר FXR 1-4 היה הביטוי הגבוה ביותר בכבד, ורמות הביטוי של כל איזופורם דומות. בנוסף, FXR 1 ו-FXR 2 מתבטאים בצורה מתונה באילאום ובבלוטת יותרת הכליה; FXR 3 ו-FXR 4 באים לידי ביטוי גבוה ב- ileum ובאים לידי ביטוי בינוני בכליה [8]. נדרשים מאמצים נוספים כדי לנתח את התפלגות הרקמות של איזופורמים שונים של FXR בעתיד כדי לעזור להבהיר את תפקידיהם (טבלה 1).

טבלה 1. איזופורמים FXR

ל-FXR יש מבנה תחום טיפוסי של קולטן גרעיני (NR), כולל תחום N-טרמינלי (NTD), תחום מקשר ל-DNA (DBD), אזור ציר ותחום קושר ליגנד (LBD). התחום ה-N-terminal (NTD) מכיל תחום הפעלת שעתוק בלתי תלוי בליגנד (AF1) שיכול לקיים אינטראקציה עם חלבונים מסייעים אחרים, כגון פרוקסיזום proliferator-activated receptor gamma (PPAR) coactivator 1-alpha (PGC1), חלבון קושר E1A-p300 (P300) ו-Co-Repressor קולטן גרעיני 2 (NCOR2/SMRT) [9], ושינויים פוסט-תרגום רבים (PTM) כולל זרחון, SUMOylation, GlcNAcylation, אצטילציה ומתילציה יכולים להתרחש באזור זה [10]. PGC-1 מתפקד כ-Coactivator שעתוק של FXR שמקיים אינטראקציה ישירה עם FXR ומשפר את פעילות הטרנסאקטיבציה שלו [11]. זרחון של FXR על ידי חלבון קינאז C מקדם את פעילות התעתיק שלו [12]. FXR O-GlcNAcylation ב-S62 מביא לעלייה בפעילות FXR [13]. לחלק מהקו-פעילים יש פעילות אנזימטית פנימית ויכולים לשנות NRs בעצמם. אצטילציה של FXR על ידי P300 מגבירה את היציבות שלו אך מפחיתה את ההטרודימריזציה של FXR-RXR, מה שמוביל להפחתה בביטוי גן יעד FXR [14]. תחום ה-DNA-binding של אצבע האבץ (DBD) הוא התחום השמור ביותר, המכיל שני מוטיבים של אצבע אבץ המזהים רצפי DNA ספציפיים [15]. אזור הציר הגמיש הוא מקשר בין ה-DBD ל-LBD, שהוא גם אתר לוויסות של PTMs כגון NTD [10]. Ligand-binding domain (LBD) מורכב מ-11 סלילים וארבעה גדילים המתקפלים לשלוש שכבות מקבילות ליצירת כריך אלפא סליל. קפל זה יוצר כיס קושר ליגנד C-טרמינלי הידרופובי (LBP) ו-AF-2. LBD יכול להיקשר לליגנדים ו-AF-2 יכול לגייס פעילים משותפים [16-18]. כאשר קיימים ליגנדים, FXR נקשר לרצפי DNA ספציפיים בפרוטור של גני מטרה בצורה של מונומר או הטרודימר עם קולטן רטינואיד X (RXR), השותף המשותף ל-NRs, כדי לווסת את שעתוק הגנים [19].

3. הליגנדים של FXR

חומצות מרה הן אגוניסטים אנדוגניים חשובים של FXR. חומצה כולית (CA) וחומצה כנודיאוקסיכולית (CDCA) הן שתי חומצות מרה ראשוניות המסונתזות בכבד. חומצות המרה המשניות חומצה ליתוכולית (LCA) וחומצה דאוקסיכולית (DCA) נוצרות מ-CA ו-CDCA. העוצמה של חומצות מרה בהפעלת FXR מדורגת כך: CDCA > DCA > LCA > CA [20]. OCA היא נגזרת חצי סינתטית של CDCA, הידועה גם בשם 6-ethyl-CDCA ו-INT-747, שהיא אגוניסטית FXR הראשונה שנכנסה למחקר קליני [21]. עם זאת, ל-OCA יש תופעות לוואי כמו גירוד תלוי-מינון, שעלול להוביל להפסקת הטיפול ב-1-10% מהחולים. EDP-305 הוא אגוניסט FXR סטרואידי נוסף שנחקר לטיפול ב-NASH ו-PBC [22]. על מנת להפחית את תופעות הלוואי ולשפר את ההשפעה הטיפולית, סונתזו בהדרגה אגוניסטים FXR שאינם סטרואידים. אלה כוללים GW4064 [23], Cilofexor [24], Tropifexor [25], Nidufexor [26], ואחרים [27-34]. לכן, אגוניסטים FXR משמשים באופן פעיל לטיפול במגוון מחלות מטבוליות במרפאות [35] (טבלה 2).

טבלה 2. ניסויים קליניים אגוניסטים של FXR.

כמה חומצות מרה נחשבות אנטגוניסטים ל-FXR. Tauro-muricholic acid (T--MCA), אנטגוניסט אנדוגני של FXR, דווח כמעכבת הפעלה של FXR [36]. דווח כי חומצה glycine-muricholic (Gly-MCA) עיכבה איתות FXR באופן בלעדי במעי, וכתוצאה מכך ירידה ברמת הסרמיד בסרום ובמעי ושיפור בתפקוד מטבולי בעכברים שמנים [37]. חומצה אורסודיאוקסיכולית (UDCA) מפעילה השפעות אנטגוניסטיות ל-FXR-FXR על חילוף החומרים של חומצות מרה ושומנים בהשמנה חולנית, למרות שהיא חומר טיפולי נפוץ במחלת כבד כולסטטית [38]. לאחרונה, Brevini et al. מצא ש-UDCA מפחית את ביטוי האנזים 2 (ACE2) הממיר אנגיוטנסין על ידי עיכוב פעילות FXR, וכתוצאה מכך מופחת הרגישות לזיהום SARS-CoV-2 [39]. לכן, אנטגוניסטים של FXR משמשים באופן פעיל גם לטיפול במספר מחלות במרפאות (טבלה 3).

טבלה 3. ניסויים קליניים אנטגוניסטים של FXR

4. הפונקציה הכללית של FXR

4.1. FXR וחומצת מרה מטבוליזם

FXR ממלא תפקיד קריטי בהומאוסטזיס של חומצת מרה [46]. FXR מעכב סינתזה של חומצות מרה: בכבד, FXR מקטין את הביטוי של ציטוכרום P450 (CYP)7A1 ו-CYP8A1, שהם אנזימים מגבילי קצב בביו-סינתזה של חומצת מרה של כולסטרול [47,48]. באנטוציטים במעי, FXR משרה ביטוי של גורם גדילה פיברוטי 15 (FGF15; FGF19, בני האדם האורתולוגים של FGF15), שעובר דרך וריד השער לכבד ומפעיל את הקולטן FGF 4 (FGFR4)/-Klotho קומפלקס, ובכך עיכוב שעתוק של CYP7A1 ו-CYP8A1 [49]. FXR מפחית הצטברות חומצת מרה בהפטוציטים ובאנטוציטים: בכבד, FXR יכול לעכב את הביטוי של Na+ ‑taurocholate cotransporting polypeptide (NTCP) ופוליפפטידים אורגניים-anion-transporting (OATP) בממברנה הסינוסואידלית כדי להפחית את הספיגה מחדש של הפטוציטים. חומצות מרה בווריד השער [50]. FXR מקדם את הפרשת חומצות המרה למרה על ידי הפעלת טרנספורטרים על פני הממברנה האפיקלית, כולל חלבון משויך ל-multidrug-resistance-associated (MRP)2/3 [51], משאבת מלח מרה (BSEP) [52] ועמידות מול תרופות (MDR )2/3 [53]. FXR גם מעודד זרימת חומצת מרה למחזור הדם על ידי גרימת ביטוי של MRP4 ו-Organic Solute Transporter (OST) /OST בממברנה הבסיסית [54]. במעי, FXR מעכב את ה-Apical Sodium-dependent bile acid transporter (ASBT) על פני הממברנה האפיקלית [55], ובכך מפחית את הספיגה החוזרת של חומצות מרה באפיתל המעי, מעלה ויסות של חלבון קושר חומצת מרה (IBABP) ומקדם את שלו. תנועה מהממברנה האפיקית לממברנה הבסיסית [56]. יתר על כן, FXR מקדם את ההובלה של חומצות מרה לווריד השער והחזרה לאחר מכן לכבד באמצעות ויסות עלייה של הביטוי של OST ו-OST על פני הממברנה הבסיסית של האנטרוציט [57].

4.2. FXR וחילוף חומרים של גלוקוז

FXR ממלא תפקידים מגוונים במטבוליזם של גלוקוז. ההפעלה של FXR מגבירה את סינתזת הגליקוגן על ידי עיכוב ביטוי הגנים של גליקוגן סינתאז קינאז-3 (GSK3), המזרחן ולאחר מכן משבית את הגליקוגן סינתאז [58,59], מפחית את הגליקוליזה על ידי דיכוי פעילות התעתיק של ChREBP ומפחית את הביטוי [60] של גנים גלוקונאוגניים מרובים, כולל phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK) וגלוקוז 6-phosphatase (G-6-Pase) [58,61], וכתוצאה מכך ירידה בגלוקוניאוגנזה ובגלוקוז בסרום. עם זאת, מספר מחקרים מצאו כי אנטגוניסטים של FXR הפגינו השפעה מועילה על חילוף החומרים של גלוקוז בעכברי T2DM, אם כי המנגנון המדויק נותר לא ברור [62]. יתר על כן, FXR מגביר את הפרשת האינסולין מגורה של גלוקוז באיים [63] על ידי גרימת הביטוי של גורם שעתוק מווסת גלוקוז דמוי-פקטור 11 (KLF11) [64], adenylyl cyclase 8 (ADCY8) [65] ופוטנציאל הקולטן החולף ערוץ ankyrin 1 (TRPA1) [66].

4.3. FXR וחילוף חומרים שומנים

FXR מפחית את רמת כולסטרול ליפופרוטאין בצפיפות נמוכה בפלזמה (LDL-C) [67] על ידי גרימת הפנמה ופירוק של חלקיק ה-LDL [68]. יתרה מכך, נמצא כי עכברי נוק-אאוט FXR הציגו כולסטרול ליפופרוטאינים בצפיפות גבוהה בפלסמה (HDL-C) מוגבר עקב הביטוי המופחת של גן הובלת כולסטרול הפוך, קולטן ספוג סוג B איבר 1 (SCARB1), וקסטה קושרת ATP (ABC). ) טרנספורטרים G5 (ABCG5) ו-G8 (ABCG8), שהקלו על הסרת HDL-C מהדם [69,70].

לבסוף, FXR יכול גם להפחית את הצטברות הכולסטרול בהפטוציטים ובתאי אפיתל הכלייתי. ניתן להשיג זאת על ידי הפחתת סינתזת הכולסטרול באמצעות עיכוב הביטוי של חלבון 2 (SREBP-2) ו-Hydroxy-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA) ו-Hydroxy-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA) [71] וקידום ביטוי הגברת הכולסטרול הקשור לאלמנטים הקשורים לסטרול. Transporter A1 (ABCA1) של קלטת קושרת ATP [72]. מצד שני, FXR הוריד את הצטברות הטריגליצרידים הכבדית והכלייתית ואת רמות הטריגליצרידים בפלזמה במודלים של עמידות לאינסולין, כגון עכברי ob/ob ו-KK-Ay [59], על ידי הפחתת הביטוי של חומצת שומן סינתאז (FAS) ואצטיל CoA carboxylase (ACC). זה הושג על ידי עיכוב SREBP-1c ו-carbohydrate response element binding protein (ChREBP) [73-75], קידום פינוי טריגליצרידים על ידי הגברת חמצון חומצות שומן באמצעות ציר PPAR / - carnitine palmitoyltransferase I (CPT1) [76,77] ו הפחתת ספיגת חומצות שומן על ידי הפחתת הביטוי של CD36 [78]. באדיפוציטים, FXR גורם להלבנת רקמת שומן חומה (BAT), שמציגה טיפות שומנים תוך-תאיות גדולות ושקיעת קולגן חוץ-תאית כתוצאה מהפעלה של ביטוי stearoyl-coenzyme A desaturase (SCD) באמצעות הפעלת PPAR [79-82] (איור 1).

איור 1. הפונקציה הכללית של FXR. ㊉ מציין גירוי; ㊀ מציין עיכוב

שירות תומך:

דוא"ל:wallence.suen@wecistanche.com

ווטסאפ/טלפון:+86 15292862950

לִקְנוֹת:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop