THE ENDOCRINE FUNCTION OF THE BONE TISSUE

Abstract


This review discusses the recent evidence showing that the skeleton itself produces at least two hormones: fibroblast growth factor 23 (FGF23) and osteocalcin. FGF23 is secreted by osteocytes in bone and acts on the kidney to inhibit 1-alpha-hydroxilation ofvitamin D and promote phosphorous excretion. The affinity of FGF23 to FGF receptor is low, but FGF23 binds to FGF receptor-Klotho complex with more affinity. Therefore, Klotho determines the kidney-specific action of FGF23. Increase in FGF23 or Klotho levels due to genetic defects or ectopic production results in low serum phosphorous levels in humans. Contrary to this, low FGF23 or Klotho levels lead to hypophosphatemia and ectopic calcification. Mouse genetics studies revealed that osteoblast product, osteocalcin, in its undercarboxylated stage acts on the pancreatic beta-cells to enhance insulin production and on peripheral tissues to increase glucose utilization as a result of increased insulin sensitivity and to reduce visceral fat. In addition to this, undercarboxylated osteocalcin may also have another hormonal role, this time as a mediator of testosterone secretion. Osteocalcin was shown to induce testosterone production in Leydig cells of the testes both in ex vivo and in vivo studies. In both localizations, at the pancreas and at the testes osteocalcin acts through the GPCR6A receptor, this activates the cAMP response element-binding protein signaling pathway. Thus, this review reports the recent studies indicating bone ’s role as an endocrine organ.

Full Text

Введение В эндокринологии принято рассматривать кость в качестве органа-мишени для таких гормонов, как половые гормоны, гормон роста, паратиреоидный гормон (ПТГ), D-гормон, кальцитонин, а также целый ряд других гормонов, осуществляющих регуляцию костного обмена [1,2]. Однако исследования последних лет показывают, что кость обладает самостоятельной эндокринной функцией, секретируя, по меньшей мере, два гормона - фактор роста фибробластов 23 и остеокальцин. Фактор роста фибробластов 23 (ФРФ23) синтезируется остеоцитами и является основным регулятором обмена фосфора в организме. Остеокальцин секретируется преимущественно остеобластами и в декарбоксилированном виде, способен связываться с собственным рецептором на бета-клетках поджелудочной железы и клетках Лейдига яичек. Таким образом, декарбоксилированная форма остеокальцина участвует в регуляции энергетического обмена и половой функции у мужчин [3]. Регуляция фосфорно-кальциевого обмена Традиционно считается, что за регуляцию фосфорнокальциевого обмена отвечает биологическая ось ПТГ/ви-тамин D. В ответ на снижение уровня кальция в сыворотке крови в околощитовидных железах увеличивается продукция ПТГ. Воздействуя на почечные канальцы, ПТГ активирует фермент 1а-гидроксилазу, в результате чего 25-гидрок-сиколекальциферол превращается в активный 1,25-дигидро-колекальциферол (1,25(ОН)2D), или D-гормон. D-гормон увеличивает всасывание кальция и фосфора в желудочнокишечном тракте. Кроме того, за счет влияния на рецепторы остеобластов и остеокластов, ПТГ стимулирует ремоделирование кости, в процессе которого из костной ткани высвобождаются соли кальция (Рисунок 1). Открытие ФРФ23 позволило расширить современные представления о фосфорно-кальциевом обмене и включить данный гормон в ось ПТГ/витамин D в качестве контр-регулирующего элемента, приводящего к снижению уровня 1,25(ОН)2D и увеличению выведения фосфатов почками (Рисунок 2). Кроме ФРФ23 обнаружены и другие новые Общие сведения о ФРФ23 ФРФ23 в основном секретируется остеоцитами в кости, однако, в небольшом количестве экспрессируется в слюнных железах, желудке, скелетных мышцах, головном мозге, молочных железах, печени и сердце. На молекулярном уровне ФРФ23 представляет собой белок молекулярной массой 32 Ша, N-концевой домен которого гомологичен всем другим факторам роста фибробластов, а С-концевой фрагмент является филогенетически новым [8]. Большинство факторов роста фибробластов действуют за счет связывания гепа-рансульфата, входящего в состав протеогликанов базальных мембран клеток, что позволяет осуществлять паракринную функцию. ФРФ23 вместе с ФРФ19 и ФРФ21 образуют группу белков, которые имеют слабое сродство к гепарансуль-фату [9], что предотвращает их захват внеклеточным матриксом. Для осуществления биологического эффекта они связываются с альтернативным ко-фактором - Клото, и в * e-mail: rozhinskaya@rambler.ru 28 № 1/2015 Остеопороз и остеопатии таком виде связываются с рецепторами в других органах и тканях, реализуя эндокринную функцию [10]. Ген Клото был идентифицирован при изучении трансгенных мышей с заблокированной экспрессией Клото. Эти животные имели все признаки преждевременного старения (атрофия кожи, замедление роста, эктопическая кальцификация, бесплодие, короткий жизненный цикл). Введение рекомбинантного Клото нивелировало симптомы старения у экспериментальных животных [11]. В последующем было выявлено, что Клото-дефицитные мыши по аналогии с ФРФ23-дефицитными мышами демонстрируют не только схожий фенотип, но и имеют гиперфосфатемию [12]. В настоящее время выделено 2 формы существования белка Клото: трансмембранная (a Клото) и экстрацеллюляр-ная (b Клото), влияющая на продукцию инсулина и содержание инсулиноподобный фактор роста через связывание с ФРФ19 и ФРФ21. ФРФ23 образует комплекс с a-Клото, который, связываясь с несколькими подтипами рецепторов к фактору роста фибробластов 23 (ФРФР), а именно ФРФ-Р1, ФРФ-Р3 или ФРФ-Р4, осуществляет гепаран-не-зависимую активацию ФРФ-Р. [12,13,14,15]. Клото секре-тируется в кровь посредством ADAMs (A Disintegrin and Metalloproteinases) - ADAM 10 и ADAM 7 [16,17,18]. Сродство ФРФ23 к ФРФ-Р без Клото очень низкое, поэтому локализация экспрессии Клото определяет тканевую специфичность функции ФРФ23: почки, околощитовидные железы, гипофиз и сосудистые сплетения [19]. В почках ФРФ23 ингибирует реабсорбцию фосфатов посредством воздействия на натрий-зависимый фосфат ко-транспортер NaPi2a и № Рі2с в эпителиальных клетках проксимальных канальцев, тем самым способствуя фосфа-турии и гипофосфатемии. ФРФ23 также влияет на уровень витамина D посредством ингибирования 1-а гидроксилазы. Таким образом, 25(OH)D не преобразуется в активную форму- 1,25(OH)2D, а за счет 24-гидроксилазы превращается в метаболиты 24,25(OH)2D с меньшей биологической актив Рис. 1. Регуляция обмена кальция. Эффекты паратгормона. Снижение уровня кальция в сыворотке крови приводит к повышению концентрации паратгормона. Паратгормон активизирует фермент 1-альфа-гидроксилазу, что способствует переходу нативного витамина D в активную форму - 1,25дигидроколекальциферол, или D-гормон. D-гормон увеличивает всасывание кальция и фосфора в желудочнокишечном тракте, повышая его концентрацию в сыворотке крови. Кроме того, паратгормон увеличивает экспрессию лиганда рецептора активатора ядерного фактора каппа-бета (РАНКЛ), что приводит к увеличению количества остеокластов, а также паратгормон напрямую способствует повышению активности этих клеток. Таким образом, кальций высвобождается при разрушении костной ткани и его концентрация в сыворотке крови повышается. обзоры литературы ностью. В кишечнике FGF23 уменьшает всасывание фосфатов за счет подавления экспрессии интестинального натрий-фосфатного транспортера NPT2b [4, 20]. В околощитовидных железах физиологическое действие ФРФ23 остается неясным [14,19]. С одной стороны, клинически доказано, что избыток ФРФ23 стимулирует секрецию ПТГ [12] - выявлена ассоциация между повышенным уровнем ФРФ23 и тяжелым гиперпаратиреозом при терминальных стадиях хронической болезни почек. С другой стороны, было показано, что ФРФ23 подавляет экспрессию мРНК ПТГ in vitro и снижает сывороточный уровень ПТГ in vivo [21]. Кроме того, ФРФ23 секретируется в вентролатеральных ядрах таламуса и может воздействовать на сосудистые сплетения, где экспрессируется комплекс Клото-ФРФР. Между спиномозговой жидкостью и сывороткой крови существует градиент фосфата (в ликворе уровень фосфатов ниже), в связи с чем, существует предположение об участии ФРФ23 в регуляции уровня фосфатов в спиномозговой жидкости. Еще одним потенциальным органом-мишенью ФРФ23 является гипофиз, где выявлено повышение экспрессии генов раннего реагирования в ответ на введение ФРФ23 при исследовании на мышах. В отсутствие ФРФ23 у мышей наблюдают тяжелую задержку роста, что может быть связано с регулирующим воздействием ФРФ23 на гипофиз [10]. Не до конца понятным остается вопрос, обладает ли ФРФ23 паракринным действием в кости. Клото, необходимый для оказания эффекта ФРФ23, не экспрессируется в костной ткани, и наблюдаемые изменения в участках с низким и высоким содержанием ФРФ23 являются скорее вторичными по отношению к изменению уровня фосфатов и 1,25(OH)2D в сыворотке крови. Тем не менее, есть сведения о том, что ФРФ23 подавляет дифференцировку остеобластов [22]. Также, по мнению ряда авторов, ФРФ23 может воздействовать на гомеостаз глюкозы, функции тимуса, рост и процессы старения [23,24,25]. Однако, другие эксперты счи Рис. 2. Регуляция обмена фосфора. Эффекты фактора роста фибробластов 23 (ФРФ23). При разрушении костной ткани помимо кальция в сыворотку крови выделяется фосфор. Кроме того, D-гормон повышает всасывание фосфора из желудочно-кишечного тракта вместе с кальцием. D-гормон и повышение уровня фосфора в сыворотке крови повышает выработку фактора роста фибробластов 23 (ФРФ23). ФРФ23 способствует выведению фосфора с мочой и дезактивирует D-гормон, повышая активность 24-альфа-гидроксилазы. Дезактивация D-гормона способствует снижению всасывания фосфора в кишечнике. Таким образом, ФРФ23 способствует снижению уровня фосфора в сыворотке крови. 29 обзоры литературы № 1/2015 Остеопороз и остеопатии тают, что в отсутствие Клото эти изменения представляют собой вторичные эффекты повышенного уровня 1,25(OH)2D и гиперфосфатемии [26, 27,28]. Предполагается, что высокие концентрации ФРФ23, такие, например, как при ХБП, могут неспецифически воздействовать на ФРФ-Р независимо от Клото [7]. Была выявлена взаимосвязь между ростом уровня ФРФ23 и сердечно-сосудистыми осложнениями при ХБП. Высокие уровни ФРФ23 были независимо связаны с эндотелиальной дисфункцией. При терапии препаратами фосфатбиндеров наблюдается снижение концентрации ФРФ23 с улучшением поток-опосредо-ванной вазодилатации (маркер эндотелиальной функции) [29]. Также получены данные о корреляции высоких уровней ФРФ23 с гипертрофией левого желудочка [30]. Кроме того, у Клото выявлен ряд функций, не требующих образования комплекса с ФРФ23. Одна из них - прямое регулирование фосфатного транспорта в проксимальных канальцах путем дегликозилирования NaPi2a, что делает его более восприимчивым к протеазам проксимальных канальцев, приводя к снижению количества и активности NaPi2a, тем самым содействуя фосфатурии независимо от ФРФ23 [16,20]. Генетические нарушения секреции ФРФ23 Наиболее достоверную информацию о роли ФРФ23 и Клото у человека можно получить при изучении редких генетических заболеваний, ассоциированных с повреждением гена ФРФ23 или его ко-фактора Клото, а также генов, регулирующих синтез этих белков и их деградацию. Механизмы развития данных заболеваний, на сегодняшний день, достаточно хорошо изучены (Таблица 1). Высокий уровень ФРФ23, обусловленный нарушениями в регуляции синтеза и деградации белка, приводит к гипо-фосфатемии из-за резкого снижения почечной реабсорбции фосфатов при нормальном уровне 1,25(OH)2D, рахиту или остеомаляции. Характерно, что гиперкальциурия при этом отсутствует. Несмотря на схожую клиническую картину заболеваний, механизмы повышения уровня ФРФ23 имеют отличия. Х-связанный гипофосфатемический рахит является наиболее частой причиной витамин-Э-резистентного рахита. Его развитие связано с инактивирующей мутацией в PHEX (фос-фат-регулирующем гене), локализованном в Х-хромосоме [31]. Мутация в гене PHEX у мышей с гипофосфатемией (гомологична для Х-связанного гипофосфатемического рахита у человека) приводит к дефектной минерализации костей, ассоциированной с повышением ФРФ23 и гипофосфатемией [10]. Механизм, посредством которого снижение уровня PHEX приводит к увеличению ФРФ23, остается неясным. Причиной развития аутосомно-рецессивной гипофосфа-темии и остеомаляции (АРГО) является инактивирующая мутация в DMP1 (dentin matrix protein 1) [32,33]. Уровень ФРФ23 у пациентов с АРГО увеличивается, как и у DMP1-дефицитных мышей. Иммунногистохимический анализ показал увеличение транскрипции ФРФ23 в остеоцитах [32]. У пациентов с гипофосфатемическим рахитом и остеомаляцией, связанной с фиброзной дисплазией с или без МакКью-ин-Олбрайт синдрома, также наблюдается гипофосфатемия с повышенным уровнем ФРФ23 [34]. При аутосомно-доминантной гипофосфатемии и остеомаляции (АДГО) мутации гена ФРФ23 делают белок устойчивым к протеолитическому расщеплению, что приводит к увеличению его активности и потере фосфата почками. [35,36]. Остеомаляция, индуцированная опухолью - это паранео-пластический синдром, включающий в себя потерю фосфатов почками, аномальное изменение метаболизма витамина D и остеомаляцию, что также ассоциировано с повышением уровня ФРФ23. В одном из исследований было предположено, что нарушения в MEPE и ФРФ-Р4 могут регулировать PHEX и метаболизм DMP1, соответственно, и вызывать повышение ФРФ23. Тем не менее, у пациентов с эктопической секрецией ФРФ23 опухолью фосфатонины не повышены. Дефицит PHEX приводит к гипофосфатемии, однако уровни MEPE и ФРФР4 при это не повышены. Таким образом, ФРФ23, по-видимому, является основным гуморальным фактором развития гипофосфатемических заболеваний, хотя вполне возможно, что фосфатонины вносят вклад в их развитие вместе с ФРФ23 [4]. При дефиците ФРФ23 клиническая картина обратная: гиперфосфатемия и повышение продукции 1,25(OH)2D. Семейный гиперфосфатемический опухолевый кальциноз является редким аутосомно-рецессивным заболеванием и характеризуется гиперфосфатемией, нормальным или повышенным уровнем 1,25(OH)2D, кальцификацией мягких тканей и околосуставной кальцификацией [37]. При исследовании на грызунах: у ФРФ23-дефицитных мышей имеется кальцификация мягких тканей, отставание в росте, нарушенная минерализация кости и сокращается жизненный цикл [24,25,27]. В настоящее время, известны три генетические мутации, вызывающие данное заболевание. Они включают в себя мутации в генах ФРФ23, Клото и GALNT3 [38,39,40]. Мутация в GALNT3 приводит к дестабилизации структуры ФРФ23, деактивируя С-концевые домены ФРФ23, в результате чего уровень биологически активного ФРФ23 снижается. При мутации в гене ФРФ23 возрастает чувствительность ФРФ23 к протеолизу. Мутация в гене, кодирующем Клото, приводит к снижению экспрессии Клото, вследствие чего количество комплексов ФРФ23-Клото-ФРФ-Р снижается и возникает резистентность к ФРФ23 [39]. При исследовании на мышах уменьшение уровня Клото приводит к фенотипу, схожему с фенотипом ФРФ23-дефицитных мышей [41]. Регуляция эффектов ФРФ23 И гиперфосфатемия и гипофосфатемия обладают негативным действием на организм, поэтому эволюционно должны были появиться адаптационные механизмы, позволяющие избежать данных состояний. Биологическая ось Таблица 1. Заболевания, связанные с нарушением действия ФРФ23 Заболевание Ген Механизмы нарушения ФРФ23 Заболевания, связанные с избыточной продукцией ФРФ23 Х-связанный гипофосфатемический рахит PHEX Избыточная продукция ФРФ23 Аутосомно-доминантная гипофосфа-темия и остеомаляция ФРФ23 Резистентность ФРФ23 к протео-лизу, его избыточная продукция Аутосомно-рециссивный гипофосфа-темический рахит и остеомаляция DMP1 Увеличение ФРФ23 в сыворотке крови Остеомаляция, индуцированная опухолью Заболе вание Избыток продукции ФРФ23 опухолью Гипофосфатемический рахит и остеомаляция, связанная с фиброзной дисплазией с или без синдрома МкКьюин-Олбрайт синдромом GNAS1 Избыток ФРФ23 Заболевания, связанные с недостаточной продукцией ФРФ23 Семейный гиперфосфатемический кальциноз опухолей GALNT3 Повышенная чувствительность ФРФ23 к расщеплению протеинов (дефицит ФРФ23) Семейный гиперфосфатемический кальциноз опухолей ФРФ23 Повышенная чувствительность ФРФ23 к протеолизу Семейный гиперфосфатемический кальциноз опухолей Клото Резистентность к ФРФ23 30 № 1/2015 Остеопороз и остеопатии ПТГ-витамин D давно рассматривалась с позиции регулирования метаболизма фосфатов, однако ПТГ обладает преимущественным влиянием на кальциевый обмен. ФРФ23 также участвует в фосфорно-кальциевом обмене за счет осуществления трех физиологических функций: контррегуляция витамина D, влияние на метаболизм ПТГ, координация почечного метаболизма фосфатов с минерализацией костей. Из возможных факторов, которые могли бы регулировать экспрессию ФРФ23 (кальций, фосфаты, ПТГ и 1,25(OH)2D), только 1,25(OH)2D оказывает влияние на продукцию ФРФ23. 1,25(OH)2D непосредственно стимулирует экспрессию ФРФ23 в остеоцитах через участок в промоте-ре ФРФ23, чувствительный к витамину D,^ то время как ФРФ23 в почках по механизму обратной связи подавляет образование 1,25(OH)2D [42] (Рисунок 2). В ситуации с повышенным уровнем 1,25(OH)2D, когда снижается уровень ПТГ, ФРФ23-опосредованная фосфатурия позволяет предотвратить потенциальную возможность гиперфосфатемии в связи с 1,25(OH)2D-индуцированным увеличением всасываемости фосфатов в желудочно-кишечном тракте и снижением ПТГ-опосредованной фосфатурии [10]. Таким образом, способность ФРФ23 увеличивать экскрецию фосфатов и снижать образование активного 1,25(OH)2D, возможно, защищает организм от избытка витамина D [42]. ФРФ23 действует в околощитовидных железах, образуя комплекс с Клото-ФРФР [43]. Исследования показали, что ФРФ23 подавляет экспрессию мРНК ПТГ in vitro и снижает сывороточный уровень ПТГ in vivo [21]. Однако когда у пациентов с терминальной ХБП развивается вторичный ги-перпаратиреоз (ВГПТ), уровень ФРФ23 прямо коррелируют с уровнем ПТГ [17,44]. Возможно, при ВГПТ развивается относительная резистентность гиперплазированных око-лощитовидных желез (ОЩЖ) к действию ФРФ23 за счет уменьшения в их ткани основных типов рецепторов: CaSR, VDR, ФРФ-Р и Клото, а также вследствии снижения (или прекращения) экспрессии Клото в почках у пациентов с терминальной стадией ХБП [44,45,46,47]. Другим возможным объяснением является то, что увеличение ФРФ23 приводит к уменьшению уровня 1,25(OH)2D, содействуя гипокальцие-мии и хронической стимуляции секреции ПТГ [20]. Открытым остается вопрос наличия обратной связи - влияние ПТГ на уровень ФРФ23. При исследованиях in vitro ПТГ не стимулирует ФРФ23 в остеобластах или у мышей с нормальной функцией почек [42]. ФРФ23 также не повышается при первичном гиперпаратиреозе [48]. Однако, in vivo - после выполнения паратиреоидэктомии в сыворотке крови уремических крыс отмечалось отчетливое снижение уровня ФРФ23 [49]. Также потенциально возможно перекрестное взаимодействие между ПТГ и ФРФ23 через косвенный механизм стимуляции 1,25(OH)2D [50]. Ни уровень сывороточного кальция, ни уровень ПТГ напрямую не стимулируют секрецию ФРФ23. Предполагается, что их воздействие является косвенным или влияние ПТГ может быть различным в зависимости от длительности действия. Известно, что костное ремоделирование меняется в зависимости от прерывистого или непрерывного действия ПТГ. Это поддерживает гипотезу о том, что уровень ФРФ23 находится в зависимости от костного ремоделирования, и ПТГ может влиять на уровень ФРФ23 косвенно путем воздействия через местные факторы при ремоделировании костной ткани [10]. Роль ФРФ23 в координации почечного метаболизма фосфатов с минерализацией костной ткани и костным ремоделированием Помимо снижения содержания фосфора в сыворотке крови и координации почечного метаболизма фосфатов, ФРФ23, возможно, опосредовано вовлечен в регуляцию минерализации костей и костное ремоделирование. Гипотеза обзоры литературы о данной функции ФРФ23 возникла в результате изучения Х-связанного гипофосфатемического рахита и аутосомно-рецессивной гипофосфатемии и остеомаляции, связанных с повышением ФРФ23. Развитие данных заболеваний связано с инактивирующими мутациями в генах PHEX и DMP1 соответственно. PHEX и DMP1 секретируются в остеоцитах и остеобластах костной ткани, где они регулируют минерализацию внеклеточного пространства, тем самым обеспечивая сигнальные пути для координации увеличения фосфатов в кости с почечной потерей путем регулирования уровня ФРФ23. Инактивация генов PHEX и DMP1 вызывает увеличение уровня ФРФ23, которое приводит к гипофосфатемии и снижению 1,25(ОН)^, а также к повышенной экспрессии предполагаемого ингибитора минерализации - мингибина. В результате, возникает внутренний дефект минерализации внеклеточного матрикса, не зависимый от уровня фосфатов [51, 52]. Было предположено, что ФРФ23 обладает прямым действием на кость, подавляя минерализацию. Однако не удалось обнаружить экспрессию Клото в костях [53], что опровергает предполагаемое прямое действие ФРФ23 на кости посредством комплекса Клото-ФРФ-Р. У PHEX-дефицитных мышей внутренние нарушения минерализации сохранялись даже после удаления ФРФ23 и восстановления уровня фосфатов. Механизм влияния PHEX на минерализацию костной ткани до конца не изучен. В исследованиях восстановление гена PHEX у мышей лишь частично корректировало фенотип кости, не влияя на компенсацию гипофосфатемии. Роль DMP1 в минерализации костной ткани более ясна. DMP1 является неактивным белком, который активируется при расщеплении на фрагменты - 37 kDa и 57 kDa - с помощью BMP1 или катепсина В. Высоко фосфолирированный С-конец 57 kDa-фрагмента выполняет функцию ядра минерализации. ЫИ2-концевой фрагмент DMP1 обладает способностью связываться с ФРФ23 [54]. Последние исследования показывают, что ФРФ23 увеличивается в костной мозоли при переломе кости и является местным стимулирующим фактором [55]. Вероятно, повышения экспрессии ФРФ23 в остеоцитах у PHEX- и DMP1-дефицитньїх мышей объясняется наличием неизвестных матричных факторов, увеличивающихся вследствие мутации в гене PHEX или DMP1. Таким образом, существует местная регуляция экспрессии ФРФ23 в остеоцитах. В физиологических условиях DMP1 взаимодействует с PHEX с помощью ASARM и интегринов, образуя комплекс PHEX-DMP1-интегрин, необходимый для подавления транскрипции ФРФ23. При наличии инактивирующей мутации в генах PHEX и DMP1 уровень ФРФ23 увеличивается, возможно, через опосредованную продукцию и накопление в костном матриксе биологически активных веществ, которые обладают ФРФ23-стимулирующей активностью [10]. Кроме того, на экспрессию PHEX и DMP1 могут влиять другие факторы роста фибробластов. Например, ФРФ2, синтезирующийся в остеобластах, оказывает паракринный ингибирующий эффект на дифференциацию остеобластов и вызывает гипофосфате-мию, возможно, через стимуляцию секреции ФРФ23. При изучении профиля экспрессии генов в кости при гипофосфатемии были определены ранее неизвестные нарушения в факторах, регулирующих минерализацию в кости. Например, выявлено, что экспрессия матричного Gla-белка (ингибитора минерализации) была увеличена, как и уровень Тромбоспондина 4, который экспрессируется в костной ткани и, возможно, является ингибитором минерализации [10]. Клото: общие характеристики, основные функции и терапевтический потенциал Клото представляет собой белок молекулярной массой 130 kDa, кодируемый геном Klotho. Секретируемая форма Клото имеет молекулярную массу 70 kDa и является резуль 31 обзоры литературы № 1/2015 Остеопороз и остеопатии татом альтернативного сплайсинга [19,56,57,58]. Внеклеточный домен мембранного Клото, который еще называют растворимой формой Клото, может выделяться и циркулировать в крови [59,60]. Отщепление внеклеточного домена происходит за счет влияния ADAM 10 и ADAM 17, которые стимулируются инсулином и подавляются ингибиторами металлопротеиназ [59]. Основными местами синтеза Клото являются почки и головной мозг, хотя экспрессия происходит во многих органах. Одной из функций Клото является поддержание минерального гомеостаза в результате образования комплекса с ФРФ23. Имеются данные, что секретируемая часть Клото участвует в регуляции почечной экскреции калия [61], кальция [62], фосфора [63]. Уровень Клото снижен при хронической болезни почек (ХБП) различной этиологии: ишемическом снижении перфузии, субтотальной нефроэктомии, хроническом гломерулонефрите, диабетической нефропатии и др. При изучении Клото-дефицитных мышей выявлена гиперфос-фатемия [19,63-65], которая, как известно, является одним из осложнений ХБП, непосредственно увеличивающим риск сердечно-сосудистых осложнений. В исследованиях на Клото-дефицитных мышах ФРФ23 тоже был повышен [66]. Интересным является наблюдение, что у Клото-дефи-цитных мышей развивается эктопическая кальцификация, в том числе артерий [19,67], такая же как при ХБП [68,69]. Дефицит Клото ассоциирован с дисфункцией и истощением стволовых клеток, что характерно для старения организма в норме. Уменьшение количества стволовых клеток связано с увеличением клеток-предшественников старения. Секре-тируемый Клото связывается с различными компонентами Wnt сигнального пути и ингибирует их активность. Более того, активация wnt сигнального пути при дефиците Клото ускоряет старение клеток in vitro и in vivo [70]. При ХБП возникает вторичный дефицит Клото, что способствует преждевременному старению почечных эпителиальных клеток [71]. Как следствие уменьшается способность почек к регенерации [72]. При исследовании на КЛото-дефицитных мышах, было отмечено, что у них нарушается функция эндотелия [73] и ангиогенез [74]. Эти два фактора также могут способствовать прогрессированию хронической болезни почек [75,76,77]. Почечный фиброз является одной из гистологических характеристик ХБП, причем у Клото-дефицитных мышей тубулоинтерстициальный фиброз выражен в большей степени [78]. Известно, что TGF-ß1 играет ключевую роль в развитии фиброза [79,80,81]. Предполагается, что белок Клото подавляет почечный фиброз посредством подавления передачи сигнала TGF-ß1. Ингибитор активатора плазминоге-на-1 также регулирует фибринолиз и протеолиз. Его уровень увеличен в почках при гломерулонефрите, нефросклерозе, диабетической нефропатии и др. По результатам исследований на грызунах [82] выявлено, что дефицит Клото увеличивает активность экспрессии мРНК ингибитора активатора плазминогена-1 [72]. Дефицит Клото не только ускоряет развитие ХБП, но и способствует развитию его осложнений, таких как кальцификация сосудов [19,66], левожелудочковая гипертрофия [67], вторичный гиперпаратиреоз [83,84], минеральные нарушения в костях [64,85,86]. Клото является потенциальным биомаркером ХБП, причем его можно исследовать как в крови, так и в моче. Проводятся исследования уровня секре-тируемого Клото в крови у здоровых людей, предложен референтный интервал для иммуноферментного анализа [87]. Однако требуется дальнейшее изучение уровня Клото в крови у пациентов, страдающих ХБП [72]. Согласно современным представлениям, восстановление уровня КЛОТО при ХБП может замедлить прогрессирование заболевания и развития осложнений [72]. Теоретически генная терапия имеет потенциал для лечения ХБП на фундаментальном уровне. Эксперименты на животных показали обнадеживающие результаты, например, аденовирус-опосредованный перенос генов Клото. Однако токсичность и иммуногенность данного метода ограничивает его клиническое применение [88, 89]. Более реальным методом является введение экзогенного Клото. Рекомбинантный белок Клото способен модулировать почечные ионные каналы и транспортеры [90], контролировать действие ФРФ23 [91]. В исследованиях на мышах получен положительный эффект от его введения [92]. Таким образом, введение экзогенного белка Клото является перспективным методом заместительной терапии Клото-дефи-цитных состояний. Терапия, направленная на стимуляцию продукции эндогенного Клото, возможна только на ранних стадиях ХБП. Последние исследования показали, что ангио-тензин II способствует развитию заболеваний почек за счет снижения экспрессии Клото в почках [93], поэтому его блокада может иметь терапевтический эффект [72]. Возможности терапевтического воздействия на ФРФ23 В последние годы предметом пристального изучения исследователей стала возможность коррекции повышенного уровня ФРФ23 у пациентов с терминальными стадиями хронической болезни почек (ХБП). Пациенты с ХБП находятся в группе повышенного риска развития сердечно-сосудистых осложнений. Основным прогностическим маркером кардиоваскулярных осложнений является кальцификация сосудов, ассоциированная со значительным повышением их жесткости [94], гипертрофией левого желудочка [95]. В дополнение к «классическим» (т.е. сахарный диабет, артериальная гипертензия, дислипидемия, пожилой возраст) выделены «неклассические» факторы риска сердечно-сосудистых событий и смертности у пациентов с ХБП: нарушения минерального обмена (гиперкальцемия [96], гиперфосфате-мия [97]), гормональный дисбаланс (например, вторичный гиперпаратиреоз [98]), повышенный уровень ФРФ23 в сыворотке крови. В исследованиях показана корреляция повышенного уровня ФРФ23 с прогрессированием почечной недостаточности [99], гипертрофией левого желудочка [100], частотой неблагоприятных сердечно-сосудистых событий [101] и смертносттю [100,102] у пациентов с ХБП, независимо от уровня фосфатов крови. Кроме того, увеличение ФРФ23 связано с развитием минерально-костных нарушений у пациентов с ХБП. Поэтому возможность фармакологического влияния непосредственно на ФРФ23 представляется обоснованной в комплексной терапии ХБП. В 2012 году было проведено исследование эффективности применения антител к ФРФ23 у пациентов с хронической почечной недостаточностью [5]. Лечение антителами к ФРФ23 привело к повышению уровня кальция, витамина D, фосфатов крови и снижению уровня ПТГ. Однако, смертность на этом фоне увеличилась, что было связано с внутри-сосудистой кальцификацией и гиперфосфатемией. Гипер-кальцемию, и гиперфосфатемию связали с увеличением всасывания электролитов в ЖКТ на фоне повышения уровня витамина D. В этом же исследовании выявили положительное влияние антител к ФРФ23 на костную минерализацию, что вероятнее всего было связано с опосредованным действием антител к ФРФ23 через увеличение уровня активного витамина D в сыворотке крови и уменьшением уровня ПТГ [5]. В 2015 году проводилось исследование эффективности антител к ФРФ23 на мышиной модели ХБП с оценкой костной минерализации [103], которое также показало улучшение качества кости на фоне лечения. В ходе данного эксперимента у мышей наблюдалось снижение уровня ПТГ, увеличение уровней витамина D, кальция, фосфора в сыворотке крови, а также нормализация костных маркеров. Однако использование антител к ФРФ23 при ХБП может усугубить 32 № 1/2015 Остеопороз и остеопатии обзоры литературы гиперфосфатемию и, возможно, гиперкальциемию в результате увеличения 1,25(ОН)20, как было показано в исследовании на ФРФ23-дефицитных мышах. Более показательным в отношении эффективности действия антител к ФРФ23 стало рандомизированное клиническое исследование влияния антител к ФРФ23 при Х-связанном гипофосфатемическом рахите [6]. Пациентам с данной патологией проводилась однократная инъекция KRN23. KRN23 представляет собой рекомбинантный человеческий IgGj моноклональное антитело, которое, связываясь с ФРФ23, блокирует его биологическую активность. На фоне лечения у пациентов отмечалось клинически значимое увеличение фосфатов крови, причем гиперфосфатемии не наблюдалось. Витамин D также повышался, уровень кальция крови значимо не поднимался и не отличался от контрольной группы. Уровень ПТГ не увеличивался. Предполагается, что введение KRN23 1 раз в месяц станет оптимальной патогенетической терапией Х-связанного гипофосфате-мического рахита. Общие сведения об остеокальцине Остеокальцин - костно-специфический белок неколла-генового ряда, состоящий из 46-50 (обычно 49) аминокислот, который претерпевает посттрансляционные изменения путем витамин K-зависимого у-карбоксилирования тремя остатками глутаминовой кислоты. Его синтез происходит в остеобластах посредством экспрессии гена BGLAP, напрямую стимулируется витамином D. ПТГ тоже стимулирует продукцию остеокальцина, связываясь с рецептором PTH1R и активируя цАМФ-зависимую протеинкиназу А, запуская тем самым внутриклеточный сигнальный путь [104,105]. Вновь синтезируемый остеокальцин встраивается в костный матрикс и лишь небольшое его количество выделяется в циркуляцию, отражая позднюю стадию костеобразования. Уровень остеокальцина в сыворотке крови показывает сильную корреляционную зависимость с активностью костеобразования, полученного при гистоморфометрии кости и исследованиях кинетики кальция [106,107]. Остеокальцин в регуляции углеводного и энергетического обмена Исследователи долго не могли определить функциональную роль остеокальцина для скелета. Первоначально считалось, что остеокальцин нужен для минерализации костной ткани. Однако исследования на генетически модифицированных животных (не экспрессирующих остеокальцин) не продемонстрировали тяжелых нарушений минерализации. Мыши с заблокированным геном остеокальцина демонстрировали клиническую картину ожирения, сахарного диабета и лишь небольшую остеопению [108]. Первые наблюдения фенотипа мышей с нулевой экспрессией остеокальцина долгое время оставались без объяснения. Однако затем в серии экспериментов было показано, что у мышей, «нулевых» по гену Esp (также известный как Ptprv [109]), кодирующему синтез тирозинфосфатазы остеотестикулярного белка (OST-PTP), имеются отличия, в частности, наблюдалось высокая смертность у новорожденных, вызванная тяжелой гипогликемией [109-112]. Обследование выживших мышей показало увеличение размеров панкреатических островков, числа ß-клеток и уровня циркулирующего инсулина, рост чувствительности к инсулину, несмотря на гипогликемию, снижение количества жировой ткани и усиление экспрессии генов-мишеней инсулина в печени и мышцах [112]. Так как фенотип этих животных был прямо противоположным по сравнению к генетически модифицированным мышам «нулевыми» по остеокальцину, последние были обследованы повторно. При этом обнаружено усиление висцерального ожирения, нарушения толерантности к глюкозе, уменьшение уровня инсулина в крови и пролиферации островковых клеток. Этот фенотип был аналогичен таковому у мышей с повышенной экспрессией OST-PTP в остеобластах. Таким образом, при генетических исследованиях, проводившихся на мышах, было установлено, что остеокальцин воздействует на ß-клетки поджелудочной железы, усиливает выработку инсулина, и повышает утилизацию глюкозы в них за счет улучшения чувствительности к инсулину [109]. Рецепторов к самому остеокальцину не было обнаружено, но белок может изменять активность широко представленного G-белок-связанного рецептора - GPRC6A [110, 111]. Биологической активностью обладает декарбоксилированная форма остеокальцина. Несмотря на то, что определение циркулирующего остеокальцина различными методиками не стандартизовано и затруднено ввиду гетерогенности его фрагментов, доля декарбоксилированного остеокальцина оценивается более чем в 50% от общего остеокальцина в образцах сыворотки здоровых людей [111]. В дальнейшем в ходе экспериментов in vitro с остеокальцин-продуцирующими остеобластами было установлено, что указанный белок усиливает продукцию инсулина островками и повышает чувствительность к инсулину. Дальнейшие изучение роли остеокальцина было проведено с использованием клеточных технологий; лечение нормальных (немутантных) мышей in vivo с применением генно-инженерного декарбоксилированного остеокальцина обнаружило возрастание количества панкреатических ß-клеток, секреции инсулина, расхода энергии и чувствительности к инсулину [112]. В ходе исследований с генетически модифицированными животными было установлено ингибирование лептином секреции инсулина посредством снижения выработки биоактивного (декарбоксилирован-ного) остеокальцина [113]. Избирательная блокада симпа-тергических сигнальных путей в остеобластах привела к лептин-зависимому усилению секреции инсулина [114]. Та же самая генетическая манипуляция/модификация была ассоциирована со сниженной продукцией OST-PTP, фермента, подавляющего активность остеокальцина, что в дальнейшем приводило к нарастанию гиперинсулинемии [114]. В подтверждение этому, результаты некоторых (но не всех) эпидемиологических исследований у человека показали обратную связь между общей концентрацией остеокальцина в сыворотке крови и уровнем гликемии, а также выраженностью ожирения [115]. Тем не менее, в нескольких исследованиях, где оценивалась концентрация декар-боксилированных форм остеокальцина, не было показано подобных связей между декарбоксилированными формами остеокальцина и уровнем глюкозы или ожирением [115]. Различия в строении генов остеокальцина (один ген человека сопоставим с тремя генами мышей), его концентрации и метаболизме у человеческих и мышиных особей могут объяснить это несоответствие [115]. Сложная связь между уровнем витамина K и остеокальцина может иметь другой характер. Увеличение витамина K приводило к снижению концентрации декарбоксилированных форм остеокальцина [115,116], однако оказывало неодинаковое влияние на метаболизм глюкозы по данным ограниченного количества исследований у людей [115]. Кроме того, не имеется никаких точных сведений о влиянии на энергетический обмен перо-рального антагониста витамина K - варфарина. C другой стороны, в двух исследованиях у пациентов с сахарным диабетом уровни остеокальцина крови были значительно ниже по сравнению со здоровым контролем. Концентрация остеокальцина была обратно пропорциональна жировой массе и уровню глюкозы крови [117,118]. У женщин в постменопаузе с сахарным диабетом 2 типа уровни остеокальцина были значительно ниже по сравнению с контрольной группой [119], и в исследовании эффектов гиперкалорийной диеты и физической активности уровни остеокальцина в плазме прямо соотносились с чувствитель 33 обзоры литературы № 1/2015 Остеопороз и остеопатии ностью к инсулину и обратно - с уровнем триглицеридов в плазме крови натощак [120]. Важно отметить, что при анализе уровня остеокальцина во всех указанных исследованиях использовался общий - не только декарбоксилированный - остеокальцин, в то время как именно декарбоксилирован-ная форма гормона оценивалась в исследованиях на мышах. Таким образом, неизвестно, как декарбоксилированный остеокальцин участвует в регуляции энергетического обмена и является ли не-у-карбоксилированный остеокальцин гормонально активным у человеческих особей. Данный вопрос требует разрешения с помощью использования диагностических наборов с возможностью определения двух форм остеокальцина. Остеокальцин и репродуктивная функция у мужчин Экспериментальные исследования у животных, по аналогии с исследованиями, посвященными энергетическому обмену, продемонстрировали биологические эффекты остеокальцина на мужские половые гонады. Мыши с заблокированными генами Esp-/- и Ocn-/-, что в свою очередь демонстрирует избыточную или отсутствие продукции остеокальцина, принципиально отличались по продукции тестостерона. Мужские особи мышей с дефицитом остеокальцина демонстрировали низкую репродуктивную активность, что ассоциировалось со сниженным объемом яичек и семенных везикул, а также 50% снижением количества сперматозоидов [121-123]. У женских особей мышей нарушений со стороны репродуктивной системы не наблюдалось. Вместе с тем, особи мышей с генотипом Esp-/- имели увеличенный объем яичек и 30% увеличение количества сперматозоидов. При этом изолированное удаление гена остеокальцина клеток Лейдига не приводило к таким же изменениям, что свидетельствует о прямом вовлечении скелета в эндокринную регуляцию половой функции мужчин. Модели мышей с заблокированным геном остеокальцина, продуцируемого остеобластами, демонстрировали значительное ухудшение созревание клеток Лейдига и сниженный синтез тестостерона. Уровень андрогенов в периферической крови был значимо снижен у Ocn-/- мышей и повышен у Esp-/- животных. Последующие исследования, показали, что остеокальцин увеличивает продукцию цАМФ в клетках Лейдига путем воздействия на тот же, что и в поджелудочной железе - G-белок-связанный рецептор - GPRC6A. Этот рецептор не экспрессируется в тканях яичников, и женские половые гонады остаются нечувствительными к остеокальцину. В подтверждение этой гипотезы делеция гена GPRC6A в клетках Лейдига приводила к уменьшению фертильности мужских особей и снижению уровня тестостерона. Взаимодействие остеокальцина с рецептором GPRC6A обеспечивает синтез ферментов через механизм CREB, необходимых для продукции тестостерона клетками Лейдига. Однако эти исследования не доказывают сохраняются ли подобные регуляторные механизмы у человека. Вместе с тем, было проведено несколько клинических исследования у человека, которые в целом поддерживают гипотизу эндокринных эффектов остеокальцина на мужскую репродукцию [123,124,125]. В первом исследовании у молодых мужчин в период роста скелета уровень остеокальцина статистически значимо коррелировал с уровнем тестостерона, что также было связано с увеличением периостального костеобразования по данным pQCT лучевой кости, выполненного за период терапии. Такая же корреляция наблюдалась с уровнем декарбоксилированного остеокальцина. Максимальная сила корреляции между остеокальци-ном и тестостероном была в возрасте 11-14 лет, то есть в период максимального роста скелета. В этот период увеличение уровня остеокальцина (ввиду быстрого роста скелета) может больше стимулировать продукцию тестостеро на, что в свою очередь, еще усиливает набор пика костной массы. Можно предположить, что это объясняет больший размер скелета у мужчин по сравнению с женщинами при одинаковой плотности костной ткани [130]. В различных исследованиях, проведенных у пациентов с сахарным диабетом 2 типа циркулирующий декарбоксилированный остеокальцин демонстрировал прямую положительную зависимость с уровнем свободного тестостерона (даже после коррекции на ФСГ и ЛГ) и отрицательную зависимость с гликированным гемоглобином. Корреляционная зависимость между уровнем остеокальцина и тестостерона была выявлена в когорте мужчин (n=1338) в возрасте 25-86 лет, независимо от наличия или отсутствия диабета, также как и в меньшей популяции пациентов с патологией костной ткани [126]. Таким образом, костная ткань является активным секреторным органом, вовлеченным в процессы регуляции фосфорно-кальциевого обмена, энергетического обмена и продукции тестостерона у мужчин. Эндокринная активность фактора роста фибробластов 23 доказана у человека при изучении врожденных генетических дефектов, сопряженных с нарушением обмена фосфора и приобретенной эктопической продукцией ФРФ23 опухолью. Дальнейшие исследования в этой области имеют широкий терааевтиче-ский потенциал. Генетические исследования на моделях животных привнесли новую концепцию регуляции углеводного обмена, согласно которой остеокальцин, секретируемый остеобластами способствует усилению продукции инсулина, выживанию бета-клетки, увеличению чувствительности тканей к инсулину и уменьшению висцерального жира у мужчин и женщин. Кроме того, остеокальцин способствует увеличению продукции тестостерона у мужчин. Хотя эффекты остеокальцина только частично были подтверждены у человека, очевидна необходимость продолжения исследований в этой области для оценки клинического значения определения уровня остеокальцина или его декарбоксилированной формы у пациентов с диабетом или другими метаболическими заболеваниями.

About the authors

T A Grebennikova

Zh E Belaya

T T Tsoriev

L Ya Rozhinskaya

Email: rozhinskaya@rambler.ru

G A Melnichenko

References

  1. Дедов И.И., Мельниченко Г.А., Белая Ж.Е., Рожинская Л.Я.: «Остеопороз - от редкого симптома эндокринных болезней до безмолвной эпидемии 20-21 века» // Ж. Проблемы Эндокринологии, 2011, том 57, стр. 35-45,
  2. Белая Ж.Е., Рожинская Л.Я., Мельниченко Г.А. «Современные представления о действии тиреоидных гормонов и тиреотропного гормона на костную ткань» Ж. Проблемы эндокринологии, 2006 том 52 № 1, стр. 48-54
  3. Schwetz V., Pieber V., Obermayer-Pietsch. The endocrine role of the skeleton: background and clinical evidence. Eur J Endocrinol. 2012 Jun; 166(6): 959-67. doi: 10.1530/EJE-12-0030.
  4. Fukumoto S., Martin T.J. Bone as an endocrine organ. Trends Endocrinol Metab. 2009 Jul; 20(5): 230-6. doi: 10.1016/j. tem.2009.02.001.
  5. Shalhoub V., Shatzen E.M., Ward S.C. FGF23 neutralization improves chronic kidney disease-associated hyperparathyroidism yet increases mortality. J Clin Invest. 2012 Jul 2; 122(7): 25432553. doi: 10.1172/JCI61405,
  6. Carpenter T.O., Imel E.A., Ruppe M.D. et al. Randomized trial of the anti-FGF23 antibody KRN23 in X-linked hypophosphatemia. J Clin Invest. 2014 Apr; 124(4): 1587-97. doi: 10.1172/JCI72829
  7. Vervloet M.G., Massy Z.A., Brandenburg V.M. Bone: a new endocrine organ at the heart of chronic kidney disease and mineral and bone disorders. Lancet Diabetes Endocrinol. 2014 May; 2(5): 427-36. doi: 10.1016/S2213-8587(14)70059-2.
  8. Yamashita T., Yoshioka M., Itoh N. Identification of a novel fibroblast growth factor, FGF-23, preferentially expressed in the ventrolateral thalamic nucleus of the brain. Biochem Biophys Res Commun. 2000 Oct 22; 277(2): 494-8.
  9. Goetz R., Beenken A., Ibrahimi O.A. Molecular insights into the klotho-dependent, endocrine mode of action of fibroblast growth factor 19 subfamily members. Mol Cell Biol. 2007 May; 27(9): 3417-28.
  10. Martin A., Quarles L.D. Evidence for FGF23 involvement in a bone-kidney axis regulating bone mineralization and systemic phosphate and vitamin D homeostasis. Adv Exp Med Biol. 2012; 728: 65-83. doi: 10.1007/978-1-4614-0887-1_4.
  11. Hu M.C., Kuro-o M., Moe O.W. Secreted klotho and chronic kidney disease. Adv Exp Med Biol. 2012; 728: 126-57. doi: 10.1007/978-1-4614-0887-1_9.
  12. Urakawa I., Yamazaki Y., Shimada T. et al. Klotho converts canonical FGF receptor into a specific receptor for FGF23. Nature. 2006 Dec 7; 444(7120): 770-4. Epub 2006 Oct 29.
  13. Yu X., Ibrahimi O.A., Goetz R. Analysis of the biochemical mechanisms for the endocrine actions of fibroblast growth factor-23. Endocrinology. 2005 Nov; 146(11): 4647-56.
  14. Li S.A., Watanabe M., Yamada H. et al. Immunohistochemical localization of Klotho protein in brain, kidney and reproductive organs of mice. Cell Struct Funct. 2004 Dec; 29(4): 91-9.
  15. Yamazaki Y., Tamada T., Kasai N. Anti-FGF23 neutralizing antibodies show the physiological role and structural features of FGF23. J Bone Miner Res 2008; 23(9): 1509-18.
  16. John G.B., Cheng C.Y, Kuro-o M. Role of Klotho in aging, phosphate metabolism, and CKD. Am J Kidney Dis. 2011 Jul; 58(1): 127-34. doi: 10.1053/j.ajkd.2010.12.027.
  17. Martin A., David V., Darryl Quarles L. Regulation and function of the FGF23/Klotho endocrine pathways. Physiol Rev. 2012 Jan; 92(1): 131-55. doi: 10.1152/physrev.00002.2011.
  18. Oliveira R.B., Cancela A.L.E., Gracioli F.G. Early control of PTH and FGF23 in normophosphatemic CKD patients: a new target in CKD-MBD therapy? Clin J Am Soc Nephrol. 2010 Feb; 5(2): 286-91. doi: 10.2215/CJN.05420709.
  19. Kuro-o M., Matsumura Y., Aizawa H. Mutation of the mouse klotho gene leads to a syndrome resembling ageing. Nature. 1997 Nov 6; 390(6655): 45-51.
  20. Мелентьева А.А., Барышева О.Ю., Везикова Н.Н. и др. Роль фактора роста фибробластов 23 и фактора Klotho в развитии минерально-костных нарушений при хронической болезни почек. Курский научно-практический вестник “Человек и его здоровье”. 2014. № 3. С. 102-109.
  21. Ben-Dov I.Z., Galitzer H., Lavi-Moshayoff V. The parathyroid is a target organ for FGF23 in rats. J Clin Invest. 2007 Dec; 117(12): 4003-8.
  22. Wang H., Yoshiko Y., Yamamoto R. Overexpression of fibroblast growth factor 23 suppresses osteoblast differentiation and matrix mineralization in vitro. J Bone Miner Res 2008; 23(6): 939-48.
  23. Liu S., Zhou J., Tang W. Pathogenic role of Fgf23 in Hyp mice. Am J Physiol Endocrinol Metab 2006; 291(1): E38-49.
  24. Shimada T., Kakitani M., Yamazaki Y. Targeted ablation of Fgf23 demonstrates an essential physiological role of FGF23 in phosphate and vitamin D metabolism. J Clin Invest 2004; 113(4): 561-8.
  25. Sitara D., Razzaque M.S., Hesse M. Homozygous ablation of fibroblast growth factor-23 results in hyperphosphatemia and impaired skeletogenesis and reverses hypophosphatemia in Phex-deficient mice. Matrix Biol 2004; 23(7): 421-32.
  26. Hesse M., Fröhlich L.F., Zeitz U. Ablation of vitamin D signaling rescues bone, mineral and glucose homeostasis in Fgf-23 deficient mice. Matrix Biol 2007; 26(2): 75-84.
  27. Sitara D., Razzaque M.S., St-Arnaud R. Genetic ablation of vitamin d activation pathway reverses biochemical and skeletal anomalies in fgf-23-null animals. Am J Pathol 2006; 169(6): 2161-70.
  28. Stubbs J., Liu S., Tang W. et al. Role of Hyperphosphatemia and 1,25(OH)2D3 in Vascular Calcifications and Mortality in FGF23 Null Mice. J Am Soc Nephrol 2007; 17: 689A.
  29. Yilmaz M.I., Sonmez A., Saglam M. Comparison of calcium acetate and sevelamer on vascular function and fi broblast growth factor 23 in CKD patients: a randomized clinical trial. Am J Kidney Dis 2012; 59: 177-85.
  30. Jovanovich A., Ix J.H., Gottdiener J., et al. Fibroblast growth factor 23, left ventricular mass, and left ventricular hypertrophy in community-dwelling older adults. Atherosclerosis 2013; 231: 114-19.
  31. The HYP Consortium. A gene (PEX) with homologies to endopeptidases is mutated in patients with X-linked hypophosphatemic rickets. Nat Genet. 1995 Oct; 11(2): 130-6.
  32. Feng J.Q., Ward L.M., Liu S. et al. Loss of DMP1 causes rickets and osteomalacia and identifies a role for osteocytes in mineral metabolism. Nat Genet. 2006 Nov; 38(11): 1310-5.
  33. Lorenz-Depiereux B., Bastepe M., Benet-Pagès A. DMP1 mutations in autosomal recessive hypophosphatemia implicate a bone matrix protein in the regulation of phosphate homeostasis. Nat Genet. 2006 Nov; 38(11): 1248-50.
  34. Riminucci M., Collins M.T., Fedarko N.S. FGF-23 in fibrous dysplasia of bone and its relationship to renal phosphate wasting. J Clin Invest. 2003 Sep; 112(5): 683-92.
  35. Bai X.Y., Miao D., Goltzman D. The autosomal dominant hypophosphatemic rickets R176Q mutation in fibroblast growth factor 23 resists proteolytic cleavage and enhances in vivo biological potency. J Biol Chem 2003; 278(11): 9843-9.
  36. Benet-Pagès A., Lorenz-Depiereux B, Zischka H. FGF23 is processed by proprotein convertases but not by PHEX. Bone 2004; 35(2): 455-62.
  37. Lyles K.W., Burkes E.J., Ellis G.J. Genetic transmission of tumoral calcinosis: autosomal dominant with variable clinical expressivity. J Clin Endocrinol Metab 1985; 60(6): 1093-6.
  38. Benet-Pagès A., Orlik P., Strom T.M. An FGF23 missense mutation causes familial tumoral calcinosis with hyperphosphatemia. Hum Mol Genet. 2005 Feb 1; 14(3): 385-90
  39. Ichikawa S., Imel E.A., Kreiter M.L. et al. A homozygous missense mutation in human KLOTHO causes severe tumoral calcinosis. J Clin Invest. 2007 Sep; 117(9): 2684-91.
  40. Topaz O., Shurman D.L., Bergman R. Mutations in GALNT3, encoding a protein involved in O-linked glycosylation, cause familial tumoral calcinosis. Nat Genet. 2004 Jun; 36(6): 579-
  41. Epub 2004 May 9.
  42. Razzaque M.S., Sitara D., Taguchi T. Premature aging-like phenotype in fibroblast growth factor 23 null mice is a vitamin D-mediated process. FASEB J 2006; 20(6): 720-2.
  43. Liu S., Tang W., Zhou J. Fibroblast growth factor 23 is a counter-regulatory phosphaturic hormone for vitamin D. J Am Soc Nephrol 2006; 17(5): 1305-15.
  44. Zhang F., Zhai G., Kato B.S. Association between KLOTHO gene and hand osteoarthritis in a female Caucasian population. Osteoarthritis Cartilage. 2007 Jun; 15(6): 624-9.
  45. Шутов Е.В. Значение фактора роста фибробластов-23 у больных хронической болезнью почек - обзор современных исследований. Лечащий врач. - 2012. - № 8. - C. 12-16.
  46. Добронравов В.А. Современный взгляд на патофизиологию вторичного гиперпаратиреоза: роль фактора роста фибробластов 23 и Klotho. Нефрология. - 2011. - Т. 15, № 4. - С. 11-20.
  47. Милованова Л.Ю., Милованов Ю.С., Козловская Л.В. Нарушения фосфорно-кальциевого обмена при хронической болезни почек III-V стадий. Клиническая нефрология. - 2011. - № 1. - С. 58-68.
  48. Koizumi M., Komaba H., Nakanishi S. Cinacalcet treatment and serum FGF23 levels in haemodialysis patients with secondary hyperparathyroidism. Nephrol Dial Transplant. 2012 Feb; 27(2): 784-90. doi: 10.1093/ndt/gfr384.
  49. Tebben PJ, Singh RJ, Clarke BL. Fibroblast growth factor 23, parathyroid hormone and 1alpha,25-dihydroxyvitamin D in surgically treated primary hyperparathyroidism. Mayo Clin Proc 2004; 79(12): 1508-13.
  50. Kawata T., Imanishi Y., Kobayashi K. Parathyroid hormone regulates fibroblast growth factor-23 in a mouse model of primary hyperparathyroidism. J Am Soc Nephrol 2007; 18(10): 2683-8.
  51. Saji F., Shiizaki K., Shimada S. Regulation of fibroblast growth factor 23 production in bone in uremic rats. Nephron Physiol 2009; 111(4): p59-66.
  52. Xiao Z.S., Crenshaw M., Guo R. et al. Intrinsic mineralization defect in Hyp mouse osteoblasts. Am J Physiol 1998; 275(4 Pt 1): E700-8.
  53. Liu S., Zhou J., Tang W. Pathogenic role of Fgf23 in Dmp1-null mice. Am J Physiol Endocrinol Metab 2008; 295(2): E254-61.
  54. Liu S., Vierthaler L., Tang W. FGFR3 and FGFR4 do not mediate renal effectso of FGF23 in vivo. J Am Soc Nephrol. 2008 Dec; 19(12): 2342-50. doi: 10.1681/ASN.2007121301
  55. Ogbureke K.U., Fisher L.W. Expression of SIBLINGs and their partner MMPs in salivary glands. J Dent Res 2004; 83(9): 664-70.
  56. Goebel S., Lienau J., Rammoser U. et al. FGF23 is a putative marker for bone healing and regeneration. J Orthop Res. 2009 Sep; 27(9): 1141-6. doi: 10.1002/jor.20857.
  57. Matsumura Y., Aizawa H., Shiraki-Iida T. Identification of the human klotho gene and its two transcripts encoding membrane and secreted klotho protein. Biochem Biophys Res Commun. 1998; 242(3): 626-630.
  58. Shiraki-Iida T., Aizawa H., Matsumura Y. Structure of the mouse klotho gene and its two transcripts encoding membrane and secreted protein. FEBS Lett. 1998 Mar 6; 424(1-2): 6-10.
  59. Tohyama O., Imuxa A., Iwano A. Klotho is a novel beta-glucuronidase capable of hydrolyzing steroid beta-glucuxonides. J Biol Chem. 2004 Mar 12; 279(11): 9777-84
  60. Chen C.D., Podvin S., Gillespie E. Insulin stimulates the cleavage and release of the extracellular domain of Klotho by ADAM10 and ADAM17. Proc Natl Acad Sci USA. 2007; 104(50): 19796-19801.
  61. Bloch L., Sineshchekova O., Reichenbach D. Klotho is a substrate for alpha-, beta- and gamma-secretase. FEBS Lett. 2009; 583(19): 3221-3224.
  62. Cha S.K., Hu M.C., Kurosu H. Regulation of renal outer medullary potassium channel and renal K(+) excretion by Klotho. Mol Pharmacol. 2009; 76(1): 38-46.
  63. Cha S.K., Ortega B., Kurosu H. Removal of sialic acid involving Klotho causes cell-surface retention of TRPV5 channel via binding to galectin-1. Proc Natl Acad Sci USA. 2008; 105(28): 9805-9810.
  64. Hu M.C., Shi M., Zhang J. Klotho: a novel phosphaturic substance acting as an autocrine enzyme in the renal proximal tubule. FASEB J. 2010; 24(9): 3438-3450.
  65. Fukagawa M., Kazama J.J. With or without the kidney: the role of FGF23 in CKD. Nephrol Dial Transplant. 2005; 20(7): 1295-1298.
  66. Weber T.J., Liu S., Indridason O.S. Serum FGF23 levels in normal and disordered phosphorus homeostasis. J Bone Miner Res. 2003; 18(7): 1227-1234.
  67. Nakatani T., Sarraj B., Ohnishi M. In vivo genetic evidence for klotho-dependent, fibroblast growth factor 23 (Fgf23)-mediated regulation of systemic phosphate homeostasis. FASEB J. 2009; 23(2): 433-441.
  68. Hu M.C., Shi M., Zhang J. Klotho deficiency causes vascular calcification in chronic kidney disease. J Am Soc Nephrol. 2011; 22(1): 124-136.
  69. Jono S., Shioi A., Ikari Y. Vascular calcification in chronic kidney disease. J Bone Miner Metab. 2006; 24(2): 176-181.
  70. London G.M. Cardiovascular calcifications in uremic patients: clinical impact on cardiovascular function. J Am Soc Nephrol. 2003; 14 Suppl 4(9): S305-S309.
  71. Liu H., Fergusson M.M., Castilho R.M. Augmented Wnt signaling in a mammalian model of accelerated aging. Science. 2007; 317(5839): 803-806.
  72. De Oliveira R.M. Klotho RNAi induces premature senescence of human cells via a p53/p21 dependent pathway. FEBS Lett. 2006; 580(24): 5753-5758.
  73. Ming Chang Hu, Makoto Kuro-o, Orson W. Moe. Secreted Klotho and chronic disease. Adv Exp Med Biol. 2012; 728: 126-157. doi: 10.1007/978-1-4614-0887-1_9.
  74. Nakamura T., Saito Y., Ohyama Y., et al. Production of nitric oxide, but not prostacyclin, is reduced in klotho mice. Jpn J Pharmacol. 2002; 89(2): 149-156.
  75. Shimada T., Takeshita Y., Murohara T., et al. Angiogenesis and vasculogenesis are impaired in the precocious-aging klotho mouse. Circulation. 2004; 110(9): 1148-1155.
  76. Taniyama Y., Morishita R. Does therapeutic angiogenesis overcome CKD? Hypertens Res. 2010; 33(2): 114-115.
  77. Mu W., Long D.A., Ouyang X. Angiostatin over expression is associated with an improvement in chronic kidney injury by an anti-inflammatory mechanism. Am J Physiol Renal Physiol. 2009; 296(1): F145-F152.
  78. Westerweel P.E., Hoefer I.E., Blankestijn P.J. End-stage renal disease causes an imbalance between endothelial and smooth muscle progenitor cells. Am J Physiol Renal Physiol. 2007; 292(4): F1132-F1140.
  79. Sugiura H., Yoshida T., Kohei J., et al. TGF-ß Was Upregulated in Renal Fibrosis Model of Klotho Defect Mouse and Affected Renal Klotho Expression Level (Abstract). J Am Soc Nephrol. 2010; 21: 376A.
  80. Zeisberg M., Hanai J., Sugimoto H., et al. BMP-7 counteracts TGF-beta1-induced epithelial-to-mesenchymal transition and reverses chronic renal injury. Nat Med. 2003; 9(7): 964-968.
  81. Iwano M. EMT and TGF-beta in renal fibrosis. Front Biosci (Schol Ed). 2010; 2: 229-238.
  82. Sato M., Muragaki Y., Saika S. Targeted disruption of TGF-betal/Smad3 signaling protects against renal tubulointerstitial fibrosis induced by unilateral ureteral obstruction. J Clin Invest.2003; 112(10): 1486-1494.
  83. Takeshita K., Yamamoto K., Ito M. Increased expression of plasminogen activator inhibitor-1 with fibrin deposition in a murine model of aging, «Klotho» mouse. Semin Thromb Hemost.2002; 28(6): 545-554.
  84. Krajisnik T., Olauson H., Mirza M.A. Parathyroid Klotho and FGF-receptor 1 expression decline with renal function in hyperparathyroid patients with chronic kidney disease and kidney transplant recipients. Kidney Int. 2010; 78(10): 1024-1032.
  85. Canalejo R., Canalejo A., Martinez-Moreno J.M. FGF23 fails to inhibit uremic parathyroid glands. J Am Soc Nephrol. 2010; 21(7): 1125-1135.
  86. Tomida K., Hamano T., Mikami S., et al. Serum 25-hydroxy vitamin D as an independent determinant of 1-84 PTH and bone mineral density in nondiabetic predialysis CKD patients. Bone. 2009; 44(4): 678-683.
  87. Jassal S.K., von Muhlen D., Barrett-Connor E. Measures of renal function, BMD, bone loss, and osteoporotic fracture in older adults: the Rancho Bernardo study. J Bone Miner Res. 2007; 22(2): 203-210.
  88. Yamazaki Y., Imura A., Urakawa I. et al. Establishment of sandwich ELISA for soluble alpha-Klotho measurement: Age-dependent change of soluble alpha-Klotho levels in healthy subjects.Biochem Biophys Res Commun. 2010; 398(3): 513-518.
  89. Appledorn D.M., Seregin S., Amalfitano A. Adenovirus vectors for renal-targeted gene delivery. Contrib Nephrol. 2008; 159: 47-62.
  90. Imai E. Gene therapy approach in renal disease in the 21st century. Nephrol Dial Transplant. 2001; 16(Suppl 5): 26-34.
  91. Huang C.L. Regulation of ion channels by secreted Klotho: mechanisms and implications. Kidney Int. 2010; 77(10): 855-860.
  92. Kurosu H., Ogawa Y., Miyoshi M. Regulation of fibroblast growth factor-23 signaling by klotho. J Biol Chem. 2006; 281(10): 6120-6123.
  93. Hu M.C., Shi M., Zhang J. Klotho deficiency is an early biomarker of renal ischemia-reperfusion injury and its replacement is protective. Kidney Int. 2010; 78(12): 1240-1251.
  94. Mitani H., Ishizaka N., Aizawa T. In vivo klotho gene transfer ameliorates angiotensin II-induced renal damage. Hypertension. 2002; 39(4): 838-843.
  95. London G.M., Guerin A.P., Marchais S.J., Metivier F., Pannier B., Adda H. Arterial media calcification in end-stage renal disease: impact on all-cause and cardiovascular mortality. Nephrol Dial Transplant. 2003; 18(9): 1731-1740. doi: 10.1093/ndt/gfg414.
  96. Nitta K., et al. Left ventricular hypertrophy is associated with arterial stiffness and vascular calcification in hemodialysis patients. Hypertens Res. 2004; 27(1): 47-52. doi: 10.1291/hypres.27.47.
  97. Chertow G.M., Raggi P., Chasan-Taber S., Bommer J., Holzer H., Burke S.K. Determinants of progressive vascular calcification in haemodialysis patients. Nephrol Dial Transplant. 2004; 19(6): 1489-1496. doi: 10.1093/ndt/gfh125.
  98. Block G.A., Hulbert-Shearon T.E., Levin N.W. Association of serum phosphorus and calcium x phosphate product with mortality risk in chronic hemodialysis patients: a national study. Am J Kidney Dis. 1998; 31(4): 607-617. doi: 10.1053/ajkd.1998.v31.pm9531176.
  99. Sambrook P.N., Chen J.S., March L.M. Serum parathyroid hormone is associated with increased mortality independent of 25-hydroxy vitamin d status, bone mass, and renal function in the frail and very old: a cohort study. J Clin Endocrinol Metab. 2004; 89(11): 5477-5481. doi: 10.1210/jc.2004-0307.
  100. Fliser D., Kollerits B., Neyer U. Fibroblast growth factor 23 (FGF23) predicts progression of chronic kidney disease: the Mild to Moderate Kidney Disease (MMKD) Study. J Am Soc Nephrol. 2007; 18(9): 2600-2608. doi: 10.1681/ASN.2006080936.
  101. Gutiérrez O.M., Januzzi J.L., Isakova T. Fibroblast growth factor 23 and left ventricular hypertrophy in chronic kidney disease. Circulation. 2009; 119(19): 2545-2552. doi: 10.1161/ CIRCULATIONAHA. 108.844506
  102. Seiler S., Reichart B., Roth D. FGF-23 and future cardiovascular events in patients with chronic kidney disease before initiation of dialysis treatment. Nephrol Dial Transplant. 2010; 25(12): 3983-3989. doi: 10.1093/ndt/gfq309.
  103. Jean G., Terrat J.C., Vanel T. High levels of serum fibroblast growth factor (FGF)-23 are associated with increased mortality in long haemodialysis patients. Nephrol Dial Transplant. 2009; 24(9): 2792-2796. doi: 10.1093/ndt/gfp191.
  104. Sun N., Guo Y., Liu W. FGF23 neutralization improves bone quality and osseointegration of titanium implants in chronic kidney disease mice. Sci Rep. 2015 Feb 10; 5: 8304. doi: 10.1038/srep08304.
  105. Lee A.J., Hodges S., Eastell R. Measuremant of osteocalcin. Ann Clin Biochem. 2000 Jul; 37 ( Pt 4): 432-46.
  106. Белая Ж.Е., Рожинская Л.Я., Мельниченко Г.А., Ильин А.В., Драгунова Н.В., Колесникова Г.С., Бутрова С.А., Трошина Е.А.: Возможности маркёра костного обмена - остеокальцина - для диагностики эндогенного гиперкортицизма и вторичного остеопороза. // Ж. Остеопороз и Остеопатии, 2011, № 2, стр. 7-10
  107. Delmas P.D., Malaval L., Arlot M.E. Serum bone Glaprotein compared to bone histomorphometry in endocrine diseases. Bone. 1985; 6(5): 339-41.
  108. Charles P., Poser J.W., Mosekilde L. Estimation of bone turnover evaluated by 47Ca-kinetics. Efficiency of serum bone gammacarboxyglutamic acid-containing protein, serum alkaline phosphatase, and urinary hydroxyproline excretion. J Clin Invest. 1985 Dec; 76(6): 2254-8.
  109. Ducy P., Desbois C., Boyce B. et al. Increased bone formation in osteocalcin-deficient mice. Nature. 1996 Aug 1; 382(6590): 448-52
  110. Lee, N.K. и Karsenty, G. Reciprocal regulation of bone and energy metabolism. Trends Endocrinol Metab. 2008 Jul; 19(5): 161-6. doi: 10.1016/j.tem.2008.02.006
  111. Wellendorph P., Bräuner-Osborne H. Molecular cloning, expression, and sequence analysis of GPRC6A, a novel family C G-protein-coupled receptor. Gene 2004; 335: 37-46
  112. Lee N.K., Sowa H., Hinoi E. Endocrine regulation of energy metabolism by the skeleton. Cell 2007; 130: 456-69.
  113. Ferron M., Hinoi E., Karsenty G. et al. (2008) Osteocalcin differentially regulates beta cell and adipocyte gene expression and affects the development of metabolic diseases in wild-type mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Apr 1; 105(13): 5266-70. doi: 10.1073/pnas.0711119105
  114. Shi Y., Yadav V.K., Suda N. Dissociation of the neuronal regulation of bone mass and energy metabolism by leptin in vivo. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Dec 23; 105(51): 20529-33. doi: 10.1073/pnas.0808701106
  115. Hinoi E., Gao N., Jung D.Y. The sympathetic tone mediates leptin’s inhibition of insulin secretion by modulating osteocalcin bioactivity. J Cell Biol. 2008 Dec 29; 183(7): 1235-42. doi: 10.1083/jcb.200809113
  116. Booth S.L., Centi A., Smith S.R. The role of osteocalcin in human glucose metabolism: marker or mediator? Nat Rev Endocrinol 2013; 9: 43-55.
  117. Sokoll L.J., Booth S.L., O’Brien M.E. et al. Changes in serum osteocalcin, plasma phylloquinone, and urinary y-carboxyglutamic acid in response to altered intakes of dietary phylloquinone in human subjects. Am J Clin Nutr 1997; 65: 779-84.
  118. Kindblom J.M., Ohlsson C., Ljunggren O. Plasma osteocalcin is inversely related to fat mass and plasma glucose in elderly Swedish men. J Bone Miner Res. 2009 May; 24(5): 785-91. doi: 10.1359/jbmr.081234.
  119. Pittas A.G., Harris S.S., Eliades M. Association between serum osteocalcin and markers of metabolic phenotype. J Clin Endocrinol Metab. 2009 Mar; 94(3): 827-32. doi: 10.1210/ jc.2008-1422.
  120. Im J.A., Yu B.P., Jeon J.Y. et al. Relationship between osteocalcin and glucose metabolism in postmenopausal women. Clin Chim Acta. 2008 Oct; 396(1-2): 66-9. doi: 10.1016/j.cca.2008.07.001
  121. Fernândez-Real J.M., Izquierdo M., Ortega F. et al. The relationship of serum osteocalcin concentration to insulin secretion, sensitivity, and disposal with hypocaloric diet and resistance training. J Clin Endocrinol Metab. 2009 Jan; 94(1): 237-45. doi: 10.1210/jc.2008-0270.
  122. Patti A., Gennari L., Merlotti D. et al. Endocrine Actions of Osteocalcin. Int J Endocrinol. 2013; 2013: 846480. doi: 10.1155/2013/846480.
  123. Oury F., Sumara G., Sumara O. Endocrine regulation of male fertility by the skeleton. Cell. 2011 Mar 4; 144(5): 796-809. doi: 10.1016/j.cell.2011.02.004.
  124. Kirmani S., Atkinson E.J., Melton L.J. 3rd et al. Relationship of testosterone and osteocalcin levels during growth. J Bone Miner Res. 2011 Sep; 26(9): 2212-6. doi: 10.1002/jbmr.421.
  125. Kanazawa I., Tanaka K., Ogawa N. et al. Undercarboxylated osteocalcin is positively associated with free testosterone in male patients with type I diabetes mellitus. Osteoporos Int. 2013 Mar; 24(3): 1115-9. doi: 10.1007/s00198-012-2017-7.
  126. Hannemann A., Breer S., Wallaschofski H. Osteocalcin is associated with testosterone in the general population and selected patients with bone disorders. Andrology. 2013 May; 1(3): 469-74. doi: 10.1111/j.2047-2927.2012.00044.x.
  127. Seeman E. Pathogenesis of bone fragility in women and men. Lancet. 2002 May 25; 359(9320): 1841-50.

Statistics

Views

Abstract - 1609

PDF (Russian) - 564

Cited-By


PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2015 Grebennikova T.A., Belaya Z.E., Tsoriev T.T., Rozhinskaya L.Y., Melnichenko G.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies