ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΙΣ ΚΛΙΝΙΚΕΣ-ΚΛΙΝΙΚΟΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΙΑΤΡΙΚΕΣ ΕΙΔΙΚΟΤΗΤΕΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΙΣ ΚΛΙΝΙΚΕΣ-ΚΛΙΝΙΚΟΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΙΑΤΡΙΚΕΣ ΕΙΔΙΚΟΤΗΤΕΣ ΠΑΙΔΙΑΤΡΙΚΗ ΚΛΙΝΙΚΗ ΔΙΕΥΘΥΝΤΗΣ: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΓΑΒΡΙΗΛ ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΤΑ ΕΠΙΠΕΔΑ ΤΟΥ ΑΥΞΗΤΙΚΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ ΤΩΝ ΙΝΟΒΛΑΣΤΩΝ 23 (FGF23) ΚΑΙ ΤΗΣ ΠΡΩΤΕΪΝΗΣ KLOTHO ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΗΛΙΚΙΑ ΚΑΙ ΤΗ ΝΕΦΡΙΚΗ ΕΠΑΝΑΡΡΟΦΗΣΗ ΦΩΣΦΟΡΟΥ ΣΤΗΝ ΠΑΙΔΙΚΗ ΗΛΙΚΙΑ ΔΕΣΠΟΙΝΑ ΓΚΕΝΤΖΗ ΠΑΙΔΙΑΤΡΟΣ ΠΑΤΡΑ

2 2

3 ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ 1. Διονύσιος Χρύσης: Αναπληρωτής Καθηγητής Παιδιατρικής-Παιδιατρικής Ενδοκρινολογίας Πανεπιστημίου Πατρών, Επιβλέπων 2. Στέφανος Μανταγός: Ομότιμος Καθηγητής Παιδιατρικής Πανεπιστημίου Πατρών 3. Αγγελική Καρατζά: Επίκουρος Καθηγήτρια Παιδιατρικής-Παιδοκαρδιολογίας Πανεπιστημίου Πατρών ΕΠΤΑΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ 1. Διονύσιος Χρύσης: Αναπληρωτής Καθηγητής Παιδιατρικής-Παιδιατρικής Ενδοκρινολογίας Πανεπιστημίου Πατρών, Επιβλέπων 2. Στέφανος Μανταγός: Ομότιμος Καθηγητής Παιδιατρικής Πανεπιστημίου Πατρών, μέλος Επταμελούς Εξεταστικής Επιτροπής 3. Αγγελική Καρατζά: Επίκουρος Καθηγήτρια Παιδιατρικής-Παιδοκαρδιολογίας Πανεπιστημίου Πατρών, μέλος Επταμελούς Εξεταστικής Επιτροπής 4. Γαβριήλ Δημητρίου: Καθηγητής Παιδιατρικής-Νεογνολογίας Πανεπιστημίου Πατρών, μέλος Επταμελούς Εξεταστικής Επιτροπής 5. Θεόδωρος Αλεξανδρίδης: Καθηγητής Ενδοκρινολογίας Πανεπιστημίου Πατρών, μέλος Επταμελούς Εξεταστικής Επιτροπής 6. Βασιλική Γκρέκα-Σπηλιώτη: Καθηγήτρια Παιδιατρικής-Παιδιατρικής Ενδοκρινολογίας Πανεπιστημίου Πατρών, μέλος Επταμελούς Εξεταστικής Επιτροπής 7. Αναστασία Βαρβαρήγου: Καθηγήτρια Παιδιατρικής-Νεογνολογίας Πανεπιστημίου Πατρών, μέλος Επταμελούς Εξεταστικής Επιτροπής 3

4 4

5 Στους γονείς μου για την αμέριστη συμπαράσταση & στους γιους μου, Γιάννη και Αλέξανδρο 5

6 6

7 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Με την εκπόνηση της παρούσας διατριβής θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαιτέρως τον επιβλέποντα Καθηγητή μου κ. Διονύσιο Χρύση για την καθοδήγηση και το χρόνο που μου αφιέρωσε. Μέσα από αυτή τη διαδικασία με δίδαξε με υπομονή και μεθοδικότητα και θα αποτελεί για εμένα παράδειγμα ακαδημαϊκού προς μίμηση στην περαιτέρω ερευνητική μου δραστηριότητα. Ευχαριστώ επίσης τους κ. Στέφανο Μανταγό, Ομότιμο Καθηγητή Παιδιατρικής, και τον κ. Γαβριήλ Δημητρίου, Καθηγητή και Διευθυντή της Παιδιατρικής Κλινικής, για την ηθική υποστήριξη και τη γόνιμη συνεισφορά τους κατά τη διάρκεια της προσπάθειας αυτής. Θερμά ευχαριστώ επίσης την κ. Αγγελική Καρατζά, Επίκουρη Καθηγήτρια Παιδιατρικής, για την επιστημονικότητα, προθυμία και εποικοδομητική βοήθεια της σε όλο αυτό το διάστημα και ειδικά κατά την εκμάθηση των βασικών αρχών στατιστικής και έρευνας. Επίσης ευχαριστώ την κ. Αλεξάνδρα Ευθυμιάδου, Παιδοενδοκρινολόγο-Επιμελήτρια Α της Πανεπιστημιακής Παιδιατρικής Κλινικής, για τη βοήθεια της και την κ. Δήμητρα Κρητικού, Δρ Βιολόγο του Εργαστηρίου Μεταβολικών Νοσημάτων του Πανεπιστημίου Πατρών όπου πραγματοποιήθηκαν οι μετρήσεις και τα πειράματα της παρούσας διατριβής, για την εργαστηριακή και τεχνική υποστήριξη. Ευχαριστώ τους γονείς μου και τον αδερφό μου για την αμέριστη συμπαράσταση στη διάρκεια αυτής της προσπάθειας. Τέλος, ευχαριστώ και το συζυγό μου που με στήριξε με κατανόηση και υπομονή σε όλο αυτό το διάστημα. 7

8 8

9 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Α. ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Μεταβολισμός φωσφόρου Φυσιολογία και ρύθμιση επιπέδων φωσφόρου Φωσφατονίνες O παράγοντας FGF Δομή και παραγωγή FGF Ρύθμιση FGF Δράσεις του FGF Η πρωτεΐνη Klothο Δομή και παραγωγή πρωτεΐνης Klotho Η πρωτεΐνη Klotho ως συμπαράγοντας και ρυθμιστής του FGF Δράσεις πρωτεΐνης Klotho ανεξάρτητες του FGF Γενετικές διαταραχές φωσφόρου που σχετίζονται με FGF23/ Klotho Διαταραχές λόγω υπερέκφρασης FGF23/ Klotho Διαταραχές λόγω έλλειψης FGF23/ Klotho Φώσφορος στην παιδική ηλικία Μεταβολές επιπέδων φωσφόρου στην παιδική ηλικία Καταστάσεις που οδηγούν σε υποφωσφαταιμία και υπερφωσφαταιμία στα παιδιά 41 9

10 Β. ΕΙΔΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Υπόθεση Στόχοι μελέτης / Ερευνητικά ερωτήματα Παιδιατρικός Πληθυσμός και Μέθοδοι Παιδιατρικός πληθυσμός, κριτήρια εισαγωγής και αποκλεισμού Μετρήσεις Στατιστική ανάλυση Ηθική και Δεοντολογία Αποτελέσματα Χαρακτηριστικά συμμετεχόντων και κύρια αποτελέσματα FGF Klotho Συζήτηση Συμπεράσματα 91 Γ. ΠΕΡΙΛΗΨΗ - SUMMARY 93 Δ. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 97 10

11 A. ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 11

12 12

13 1. Μεταβολισμός φωσφόρου 1.1 Φυσιολογία και ρύθμιση επιπέδων φωσφόρου Ο φώσφορος αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα ιχνοστοιχεία στον ανθρώπινο οργανισμό και είναι απαραίτητος σε πολλές κυτταρικές διαδικασίες. Είναι βασικό δομικό στοιχείο των νουκλεϊκών οξέων και της κυτταρικής μεμβράνης, τροποποιεί τη λειτουργία των πρωτεϊνών και αποτελεί σημαντικό ενδοκυττάριο διαμεσολαβητή και συστατικό του ATP (Bastepe and Juppner 2008; Fukumoto 2008; Gattineni and Baum 2010). Επιπλέον, είναι ένα από τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία των οστών με τη μορφή του υδροξυαπατίτη (Fukumoto 2008). Τα επίπεδα του φωσφόρου θα πρέπει επομένως να ρυθμίζονται σε αυστηρά πλαίσια προκειμένου να επιτελούνται οι ανωτέρω σύνθετες διεργασίες. Τα επίπεδα του φωσφόρου στο αίμα ρυθμίζονται από την απορρόφησή του από το έντερο, τη νεφρική επαναρρόφηση και τη δυναμική ισορροπία μεταξύ των επιπέδων εξωκυττάριου και ενδοκυττάριου φωσφόρου στα οστά. Από τους ανωτέρω μηχανισμούς, η νεφρική επαναρρόφηση φαίνεται να αποτελεί τον πιο καθοριστικό μηχανισμό ειδικά σε χρόνια βάση, ενώ οξείες αλλαγές των επιπέδων του γίνονται κυρίως από τη μετακίνηση του εξωκυττάριου φωσφόρου στον ενδοκυττάριο χώρο και στα οστά και αντιστρόφως (Fukumoto 2008). Το 90% του φωσφόρου του αίματος διηθείται από το σπείραμα και 15% από αυτό αποβάλλεται από τα ούρα υπό την 13

14 προϋπόθεση ότι έχουμε φυσιολογική διαιτητική πρόσληψη. Το 90% του διηθημένου φωσφόρου επαναρροφάται από το εγγύς νεφρικό σωληνάριο μέσω μιας διαδικασίας διακυττάριας μεταφοράς. Το ρυθμιστικό σημείο αυτού του διαεπιθηλιακού συστήματος μεταφοράς είναι η είσοδος φωσφόρου στο κορυφαίο τμήμα του εγγύς νεφρικού σωληναρίου. Ρυθμιστές της νεφρικής επαναρρόφησης φωσφόρου Κατά τη διαδικασία αυτή συμμετέχουν οι συμμεταφορείς νατρίου-φωσφόρου που χρησιμοποιούν το εσωτερικό gradient που διατηρείται από τη δραστηριότητα της αντλίας νατρίου-καλίου ATPάσης. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι συμμεταφορέων νατρίου-φωσφόρου αλλά οι πιο σημαντικοί για τη νεφρική μεταφορά φωσφόρου είναι οι NaPi-2a και NaPi-2c που βρίσκονται στο κορυφαίο τμήμα (προς την πλευρά των ούρων) του εγγύς νεφρικού σωληναρίου. O NaPi-2a είναι ο κυριότερος γιατί μεταφέρει την πλειονότητα του φωσφόρου και αποτελεί στόχο των δύο ορμονών που κυρίως ρυθμίζουν τη νεφρική επαναπρόσληψή του, της παραθορμόνης (PTH) και του αυξητικού παράγοντα των ινοβλαστών 23 (fibroblast growth factor 23, FGF23). Tόσο ο NaPi-2a, όσο και ο NaPi-2c ρυθμίζονται ταυτόχρονα και αυξάνονται όταν η δίαιτα είναι πτωχή σε φώσφορο ενώ μειώνονται μετά από κατανάλωση μεγάλης ποσότητας φωσφόρου. Η PTH ελαττώνει την περίσσεια NaPi-2a και οδηγεί σε μείωση της μεταφοράς φωσφόρου και φωσφατουρία. Ίδια επίδραση έχει η PTH και στο NaPi-2c 14

15 που πραγματοποιείται με πιο αργό ρυθμό (Murer, Forster et al. 1999; Segawa, Yamanaka et al. 2005). Και στις δύο περιπτώσεις η δράση της PTH γίνεται μέσω camp και πρωτεϊνικής κινάσης με τη διαμεσολάβηση της πρωτεΐνης NHERF1 (sodiumhydrogen exchanger regulatory factor 1) όπως φαίνεται στην εικόνα 1. Εκτός από την PTH βασικό ρόλο στη ρύθμιση των επιπέδων των ανωτέρω συμμεταφορέων παίζει και ο FGF23 με τη διαμεσολάβηση της πρωτεΐνης Klotho για τα οποία θα αναφερθούμε αναλυτικά στο σχετικό κεφάλαιο (Prie and Friedlander 2010;Gattineni and Baum 2010; Fukumoto and Martin 2009). 15

16 Εικόνα 1: Επαναρρόφηση φωσφόρου στο εγγύς νεφρικό σωληνάριο Αναπαράγεται με άδεια από "Genetic disorders of renal phosphate transport." N Engl J Med. Copyright Massachusetts Medical Society. PTH, βιταμίνη D και επίπεδα φωσφόρου Σε ότι αφορά στην 1,25 διυδροξυβιταμίνη D (1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνη D), η PTH στο εγγύς νεφρικό σωληνάριο προάγει την έκφραση του mrna για το ένζυμο 1-α υδροξυλάση της 25 υδροξυβιταμίνης D (25 ΟΗ βιταμίνης D) το οποίο καταλύει τη σύνθεση της 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D. Η βιοσύνθεση της 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D στο εγγύς νεφρικό σωληνάριο προάγεται επίσης και από τα χαμηλά επίπεδα κυκλοφορούντος στο πλάσμα φωσφόρου. Η 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνη D προάγει με τη σειρά 16

17 της τη νεφρική επαναρρόφηση ασβεστίου και σε μικρότερο βαθμό και φωσφόρου και καταστέλλει τη βιοσύνθεση και έκκριση της PTH (Bastepe and Juppner 2008). Στα οστά τόσο η 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνη D όσο και η PTH αυξάνουν τη δράση των οστεοκλαστών κινητοποιώντας τόσο ασβέστιο όσο και φώσφορο στην κυκλοφορία. Επομένως, η 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνη D δρώντας στο έντερο και στα οστά εξασφαλίζει ότι τα επίπεδα του ασβεστίου και του φωσφόρου στο πλάσμα είναι ικανοποιητικά για την ασβεστοποίηση του κολλαγόνου της θεμέλιας ουσίας (Holick 2007). Η συμμετοχή των παραθυρεοειδών αδένων, των οστών και των νεφρών στην ομοιόσταση του φωσφόρου φαίνεται σχηματικά στην εικόνα 2. 17

18 Εικόνα 2: H συμμετοχή των παραθυρεοειδών αδένων, των οστών και των νεφρών στην ομοιόσταση του φωσφόρου. Αναπαράγεται με άδεια από "Inherited hypophosphatemic disorders in children and the evolving mechanisms of phosphate regulation." Rev Endocr Metab Disord (2008). Copyright Springer. Ανακεφαλαιώνοντας για τη δράση της PTH και της 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D ισχύουν τα εξής: PTH 1. ελαττώνει τη νεφρική απέκκριση ασβεστίου 2. προάγει τη φωσφατουρία αναστέλλοντας την επαναρρόφηση φωσφόρου στο εγγύς νεφρικό σωληνάριο 3. προάγει τη βιοσύνθεση της 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D στο νεφρό 18

19 4. αυξάνει τη δράση των οστεοκλαστών κινητοποιώντας τόσο ασβέστιο όσο και φώσφορο στην κυκλοφορία 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνη D 1. αυξάνει την απορρόφηση ασβεστίου και λιγότερο φωσφόρου από το έντερο 2. αυξάνει τη δράση των οστεοκλαστών 3. αναστέλλει την έκκριση της παραθορμόνης 19

20 1.2 Φωσφατονίνες Παρά το ότι η PTH και η 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνη D μπορούν να ερμηνεύσουν τις περισσότερες από τις φυσιολογικές και παθοφυσιολογικές διεργασίες στο μεταβολισμό του φωσφόρου υπάρχουν αρκετές διαταραχές, πολλές εκ των οποίων αφορούν και στα παιδιά, που δε μπορούν να ερμηνευτούν από διαταραχές των ανωτέρω ορμονών και μόνο. Αυτοί οι άγνωστοι μέχρι προσφάτως παράγοντες που οδηγούν σε υποφωσφαταιμία και φωσφατουρία τα τελευταία χρόνια έχουν μελετηθεί πιο αναλυτικά και τους έχει δοθεί η ονομασία φωσφατονίνες (Gattineni and Baum 2010). Oι πιο σημαντικές από τις φωσφατονίνες είναι οι ακόλουθες: 1. Η φωσφογλυκοπρωτεΐνη της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας (MEPE: matrix extracellular phosphoglycoprotein) 2. Η πρωτεΐνη 4 σχετιζόμενη με φριζάρισμα (sfrp-4: secreted frizzled-related protein 4) 3. Η πρωτεΐνη 1 της θεμέλιας ουσίας της οδοντίνης (DMP1: dentin matrix protein 1) 4. Η ενδοπεπτιδάση του χρωμοσώματος Χ που ρυθμίζει το φώσφορο (PHEX: phosphate regulating endopeptidase on the X chromosome) 20

21 5. Ο αυξητικός παράγοντας των ινοβλαστών 7 (FGF7: fibroblast growth factor 7) 6. Ο αυξητικός παράγοντας των ινοβλαστών 23 (FGF23: fibroblast growth factor 23) 7. Η πρωτεΐνη Klotho Παρότι οι γνώσεις μας για τις φωσφατονίνες είναι πολύ πρόσφατες και αρκετά περιορισμένες, το μεγαλύτερο μέρος των πληροφοριών που έχει δημοσιευτεί στη βιβλιογραφία τα τελευταία χρόνια είναι για τον παράγοντα FGF23 και την πρωτεΐνη Klotho στους οποίους θα αναφερθούμε αναλυτικά σε ξεχωριστά κεφάλαια. Επίσης, στον πίνακα 1, στο κεφάλαιο των γενετικών διαταραχών του φωσφόρου, παραθέτουμε μερικά στοιχεία για το ρόλο που έχουν οι φωσφατονίνες στην πρόκληση των διαταραχών αυτών και την αλληλεπίδρασή τους με τους FGF23 και Klotho. 21

22 2. Ο παράγοντας FGF Δομή και παραγωγή FGF23 Η οικογένεια των FGFs (αυξητικών παραγόντων των ινοβλαστών/fibroblast growth factors) περιλαμβάνει πρωτεΐνες που έχουν δράση ορμονών και διαθέτουν ομόλογες αλληλουχίες αμινοξέων όπως επίσης και συγγένεια για τους ειδικούς υποδοχείς (FGF receptors). Υπάρχουν 22 μέλη στην οικογένεια FGF στους ανθρώπους και αυτά τα μέλη περαιτέρω χωρίζονται σε υποομάδες. Ο FGF23, που πρωτοπεριγράφηκε στις αρχές της δεκαετίας του 2000 (Consortium 2000; Shimada, Mizutani et al. 2001), ανήκει στην FGF19 υποομάδα μαζί με τον FGF21 και FGF19 (Itoh and Ornitz 2004; Fukumoto 2008). Ο FGF23 αποτελείται από 251 αμινοξέα και στο καρβοξυτελικό άκρο υπάρχει η μοναδική και ειδική για αυτόν αλληλουχία από 71 αμινοξέα. Στο αμινοτελικό άκρο του υπάρχει η ομόλογη περιοχή με τα υπόλοιπα μέλη της οικογένειας των FGFs. Μελέτες σε ανασυνδυασμένο FGF23 και αναλύσεις με την τεχνική Western Blotting έδειξαν ότι ένα μέρος του FGF23 διασπάται από την πρωτεΐνη φυρίνη μεταξύ των αμινοξέων Αργινίνη (θέση 179) και Σερίνη (θέση 180). Η πρωτεόλυση αυτή καθιστά ανενεργό τον παράγοντα FGF23 όπως σχηματικά φαίνεται στην εικόνα 3. Η ομόλογη περιοχή του FGF23 με τα υπόλοιπα μέλη της οικογένειας των FGFs βρίσκεται 22

23 ακριβώς πριν την ανωτέρω περιοχή (Yamashita, Yoshioka et al. 2000; Yamashita 2005; Liu, Gupta et al. 2007; Fukumoto 2008; Martin 2012). Εικόνα 3: Σχηματική απεικόνιση της διάσπασης του FGF23 σε ενεργό και ανενεργό μορφή και της συμμετοχής του στο μεταβολισμό του φωσφόρου. Αναπαράγεται από " Physiological regulation and disorders of phosphate metabolism--pivotal role of fibroblast growth factor 23." Intern Med (2008). Copyright The Japanese Society of Internal Medicine. Στη συνέχεια θα αναφέρουμε από πού παράγεται ο FGF23. O κυριότερος τόπος παραγωγής του FGF23 είναι τα οστά (Penido and Alon. 2012; Ramon et al. 2010). Η παραγωγή του FGF23 στα οστά αρχικά παρατηρήθηκε με ανοσοϊστοχημεία πράγμα που επιβεβαιώθηκε αργότερα σε in vitro μελέτες (Mirams, Robinson et al. 2004; Yoshiko, Wang et al. 2007). Παραγωγή του παράγοντα FGF23 δεν έχει αποδειχθεί από τους νεφρούς ενώ ειδικές μέθοδοι έχουν αναδείξει την παρουσία του στην κυκλοφορία του 23

24 αίματος (Yamazaki, Okazaki et al. 2002; Jonsson, Zahradnik et al. 2003). Μικρή παραγωγή του FGF23 έχει επίσης παρατηρηθεί σε ήπαρ, καρδιά, θύμο αδένα, παραθυρεοειδείς αδένες και λεμφαδένες (Penido and Alon. 2012; Ramon et al. 2010; Yamashita, Yoshioka et al.2000). O FGF23 παράγεται ακόμη και στο θάλαμο του εγκεφάλου (πλάγια μοίρα) αλλά δεν έχει αποδειχθεί εάν παίζει από εκεί κάποιο κεντρικό ρυθμιστικό ρόλο στο μεταβολισμό του φωσφόρου από τους νεφρούς (Liu, Gupta et al. 2007; Fukumoto and Martin 2009). Συμπερασματικά, φαίνεται ότι ο FGF23 παράγεται κυρίως στα οστά από τα οστεοκύτταρα, κυκλοφορεί ως ορμόνη στο αίμα και έχει ως κύριο όργανο δράσης το νεφρό. Αυτά τα χαρακτηριστικά διαφοροποιούν τον FGF23 από τα υπόλοιπα μέλη της οικογένειας FGF διότι αυτά έχουν τοπική δράση ενώ ο FGF23 είναι ορμόνη και όχι παρακρινικός παράγων (Fukumoto and Yamashita 2007; Fukumoto 2008). 2.2 Ρύθμιση FGF23 Τόσο τοπικοί όσο και συστηματικοί παράγοντες φαίνεται να ρυθμίζουν τα επίπεδα του FGF23 (Liu, Gupta et al. 2007). Καταρχήν, οι άλλες φωσφατονίνες φαίνεται να ενέχονται στη ρύθμιση του FGF23 αν και είναι πολύ λίγα όσα μέχρι τώρα έχουν ξεκαθαριστεί στο πεδίο αυτό. Αναφέρουμε ενδεικτικά ότι μεταλλάξεις που οδηγούν σε ελαττωμένη παραγωγή του PΗΕΧ οδηγούν σε αύξηση των κυκλοφορούντων επιπέδων του FGF23 με μηχανισμό 24

25 ακόμη αδιευκρίνιστο (Liu, Guo et al. 2003). Επιπλέον, επί απουσίας της DMP1 αυξάνεται η έκφραση του FGF23 από τα οστεοκύτταρα με άγνωστο μέχρι στιγμής μηχανισμό (Lorenz-Depiereux, Bastepe et al. 2006). Εκτός από τους ανωτέρω παράγοντες τα επίπεδα του FGF23 φαίνεται να επηρεάζονται και από τα επίπεδα του κυκλοφορούντος φωσφόρου και της 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D. Μελέτες σε πειραματόζωα ανέδειξαν αύξηση των επιπέδων του FGF23 όταν τους χορηγείται φώσφορος (Perwad, Azam et al. 2005; Saito, Maeda et al. 2005). Στον άνθρωπο η χορήγηση συμπληρώματος φωσφόρου φαίνεται να προκαλεί διαφορετικά αποτελέσματα από μελέτη σε μελέτη. Η ομάδα του Larson έδειξε ότι δεν υπάρχει καμία αλλαγή στα επίπεδα FGF23 με δίαιτα είτε φτωχή είτε πλούσια σε φώσφορο (Larsson, Nisbeth et al. 2003). Διάφορες άλλες μελέτες όμως έδειξαν ότι παρατηρείται αύξηση των επιπέδων FGF23 μετά από διαιτητική χορήγηση φωσφόρου σε υγιείς ενήλικες (Ferrari, Bonjour et al. 2005; Antoniucci, Yamashita et al. 2006; Burnett, Gunawardene et al. 2006). Ανάλογη φαίνεται να είναι και η δράση της 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D η οποία αυξάνει τα επίπεδα του κυκλοφορούντος FGF23. Η χορήγηση 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D οδηγεί σε αυξημένη έκφραση του mrna του FGF23 τόσο in vivo όσο και in vitro (Liu, Tang et al. 2006). Η επίδραση των κυκλοφορούντων ασβεστίου και PTH στη ρύθμιση του FGF23 δεν έχει διευκρινιστεί. Ιn vitro μελέτες αρχικά δεν έδειξαν κάποια επίδραση των κυκλοφορούντων ασβεστίου και PTH στον FGF23 (Weber, Liu et al. 2003; Liu, Tang et 25

26 al. 2006). Σε πειράματα που έγιναν όμως μεταγενέστερα σε διαγονιδιακά ποντίκια με πρωτοπαθή υπερπαραθυρεοειδισμό φάνηκε ότι η PTH μπορεί να αυξήσει τη βιοσύνθεση του FGF23 μέσω ενεργοποίησης των οστεοβλαστών (Kawata, Imanishi et al. 2007). Για το ρόλο της πρωτεΐνης Klotho στη ρύθμιση του FGF23 θα αναφερθούμε σε κεφάλαιο που ακολουθεί. 2.3 Δράσεις του FGF23 Σε μελέτες όπου χορηγήθηκε ανασυνδυασμένος FGF23 σε πειραματόζωα παρατηρήθηκε ελάττωση των κυκλοφορούντων επιπέδων φωσφόρου και της 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D (Shimada, Hasegawa et al. 2004). Ο FGF23 ελαττώνει τη νεφρική επαναρρόφηση φωσφόρου καταστέλλοντας την έκφραση των τύπου 2a και 2c συμμεταφορέων νατρίου και φωσφόρου στο εγγύς νεφρικό σωληνάριο, τους οποίους περιγράψαμε αναλυτικά στο κεφάλαιο 1. Επιπλέον, ο FGF23 καταστέλλει την έκφραση του ενζύμου 1α υδροξυλάση της 25 OH βιταμίνης D και επομένως ελαττώνει την παραγωγή της 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D από την πρόδρομο μορφή 25 ΟΗ βιταμίνη D. Η 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνη D όπως γνωρίζουμε προάγει την επαναρρόφηση του φωσφόρου από το έντερο. Συνεπώς, ο FGF23 ελαττώνει το φώσφορο του αίματος επιδρώντας τόσο στη νεφρική επαναρρόφηση του φωσφόρου από το εγγύς νεφρικό σωληνάριο όσο και στην εντερική απορόρόφηση του φωσφόρου. 26

27 Πρέπει να σημειώσουμε στο σημείο αυτό ότι οι ανωτέρω δράσεις του FGF23 πραγματοποιούνται από την ακέραια μορφή του FGF23. Το αμινοτελικό και το καρβοξυτελικό άκρο της πρωτεΐνης από μόνα τους δεν έχουν καμία επίδραση στα επίπεδα φωσφόρου. Επομένως, φαίνεται ότι η επεξεργασία της πρωτεΐνης μεταξύ των αμινοξέων Αργινίνη (θέση 179) και Σερίνη (θέση 180) καταργεί την ικανότητά της να ελαττώνει τα κυκλοφορούντα επίπεδα φωσφόρου (Shimada, Muto et al. 2002). Ποντίκια στα οποία έχει κατασταλεί η έκφραση των γονιδίων του FGF23 (FGF23 knockout mice) παρουσιάζουν υπερφωσφαταιμία, αυξημένη νεφρική επαναρρόφηση φωσφόρου και αυξημένα επίπεδα 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D (Sitara, Razzaque et al. 2004) (Shimada, Kakitani et al. 2004). Οι μελέτες αυτές επιβεβαιώνουν ότι η φυσιολογική δράση του FGF23 είναι να ελαττώνει τα επίπεδα του κυκλοφορούντος φωσφόρου και της 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D. Τα τελευταία χρόνια έχει επίσης περιγραφεί και ο ρόλος του FGF23 ως ανασταλτικού παράγοντα στη σύνθεση της PTH σε ιn νινο μελέτες σε αρουραίους και καλλιέργειες κυττάρων παραθυρεοειδών αδένων (Silver, Ben-Dov et al. 2007; Silver, Galitzer et al. 2008). 27

28 3. Η πρωτεΐνη Klotho 3.1 Δομή και παραγωγή της πρωτεΐνης Klotho Η δράση του FGF23 στα όργανα στόχους προϋποθέτει την έκφραση τόσο των FGF23 υποδοχέων όσο και της πρωτεΐνης Klotho, μιας διαμεμβρανικής πρωτεΐνης η οποία συγγενεύει με τις β-γλυκουρονιδάσες (Liu, Gupta et al. 2007; Martin 2008; Fukumoto and Martin 2009). Η πρωτεΐνη αυτή περιγράφηκε για πρώτη φορά το 1997 (Kuro-o, Matsumura et al. 1997) και το όνομά της προέρχεται από την Κλωθώ, μία από τις μοίρες στην Ελληνική Μυθολογία. Το ανθρώπινο γονίδιο aklotho, που εδράζεται στο χρωμόσωμα 13, κωδικοποιεί τη διαμεμβρανική πρωτεΐνη aklotho η οποία αποτελείται από 1012 αμινοξέα με μοριακό βάρος 130kDa (Kuro-o, Matsumura et al. 1997). H πρωτεΐνη έχει ένα μεγάλο εξωκυττάριο κομμάτι (αμινοτελικό άκρο) και ένα μικρότερο ενδοκυττάριο (καρβοξυτελικό άκρο) (Μatsamura et al. 1998). Το κυκλοφορούν Klotho (secreted/soluble Klotho, sklotho) προέρχεται είτε από απευθείας απέκκριση από το κύτταρο είτε από πρωτεολυτική διάσπαση του ενδοκυττάριου τμήματος. Το υπόλοιπο κομμάτι, που δεν ανιχνεύεται στην κυκλοφορία του αίματος, είναι γνωστό ως μεμβρανικό κομμάτι (membrane bound Klotho, mklotho). To Klotho ανιχνεύεται στο αίμα, στα ούρα και στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό. H παραγωγή της πρωτεΐνης Klotho γίνεται κύριο λόγο στους νεφρούς. Σε μικρότερο βαθμό εκφράζεται 28

29 στους παραθυρεοειδείς αδένες, στο χοριοειδές πλέγμα και στην υπόφυση (Li et al. 2004). 3.2 Η πρωτεΐνη Klotho ως συμπαράγοντας και ρυθμιστής του FGF23 Η πρωτεΐνη Klotho όπως φάνηκε από μελέτες in vivo και in vitro συνδέεται με διάφορες υποομάδες των υποδοχέων FGFR μεταξύ των οποίων και με τον υποδοχέα FGFR1c. Η συγγένεια του FGF23 με τον υποδοχέα FGFR1c είναι χαμηλή αλλά με τη διαμεσολάβηση της πρωτεΐνης Klotho αυξάνεται (Kurosu, Ogawa et al. 2006; Urakawa, Yamazaki et al. 2006; Liu, Gupta et al. 2007; Fukumoto and Martin 2009). Ενώ ο FGF23 ασκεί την φωσφατουρική και την κατασταλτική επί της 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D δράση του στο εγγύς νεφρικό σωληνάριο, τα περισσότερα συμπλέγματα υποδοχέα FGFR1c-πρωτεΐνης Klotho βρίσκονται στο άπω νεφρικό σωληνάριο (Prie and Friedlander 2010). Η ανωτέρω παρατήρηση οδηγεί στο συμπέρασμα ότι πιθανότατα υπάρχει και κάποιος άλλος παράγοντας με αυτοκρινή δράση που ενέχεται στη δράση του FGF23 στο νεφρό. Εκείνο που είναι όμως γνωστό και τεκμηριωμένο από πολλές μελέτες είναι ότι η πρωτεΐνη Klotho είναι ο κύριος παράγοντας που μεσολαβεί προκειμένου ο FGF23 να συνδεθεί στον υποδοχέα του και να ασκήσει τη δράση του (Liu, Gupta et al. 2007; Fukumoto and Martin 2009). Απαραίτητη είναι η ηπαρίνη για τη σταθεροποίηση του συμπλέγματος υποδοχέα FGFR1c-πρωτεΐνης Klotho (Urakawa, Yamazaki et al. 2006). Η σύνδεση του FGF23 στο ανωτέρω σύμπλεγμα οδηγεί σε 29

30 φωσφορυλίωση του υποδοχέα του FGF23 ο οποίος με τη σειρά του ενεργοποιεί ενδοκυττάριες οδούς μεταβίβασης σήματος με αποτέλεσμα την ελάττωση της έκφρασης των συμμεταφορέων NaPi-2a και NaPi-2c και του ενζύμου 1α υδροξυλάση της 25 ΟΗ βιταμίνης D (Urakawa, Yamazaki et al. 2006; Gattineni and Baum 2010). Στην εικόνα που ακολουθεί απεικονίζεται σχηματικά η σύνδεση του FGF23 στον υποδοχέα του με τη διαμεσολάβηση της πρωτεΐνης Klotho και η δράση του FGF23 στο εγγύς νεφρικό σωληνάριο. Εικόνα 4 : Σχηματική απεικόνιση της σύνδεσης του FGF23 στον υποδοχέα του με τη διαμεσολάβηση της πρωτεΐνης Klotho και της δράσης τους στο εγγύς νεφρικό σωληνάριο. Αναπαράγεται με άδεια από " "Genetic disorders of phosphate regulation. " Pediatric Nephrology (2012). Copyright Springer. 30

31 Πρόσφατα βιβλιογραφικά δεδομένα έδειξαν ότι τμήμα του κυκλοφορούντος Klotho (sklotho) αποτελεί έναν καινούργιο ενδοκρινή παράγοντα που ρυθμίζει την ομοιόσταση του φωσφόρου προάγοντας την παραγωγή του FGF23 από τα οστεοκύτταρα (Smith, O'Bryan et al. 2012). Η ομάδα των Smith και συνεργατών, χρησιμοποιώντας ως όχημα αδενοϊό, προκάλεσαν υπερέκφραση τμήματος της πρωτεΐνης Klotho (cleaved Klotho, cklotho) το οποίο δεν περιλαμβάνει το κομμάτι που συνδέεται με τον υποδοχέα του FGF23 (mklotho) και έχει επίσης και μικρές διαφορές στην αλληλουχία αμινοξέων από το sklotho. Στη συνέχεια, χορήγησαν το τμήμα αυτό (cklotho) σε πειραματόζωα και παρατήρησαν σοβαρού βαθμού υποφωσφαταιμία συνοδευόμενη από εντυπωσιακή αύξηση στην παραγωγή και έκκριση βιολογικώς ενεργού FGF23. Aπό τη μελέτη αυτή φαίνεται ότι η πρωτεΐνη Klotho δεν αποτελεί μόνο συμπαράγοντα του FGF23 αλλά πιθανότατα είναι και ρυθμιστής της παραγωγής του FGF23 από τα οστεοκύτταρα. 3.3 Δράσεις πρωτεΐνης Klotho ανεξάρτητες του FGF23 Εκτός από μεσολαβητής των δράσεων του FGF23, η πρωτεΐνη Klotho έχει και το δικό της, ανεξάρτητο του FGF23, ρόλο στη ρύθμιση του μεταβολισμού φωσφόρου και ασβεστίου. Πιο συγκεκριμένα, η πρωτεΐνη Klotho τροποποιεί έναν υποδοχέα (TRPV5) της κυτταρικής μεμβράνης στο άπω νεφρικό σωληνάριο εμποδίζοντας την 31

32 απενεργοποίηση του διαύλου ασβεστίου (Chang, Hoefs et al. 2005). Έτσι, προάγοντας την επαναρρόφηση ασβεστίου από το νεφρό, δρα άμεσα στη διατήρηση των επιπέδων ασβεστίου. Επιπλέον, η πρωτεΐνη Klotho μπορεί άμεσα να ρυθμίσει την παραγωγή της PTH. Όταν το ενδοκυττάριο ασβέστιο ελαττώνεται στους παραθυρεοειδείς, η τοπική έκφραση του Klotho αυξάνεται, προάγοντας αυξημένη δραστικότητα της αντλίας Na-K- ATPase, αυξημένη σύνθεση της PTH και περαιτέρω διόρθωση της υπασβεστιαιμίας (Imura, Tsuji et al. 2007; Razzaque 2008). H πρωτεΐνη Klotho έχει ακόμη και άλλες δράσεις πέραν της ομοιόστασης φωσφόρου και ασβεστίου. Πιο συγκεκριμένα, μεταλλάξεις στην πρωτεΐνη Klotho προκαλούν φαινότυπους πρόωρης γήρανσης και αλλαγές που συμβαίνουν κατά τη γήρανση όπως οστεοπόρωση, στειρότητα και έκπτωση των νοητικών λειτουργιών όπως επίσης και ελάττωση του προσδόκιμου επιβίωσης (Kuro-o, Matsumura et al. 1997; Deary, Harris et al. 2005). Υπερέκφραση της πρωτεΐνης σε πειραματόζωα αναστέλλει τη γήρανση και επεκτείνει το προσδόκιμο επιβίωσης με πιθανό μηχανισμό την αναστολή του άξονα ινσουλίνης-igf-i (Kurosu, Yamamoto et al. 2005; Chen, Kuro et al. 2013). Σημαντικός είναι επίσης και ο ρόλος του Klotho στο μεταβολισμό γενικότερα και έχει βρεθεί ότι μετέχει στην παθογένεση του διαβήτη, της αθηροσκλήρυνσης και άλλων παραμέτρων του μεταβολικού συνδρόμου (Shimoyama, Nishio et al. 2009; Oguro, Kamide et al. 2010). Η πρωτεΐνη Klotho προστατεύει ακόμα από τη δυσλειτουργία του ενδοθηλίου και ρυθμίζει την παραγωγή του νιτρικού οξέως (Saito, 32

33 Yamagishi et al. 1998). Επιπλέον, συμμετέχει στη μετάδοση του ενδοκυττάριου σήματος συμπεριλαμβανομένης και της πρωτεΐνης p53/p21 και του κυκλικού camp (Wang and Sun 2009). 4. Γενετικές διαταραχές του φωσφόρου που σχετίζονται με τον FGF23 και την πρωτεΐνη Klotho 4.1 Διαταραχές λόγω υπερέκφρασης FGF23/Klotho ακόλουθες: Καταστάσεις με υποφωσφαταιμία και αυξημένα επίπεδα FGF23 ή Klotho είναι οι 1. Αυτοσωμική Επικρατής Υποφωσφαταιμική Ραχίτιδα (Autosomal Dominant Hypophosphatemic Rickets, ADHR) 2. Αυτοσωμική Υπολειπόμενη Υποφωσφαταιμική Ραχίτιδα (Autosomal Resessive Hypophosphatemic Rickets, ARHR) 3. Φυλοσύνδετη Υποφωσφαταιμική Ραχίτιδα (X-linked Hypophosphatemic Rickets, XLH) 4. Οστεομαλακία Προκαλούμενη από Όγκο (Tumor Induced Osteomalacia,TIO) 5. Υποφωσφαταιμική Ραχίτιδα που συσχετίζεται με το σύνδρομο McCune-Albright και την ινώδη δυσπλασία (fibrous dysplasia) 33

34 1. Αυτοσωμική Επικρατής Υποφωσφαταιμική Ραχίτιδα (Autosomal Dominant Hypophosphatemic Rickets, ADHR) Στην ADHR τα παιδιά παρουσιάζονται με σκελετικές ανωμαλίες που περιλαμβάνουν σοβαρή κύρτωση των ποδιών προς τα έσω και πλάτυνση των επιφύσεων που είναι πιο εμφανής στις πλευροχονδρικές αρθρώσεις. Παρατηρείται ατελής διεισδυτικότητα του γονιδίου με ποικίλη βαρύτητα νόσου και συμπτώματα που εξαρτώνται από την ηλικία εμφάνισης της νόσου. Στα παιδιά η νόσος έχει τις προαναφερόμενες σκελετικές ανωμαλίες όπως επίσης και κοντό ανάστημα και αδυναμία. Όταν η νόσος εμφανιστεί μετά την παιδική ηλικία οι ασθενείς παρουσιάζουν κυρίως υποφωσφαταιμία, οστικά άλγη, μυϊκή αδυναμία και ψευδοκατάγματα χωρίς στοιχεία ραχίτιδας (Econs and McEnery 1997). Η βλάβη οφείλεται σε μετάλλαξη του γονιδίου του FGF23 στη θέση της αργινίνης (είτε 176 είτε 179) που οδηγεί σε παθολογική πρωτεΐνη που δεν υφίσταται πρωτεόλυση από την πρωτεΐνη φυρίνη. Ως αποτέλεσμα παρατηρούνται υψηλά επίπεδα πλήρους μήκους FGF23 που οδηγούν στο φαινότυπο της υποφωσφαταιμίας, νεφρικής υπερέκκρισης φωσφόρου, χαμηλών ή φυσιολογικών επίπεδων της 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D, και σκελετικών ανωμαλιών που περιλαμβάνουν ραχίτιδα/οστεομαλακία, κατάγματα και οδοντικά αποστήματα (Bastepe and Juppner 2008; Fukumoto 2008; Gattineni and Baum 2010). 34

35 2. Αυτοσωμική Υπολειπόμενη Υποφωσφαταιμική Ραχίτιδα (Autosomal Resessive Hypophosphatemic Rickets, ARHR) Οι ασθενείς σε αυτή την κατηγορία έχουν παρόμοιο φαινότυπο με την ADHR δηλαδή υποφωσφαταιμία, φωσφατουρία, χαμηλά ή φυσιολογικά επίπεδα 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνη D, υψηλή αλκαλική φωσφατάση και σκελετικές ανωμαλίες (ραχίτιδα/οστεομαλακία). Η γενετική βλάβη περιγράφηκε πρόσφατα και πρόκειται για μετάλλαξη στο γονίδιο που κωδικοποιεί την DMP1 (Feng, Ward et al. 2006). Ασθενείς με ARHR και ποντίκια στα οποία έχει αδρανοποιηθεί το γονίδιο της πρωτεΐνης DMP1 (DMP1 null mice) έχουν υψηλά επίπεδα κυκλοφορούντος FGF23. Παραμένει έως τώρα άγνωστος ο μηχανισμός με τον οποίο μετάλλαξη στην DMP1 προκαλεί αύξηση των επιπέδων του FGF Φυλοσύνδετη Υποφωσφαταιμική Ραχίτιδα (X-linked Hypophosphatemic Rickets, XLH) Η XLH αποτελεί την πιο συχνή κληρονομούμενη διαταραχή υποφωσφαταιμίας και συνήθως διαγιγνώσκεται στο τέλος της βρεφικής ηλικίας όταν ο ασθενής αρχίζει να περπατά. Παρουσιάζονται οι ραχιτιδικές σκελετικές ανωμαλίες: σοβαρή κύρτωση των ποδιών προς τα έσω και πλάτυνση των επιφύσεων που είναι πιο εμφανής στις πλευροχονδρικές αρθρώσεις. Συχνά συνυπάρχει και κοντό ανάστημα. Η υποφωσφαταιμία σε αυτούς τους ασθενείς οφείλεται σε αδυναμία του νεφρικού 35

36 σωληναρίου να επαναρροφήσει φώσφορο όπως φαίνεται από τα χαμηλά επίπεδα νεφρικής επαναρρόφησης φωσφόρου και TmP/GFR. Παρά τα χαμηλά επίπεδα φωσφόρου, η 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνη D δεν αυξάνεται και είναι συχνά κάτω από τα φυσιολογικά επίπεδα. Η αλκαλική φωσφατάση είναι αυξημένη. Τα επίπεδα ασβεστίου και της PTH παραμένουν φυσιολογικά. Γενετικές αναλύσεις σε παιδιά με XLH έδειξαν ότι υπάρχουν μεταλλάξεις στο γονίδιο που κωδικοποιεί την ενδοπεπτιδάση PHEX. H μετάλλαξη αυτή οδηγεί με άγνωστο μέχρι στιγμής μηχανισμό σε αύξηση των κυκλοφορούντων επιπέδων FGF23 (Holm, Huang et al. 1997). 4. Οστεομαλακία Προκαλούμενη από Όγκο (Tumor Induced Osteomalacia, TIO) Δεν πρόκειται για γενετικό νόσημα αλλά για επίκτητη παρανεοπλασματική διαταραχή που προκαλείται από όγκους μεσεγχυματικής προέλευσης (στην πλειονότητα τους είναι καλοήθεις) από τους οποίους παράγονται φωσφατουρικά πεπτίδια. Οι ασθενείς αυτοί έχουν παρόμοιο φαινότυπο με την ADHR και παρουσιάζονται με μυϊκή αδυναμία, οστικά άλγη και κατάγματα. Βιοχημικά χαρακτηρίζονται από υποφωσφαταιμία, φωσφατουρία, χαμηλά επίπεδα 1,25(ΟΗ) 2 βιταμίνης D, αυξημένα επίπεδα αλκαλικής φωσφατάσης. Στη βιοψία οστών παρατηρείται οστεομαλακία. Η ΤΙΟ θεωρείται ότι προκαλείται από υπερέκφραση του FGF23 από τους ανωτέρω όγκους. Μάλιστα, ο FGF23 κλωνοποιήθηκε για πρώτη φορά από όγκο που προκαλούσε οστεομαλακία και για το λόγο αυτό αναφέρουμε την οντότητα αυτή στο παρόν 36

37 κεφάλαιο (Yamashita, Shimada et al. 2001). Εκτός από τον FGF23, σε ασθενείς με TIO είναι ενδιαφέρον να σημειώσουμε ότι έχουν βρεθεί αυξημένα τα mrnas και άλλων φωσφατονίνων (MEPE, sfrp-4, DMP1, FGF7) (De Beur, Finnegan et al. 2002; Carpenter, Ellis et al. 2005). 5. Υποφωσφαταιμική Ραχίτιδα που συσχετίζεται με το σύνδρομο McCune-Albright και την ινώδη δυσπλασία (fibrous dysplasia) Ο FGF23 υπερεκφράζεται σε περιοχές των οστών με ινώδη δυσπλασία σε ασθενείς με σύνδρομο McCune-Albright/ινώδη δυσπλασία. Μερικοί από τους ασθενείς αυτούς παρουσιάζουν υποφωσφαταιμικό φαινότυπο παρόμοιο με την ARHR και την ADHR (Bianco, Riminucci et al. 2003). Παρότι μεταλλάξεις στο γονίδιο GNAS1 είναι υπεύθυνες για το ανωτέρω σύνδρομο, δεν έχει προς το παρόν διευκρινιστεί εάν τα αυξημένα επίπεδα του κυκλικού ΑΜΡ μπορεί να προκαλέσουν αυξημένη έκφραση του FGF23. 37

38 4.2 Διαταραχές λόγω έλλειψης FGF23/Klotho Καταστάσεις με ελλιπή έκφραση FGF23 οδηγούν σε υπερφωσφαταιμία και αυξημένα επίπεδα 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D. Η οικογενής ογκογόνος ασβέστωση (familial tumoral calcinosis) είναι αυτοσωμική υπολειπόμενη διαταραχή που χαρακτηρίζεται από επώδυνες εναποθέσεις ασβεστίου και φωσφόρου στις αρθρώσεις και τα μαλακά μόρια (Lyles, Halsey et al. 1988). Μεταλλάξεις στο γονίδιο GALNT3, που εμποδίζουν γλυκοζυλίωση του FGF23, ενοχοποιούνται για την εμφάνιση της διαταραχής αυτής. Λόγω απουσίας γλυκοζυλίωσης του FGF23 ο παράγοντας αυτός αποδομείται πιο εύκολα. Επομένως, σε αυτούς τους ασθενείς τα επίπεδα του πλήρους μήκους FGF23 είναι χαμηλά αλλά τα μετρούμενα με την τεχνική του C-πεπτιδίου είναι αυξημένα (Fukumoto 2008; Gattineni and Baum 2010). Θα αναφερθούμε αναλυτικά στις μεθόδους μέτρησης του FGF23 σε κεφάλαιο που ακολουθεί. Eπιπλέον μεταλλάξεις στο γονίδιο της πρωτεΐνης Κlotho, που οδηγούν σε χαμηλά επίπεδα Κlotho, προκαλούν εικόνα παρόμοια με την οικογενή ογκογόνο ασβέστωση (Ichikawa, Imel et al. 2007). Στον πίνακα που ακολουθεί συνοψίζεται ο ρόλος του FGF23 και της πρωτεΐνης Κlotho σε γενετικά νοσήματα. 38

39 Πίνακας 1: Ο ρόλος του FGF23 και της πρωτεΐνης Κlotho σε γενετικές διαταραχές του φωσφόρου Νόσος Αυτοσωμική Επικρατής Υποφωσφαταιμική Ραχίτιδα Γονίδια που μεταλλάσoνται FGF23 Επίδραση στον FGF23 και στις άλλες φωσφατονίνες Υπερέκφραση FGF23 λόγω αδυναμίας πρωτεολυτικής διάσπασής του Αυτοσωμική Υπολειπόμενη Υποφωσφαταιμική Ραχίτιδα DMP1 Υπερέκφραση FGF23 Φυλοσύνδετη Υποφωσφαταιμική Ραχίτιδα PHEX Υπερέκφραση FGF23, sfrp-4, MEPE Υποφωσφαταιμική Ραχίτιδα που συσχετίζεται με το σύνδρομο McCune- Albright και την ινώδη δυσπλασία GNAS1* Υπερέκφραση FGF23 Οικογενής ογκογόνος ασβέστωση 1. GALNT3**, FGF23 2. Klotho 1. Χαμηλά επίπεδα FGF23 λόγω αυξημένης πρωτεόλυσης 2. Χαμηλά επίπεδα Klotho αλλά αυξημένα επίπεδα FGF23 πιθανή αντίσταση στη δράση του FGF23 * GNAS1: guanine nucleotide binding protein alpha stimulating activity popypeptide 1 **GALNT3: UDP-N-acetyl-alpha-D-galactosamine popypeptide N-acetylgalactosaminotransferase 3 39

40 5. Φώσφορος στην παιδική ηλικία 5.1 Μεταβολές επιπέδων φωσφόρου στην παιδική ηλικία Είναι γνωστό ότι τα επίπεδα φωσφόρου στο αίμα μεταβάλλονται με την ηλικία (Krabbe 1989, Round 1973). Στη βρεφική ηλικία κυμαίνονται από 4,8-7,4 mg/dl (μέση τιμή: 6,2 mg/dl) στους πρώτους μήνες της ζωής και μειώνονται στα 4,5-5,8 mg/dl (μέση τιμή: 5 mg/dl) στην ηλικία 1-2 ετών. Τα αυξημένα επίπεδα φωσφόρου στο αίμα των βρεφών αποδίδονται σε αυξημένη επαναρρόφηση φωσφόρου που επιτείνεται περαιτέρω από το χαμηλότερο GFR των βρεφών συγκριτικά με μεγαλύτερα παιδιά (Brodehl, Gellissen et al. 1982). Στη νηπιακή και μέση παιδική ηλικία οι τιμές φωσφόρου αίματος κυμαίνονται από 3,5-5,5 mg/dl (μέση τιμή: 4,4 mg/dl) και σταδιακά ελαττώνονται για να φτάσουν τις τιμές του ενήλικα στην εφηβεία (Burritt, Slockbower et al. 1990). Στο σημείο αυτό πρέπει να αναφέρουμε ότι στην εφηβεία λόγω της ταχύρυθμης ανάπτυξης παρατηρείται αρχικά μια μικρή αύξηση των επιπέδων φωσφόρου πριν τελικά φτάσουν τις τιμές του ενήλικα (Krabbe 1989). Tα επίπεδα φωσφόρου στο αίμα καθορίζονται σε μεγάλο βαθμό από τον ουδό νεφρικής επαναρρόφησης φωσφόρου ο οποίος περιγράφεται καλύτερα από το λόγο του μέγιστου ρυθμού σωληναριακής νεφρικής επαναρρόφησης φωσφόρου προς το ρυθμό σπειραματικής διήθησης (TmP/GFR) για τον προσδιορισμό του οποίου θα αναφερθούμε παρακάτω. 40

41 5.2 Καταστάσεις που οδηγούν σε υποφωσφαταιμία και υπερφωσφαταιμία στα παιδιά Υποφωσφαταιμία Οι βασικοί παθογενετικοί μηχανισμοί που προκαλούν υποφωσφαταιμία στα παιδιά είναι: η ελαττωμένη πρόσληψη/απορρόφηση φωσφόρου, η αυξημένη απέκκρισή του και η ανακατανομή φωσφόρου μεταξύ ενδοκυττάριου και εξωκυττάριου χώρου. Στον πίνακα 2 παραθέτουμε τα κυριότερα αίτια της υποφωσφαταιμίας στην παιδική ηλικία. Υπερφωσφαταιμία Η συνηθέστερη αιτία αληθούς υπερφωσφαταιμίας είναι η νεφρική ανεπάρκεια. Όπως και τα αίτια της υποφωσφαταιμίας, τα αίτια της υπερφωσφαταιμίας μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με τον παθογενετικό μηχανισμό πρόκλησης τους ως ακολούθως: αυξημένη απορρόφηση/πρόσληψη φωσφόρου, ελαττωμένη απέκκρισή του και ανακατανομή φωσφόρου μεταξύ ενδοκυττάριου και εξωκυττάριου χώρου ( Πίνακας 3). Θα πρέπει εδώ να σημειώσουμε ότι αναφερόμαστε στα αίτια της αληθούς υπερφωσφαταιμίας γιατί συχνά στην κλινική πράξη αντιμετωπίζουμε ψευδή υπερφωσφαταιμία. Η τελευταία μπορεί να οφείλεται σε: αιμοληψία από γραμμή που περιέχει ηπαρίνη ή αλτεπλάση, αιμόλυση in vitro, υπερχολερυθριναιμία, υπερλιπιδαιμία κ.α. 41

42 Πίνακας 2: Αίτια υποφωσφαταιμίας στην παιδική ηλικία Παθογενετικός μηχανισμός Αίτια Ελαττωμένη απορρόφηση φωσφόρου Υποσιτισμός Σύνδρομα δυσαπορρόφησης (κοιλιοκάκη, νόσος Crohn`s) Αντιόξινα που δεσμεύουν το φώσφορο Έλλειψη βιταμίνης Ε Αυξημένη απέκκριση φωσφόρου Διουρητικά Στεροειδή Υπερπαραθυρεοειδισμός Διαβητική κετοξέωση Μεταβολική οξέωση Παγκρεατίτιδα Εγκαύματα Υποφωσφαταιμικές ραχίτιδες Μεταμόσχευση νεφρού Ανακατανομή φωσφόρου μεταξύ ενδοκυττάριου και εξωκυττάριου χώρου Ορμόνες (κατεχολαμίνες, ινσουλίνη, καλσιτονίνη) Υπεργλυκαιμία Αναπνευστική αλκάλωση ( υπεραερισμός, δηλητηρίαση με σαλικυλικά) Ταχεία πρόσληψη φωσφόρου από τα κύτταρα (σύνδρομο επανασίτισης, λευχαιμική κρίση) 42

43 Πίνακας 3: Αίτια υπερφωσφαταιμίας στην παιδική ηλικία Παθογενετικός μηχανισμός Αίτια Αυξημένη απορρόφηση/πρόσληψη φωσφόρου Υπέρμετρη πρόσληψη φωσφόρου ( καθαρτικά, παρεντερική χορήγηση) Σύνδρομο γάλακτος-αλκαλικών Δηλητηρίαση από Βιταμίνη D Ελαττωμένη απέκκριση φωσφόρου Νεφρική ανεπάρκεια (οξεία, χρόνια) Υποπαραθυρεοειδισμός Ψευδουποπαραθυρεοειδισμός Ογκογόνος ασβέστωση Θεραπεία με διφωσφονικά Ανακατανομή φωσφόρου μεταξύ ενδοκυττάριου και εξωκυττάριου χώρου Ραβδομυόλυση Σύνδρομο Λύσης Όγκου Οξεία αιμόλυση Οξεία μεταβολική ή αναπνευστική οξέωση 43

44 44

45 B. EΙΔΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 45

46 46

47 1. Υπόθεση της μελέτης Παρά το ότι οι γνώσεις μας για την ομοιόσταση του φωσφόρου έχουν αυξηθεί κατά πολύ τα τελευταία χρόνια, ο ρόλος του FGF23 υπό φυσιολογικές συνθήκες, ειδικά στα παιδιά όπου τα επίπεδα του φωσφόρου αλλάζουν με την ηλικία, δεν έχει πλήρως διευκρινιστεί. Επιπλέον, πολύ λίγα δεδομένα για την πρωτεΐνη Klotho υπάρχουν στη βιβλιογραφία για τα παιδιά. Εως σήμερα δύο τεχνικές ανίχνευσης του FGF23 έχουν αναπτυχθεί: η μία ανιχνεύει μόνο την ακέραια μορφή του FGF23 (intact FGF23, ifgf23), ενώ η άλλη ανιχνεύει το καρβοξυτελικό άκρο της πρωτείνης με αποτέλεσμα να ανιχνεύεται όχι μόνο το ακέραιο μόριο της πρωτείνης αλλά και προιόντα πρωτεολυτικής αποδόμησης του FGF23 που περιέχουν το καρβοξυτελικό άκρο (C-terminal FGF23, cfgf23). Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα, δεδομένα στην διεθνή βιβλιογραφία με την μία ή την άλλη μέθοδο να μην είναι συγκρίσιμα. Έχει βρεθεί ότι τα επίπεδα του cfgf23 σε υγιή παιδιά εξαρτώνται από την ηλικία με τα υψηλότερα επίπεδα κατά τη διάρκεια της βρεφικής και εφηβικής ηλικίας (Fischer, Mischek et al. 2012). Στην ανωτέρω μελέτη, τα επίπεδα του cfgf23 σχετίζονται θετικά με τα επίπεδα του κυκλοφορούντος φωσφόρου του αίματος και το λόγο του μέγιστου ρυθμού σωληναριακής επαναρρόφησης φωσφόρου προς το ρυθμό σπειραματικής διήθησης (TmP/GFR). Σε μελέτη όμως παιδιών με χρόνια νεφρική 47

48 ανεπάρκεια τα επίπεδα του cfgf23 δε φαίνεται να εξαρτώνται από την ηλικία αλλά τα επίπεδα του ifgf23 είναι υψηλότερα σε παιδιά μεγαλύτερα των 15 ετών συγκριτικά με μικρότερες ηλικιακές ομάδες (Bacchetta, Dubourg et al. 2010). Στην ίδια μελέτη (Bacchetta, Dubourg et al. 2010) τα επίπεδα του κυκλοφορούντος φωσφόρου δε συσχετίζονται με τον cfgf23 ή τον ifgf23, αλλά ο TmP/GFR σχετίζεται αρνητικά με τον ifgf23. Θα περιμέναμε ότι ο FGF23 ως φωσφατουρική ορμόνη θα συσχετιζόταν αρνητικά με τα επίπεδα του κυκλοφορούντος φωσφόρου και τον TmP/GFR αλλά τα μέχρι τώρα δεδομένα στη βιβλιογραφία δεν είναι ξεκάθαρα. Επιπλέον, το γεγονός ότι υπάρχουν διαφορετικές μέθοδοι για τον καθορισμό των επιπέδων του FGF23 (cterminal και intact) δυσχεραίνει περαιτέρω την εξαγωγή συμπερασμάτων για τον ακριβή ρόλο του FGF23 στην ομοιόσταση του φωσφόρου υπό φυσιολογικές συνθήκες. Η πρωτεΐνη Κlotho, ο συμπαράγοντας του FGF23, θα μπορούσε να μας βοηθήσει περισσότερο στην κατανόηση της φυσιολογίας του φωσφόρου στα υγιή παιδιά αλλά προς το παρόν υπάρχει μεγάλο κενό στη βιβλιογραφία. Σε μια μελέτη σε ενήλικες και 39 παιδιά (Yamazaki, Imura et al. 2010), τα επίπεδα της πρωτεΐνης Klotho ήταν υψηλότερα στα παιδιά σε σχέση με τους ενήλικες και στο σύνολο των συμμετεχόντων στη μελέτη (ενήλικες και παιδιά) η πρωτεΐνη Klotho ήταν αρνητικά συσχετιζόμενη με την ηλικία και τα επίπεδα ασβεστίου και θετικά συσχετιζόμενη με τα επίπεδα φωσφόρου. Νεότερα δεδομένα (Smith, O'Bryan et al. 2012) δείχνουν ότι σε πειραματόζωα η πρωτεΐνη Klotho συμμετέχει στη ρύθμιση των επιπέδων φωσφόρου 48

49 ρυθμίζοντας άμεσα την παραγωγή FGF23 από τους οστεοβλάστες, γεγονός που δείχνει ότι το Klotho έχει πρωταρχικό ρόλο στην ομοιόσταση φωσφόρου και στη ρύθμιση των κυκλοφορούντων επιπέδων FGF23. Ο ταυτόχρονος προσδιορισμός των δύο παραγόντων (Klotho & FGF23) σε υγιή πληθυσμό θα μπορούσε να διευρύνει τις γνώσεις μας στη φυσιολογία. Επιπλέον, είναι πολύ λίγα αυτά που γνωρίζουμε για τις παραμέτρους που επηρεάζουν τα επίπεδα των FGF23 and Klotho στα υγιή παιδιά. Λίγες μελέτες με μικρό αριθμό παιδιών έχουν μέχρι στιγμής γίνει και στις περισσότερες από αυτές τα παιδιά που συμμετείχαν είχαν υποκείμενη παθολογία όπως κάποια νεφρολογική διαταραχή ή διαταραχή στο μεταβολισμό του φωσφόρου (Jonsson, Zahradnik et al. 2003; Antoniucci, Yamashita et al. 2006; Brown, Juppner et al. 2009; Bacchetta, Dubourg et al. 2010; Carpenter, Insogna et al. 2010; Yamazaki, Imura et al. 2010; Bacchetta, Cochat et al. 2012; Fischer, Mischek et al. 2012; Wan, Smith et al. 2013). Εφόσον ο FGF23 παίζει σημαντικό ρόλο στoν καθορισμό των επιπέδων του φωσφόρου και στη διατήρηση της ομοιόστασής του, θα μπορούσαμε να υποθέσουμε ότι υπάρχει συσχέτιση των επιπέδων του παράγοντα αυτού με την ηλικία και με τη νεφρική επαναρρόφηση του φωσφόρου η οποία περιγράφεται καλύτερα με το TmP/GFR. Ένα άλλο πολύ σημαντικό σύστημα που επιδρά στην ομοιόσταση του φωσφόρου και είναι απαραίτητο για την κατά μήκος ανάπτυξη στην παιδική ηλικία είναι ο άξονας αυξητικής ορμόνης (GH)/Ινσουλινόμορφου αυξητικού παράγοντα Ι (IGF-I) ο οποίος 49

50 έχει αντίθετη δράση από το σύστημα FGF23/Klotho αφού αυξάνει τα επίπεδα του φωσφόρου στον ορό (Hirschberg 1993, Corvilain 1962). Μελέτες τα τελευταία χρόνια έχουν αναδείξει την ύπαρξη συσχέτισης μεταξύ του άξονα GH/ IGF-I με τον FGF23 και το Klotho αφού η χορήγηση GH αυξάνει τον FGF23 (Gardner, et al. 2011) και ασθενείς με ακρομεγαλία έχουν αυξημένα επίπεδα FGF23 και Klotho (Ito et al. 2007; Sze et al. 2012). Παρόλα αυτά δεν είναι ακόμη ξεκάθαρο το πώς αυτές οι ορμόνες αλληλεπιδρούν στη ρύθμιση των επιπέδων φωσφόρου σε υγιή παιδιά, ειδικά εάν λάβουμε υπόψιν ότι έχουν αντίθετο μηχανισμό δράσης. 2. Στόχοι της μελέτης / Ερευνητικά ερωτήματα 1. Να μελετηθούν τα επίπεδα FGF23 και της πρωτεΐνης Klotho σε σχέση με την ηλικία και το TmP/GFR σε υγιή παιδιά. 2. Να μελετηθούν οι παράγοντες που τυχόν επηρεάζουν τα επίπεδα των ανωτέρω πρωτεϊνών. 50

51 3. Παιδιατρικός πληθυσμός και μέθοδοι 3.1 Παιδιατρικός πληθυσμός, κριτήρια εισαγωγής και αποκλεισμού από τη μελέτη Εκατόν πενήντα εννέα υγιή παιδιά συμμετείχαν στη μελέτη. Για κάθε παιδί καταγράφηκαν τα εξής στοιχεία: ηλικία, ύψος (μετρούμενο με το σταδιόμετρο του Harpenden), βάρος, δείκτης μάζας σώματος, στάδιο ενήβωσης κατά Tanner, ενδεχόμενη συννοσηρότητα και φαρμακευτική αγωγή. Το ύψος, το βάρος και ο δείκτης μάζας σώματος παρουσιάζονται ως Standard Deviation Score (SDS) από τα ελληνικά δεδομένα αναφοράς (Papadimitriou A, 1998). Tα SDS υπολογίστηκαν με το πρόγραμμα Growth Analyser 3. Κριτήρια εισαγωγής στη μελέτη Τα παιδιά που συμμετείχαν στη μελέτη προσήλθαν είτε στα παιδιατρικά εξωτερικά ιατρεία του Πανεπιστημιακού Γενικού Νοσοκομείου Πατρών για κλινική εξέταση ρουτίνας (για παράδειγμα για χορήγηση πιστοποιητικού υγείας) ή γενικές εξετάσεις αίματος ρουτίνας, είτε στην Παιδιατρική Κλινική για προεγχειρητικό έλεγχο προκειμένου να υποβληθούν σε απλές προγραμματισμένες χειρουργικές επεμβάσεις. Κριτήρια αποκλεισμού από τη μελέτη Παιδιά με συννοσηρότητα ή σε οποιαδήποτε φαρμακευτική αγωγή κατά τη διάρκεια των προηγούμενων τριών μηνών αποκλείστηκαν από τη μελέτη. 51

52 3.2 Μετρήσεις Βιοχημικές αναλύσεις σε δείγματα ορού (επίπεδα φωσφόρου, ασβεστίου, μαγνησίου, αλκαλικής φωσφατάσης (ALP), κρεατινίνης) και ούρων (φώσφορος, ασβέστιο, κρεατινίνη), που ελήφθησαν στις 8πμ μετά από ολονύχτια νηστεία, πραγματοποιήθηκαν με αυτόματους αναλυτές (Olympus AU640) αμέσως μετά τη λήψη των δειγμάτων. Τα επίπεδα της PTH μετρήθηκαν με τη μέθοδο της χημειοφωταύγειας (Roche Elecsys, Roche Diagnostics, Mannheim, Germany) και φυσιολογικές τιμές θεωρούνται μεταξύ pg/ml. Τα επίπεδα της 25 ΟΗ βιταμίνης D, 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D και του ινσουλινόμορφου αυξητικού παράγοντα Ι (IGF-I) μετρήθηκαν με ανοσοενζυμικές μεθόδους (IDS GmbH, Frankfurt am Main, Germany). Ο FGF23 και το Klotho μετρήθηκαν με μεθόδους ELISA. Τα δείγματα αίματος αποθηκεύθηκαν στους 80 ο C μέχρι την ανάλυση. Για τους ορμονικούς προσδιορισμούς υπολογίσθηκε ο συντελεστής διακύμανσης μεταξύ των πειραμάτων (inter assay coefficient of variation) και ήταν < 10%. Παραθέτουμε παρακάτω πιο αναλυτικά τις μεθόδους για τον προσδιορισμό της βιταμίνης D, FGF23 και Klotho. Μέτρηση 25 ΟΗ βιταμίνης D Η 25 ΟΗ βιταμίνη D μετρήθηκε στο εργαστήριο μεταβολικών νοσημάτων του Παιδιατρικού Τμήματος του Πανεπιστήμιου Πατρών με ανοσοενζυμική μέθοδο για τον 52

53 ποσοτικό προσδιορισμό της βιταμίνης. Τα αποτελέσματα εκφράζονται σε μονάδες nmol/l ή ng/ml. Στo σημείο αυτό πρέπει να αναφέρουμε ότι δεν υπάρχει ομοφωνία για τις φυσιολογικές τιμές της βιταμίνης. Μελέτες έχουν δείξει ότι για την καλύτερη απορρόφηση του ασβεστίου απαιτούνται τιμές 25 ΟΗ βιταμίνης D που να υπερβαίνουν τα 30 ng/ml (Heaney 2004). Tα επίπεδα της 25 ΟΗ βιταμίνης D επηρεάζονται και από άλλους παράγοντες όπως η διατροφή, η ώρα της ημέρας, η έκθεση στον ήλιο, η εποχή του έτους, η γεωγραφική θέση, η ηλικία, η χρήση αντιηλιακού και προστατευτικών ρούχων όπως επίσης και ο βαθμός μελάχρωσης του δέρματος. Από διάφορες μελέτες οι συστάσεις για τα φυσιολογικά επίπεδα της 25 ΟΗ βιταμίνης D έχουν ως ακολούθως: Επίπεδα Βιταμίνης nmol/l ng/ml Ελλιπή <25 <10 Ανεπαρκή Επαρκή Πιθανή τοξίκωση >250 >100 Περιγραφή αρχών μεθόδου μέτρησης 25 ΟΗ βιταμίνης D Οι βαθμονομητές, οι μάρτυρες και τα δείγματα αραιώνονται με βιοτίνη σημασμένη με 25 ΟΗ βιταμίνη D. Τα αραιωμένα δείγματα επωάζονται σε βυθίσματα μικροπλάκας τα οποία είναι επικαλυμμένα με υψηλής ειδικότητας αντισώματα 25 ΟΗ 53

54 βιταμίνης D, που έχουν παρασκευαστεί σε πρόβατο, για δύο ώρες σε θερμοκρασία δωματίου πριν από την αναρρόφηση και έκπλυση. Ενζυμικώς σημασμένη αβιδίνη προστίθεται και συνδέεται με τα σύμπλοκα βιοτίνης. Ακολουθεί νέο στάδιο έκπλυσης και χρησιμοποιώντας χρωμογόνο υπόστρωμα αναπτύσσεται χρώμα. Στη συνέχεια η απορροφητικότητα των παραπάνω μειγμάτων διαβάζεται και η χρωματική πυκνότητα είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη συγκέντρωση της 25 ΟΗ βιταμίνης D. Μέτρηση 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D Η 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνη D μετρήθηκε στο εργαστήριο μεταβολικών νοσημάτων του Παιδιατρικού Τμήματος του Πανεπιστήμιου Πατρών με ανοσοενζυμική μέθοδο. Οι τιμές εκφράζονται είτε σε pmol/l (φυσιολογικές τιμές: pmol/l) είτε σε pg/ml (φυσιολογικές τιμές: pg/ml). Περιγραφή αρχών μεθόδου μέτρησης 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D Τα δείγματα προς μελέτη επωάζονται για 90 λεπτά με ειδικό μονοκλωνικό αντίσωμα έναντι της 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνης D προκειμένου να διαχωριστούν από ουσίες που μπορεί να προκαλέσουν διασταυρούμενη αντίδραση. Η γέλη εκχύλισης στη συνέχεια εκπλένεται και η κεκαθαρμένη 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνη D αραιώνεται απευθείας σε γυάλινους δοκιμαστικούς σωλήνες. Τα ανωτέρω μαζί με τους κατάλληλους βαθμονομητές επωάζονται κατά τη διάρκεια της νύχτας με ένα ειδικό αντίσωμα για 54

55 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνη D που έχει παρασκευαστεί σε πρόβατο. Στη συνέχεια ένα μέρος του μείγματος επωάζεται για 90 λεπτά μετά από ανάδευση σε βυθίσματα μικροπλάκας τα οποία είναι επικαλυμμένα με υψηλής ειδικότητας αντισώματα προβάτου για 1,25 (ΟΗ) 2 βιταμίνη D. Η 1,25(ΟΗ) 2 βιταμίνη D σημασμένη με βιοτίνη προστίθεται στη συνέχεια και η πλάκα αναδεύεται για 60 λεπτά πριν γίνει η αναρρόφηση και η έκπλυση. Ενζυμικώς σημασμένη αβιδίνη προστίθεται και συνδέεται με τα συμπλέγματα βιοτίνης. Ακολουθεί νέα έκπλυση και χρησιμοποιώντας χρωμογόνο υπόστρωμα αναπτύσσεται χρώμα. Στη συνέχεια η απορροφητικότητα των παραπάνω μειγμάτων διαβάζεται και η χρωματική πυκνότητα είναι αντιστρόφως ανάλογη προς τη συγκέντρωσης της βιταμίνης. Μέτρηση FGF23 Υπάρχουν δύο τρόποι για να προσδιορίσουμε τα επίπεδα του FGF23 (Fukumoto 2008; Fukumoto and Martin 2009). Ο πρώτος είναι μετρώντας FGF23 πλήρους μήκους (intact/full length, ifgf23) και ο δεύτερος είναι μετρώντας FGF23 του C-τελικού πεπτιδίου (C-terminal, cfg23). Oι τεχνικές που χρησιμοποιούνται για τις ανωτέρω μετρήσεις είναι ELISA. Για τον ifgf23 υπάρχουν οι τεχνικές Κainos και Immutopics, ενώ για τον cfgf23 η τεχνική Immutopics. Για τη μέτρηση του ifgf23 χρησιμοποιούνται 2 μονοκλωνικά αντισώματα που αναγνωρίζουν το αμινοτελικό και το καρβοξυτελικό άκρο της πρωτεΐνης μετρώντας έτσι μόνο τον FGF23 πλήρους μήκους 55

56 (ενεργός μορφή). Για τη μέτρηση του cfgf23, τα δύο μονοκλωνικά αντισώματα που χρησιμοποιούνται προσκολλώνται στο καρβοξυτελικό άκρο της πρωτεΐνης και επομένως με την τεχνική αυτή μετράμε τόσο τον FGF23 πλήρους μήκους (ενεργός μορφή) όσο και τα κομμάτια από το καρβοξυτελικό άκρο (ανενεργός μορφή). Τα επίπεδα του FGF23 στη μελέτη μας προσδιορίστηκαν με τις εξής μεθόδους ELISA: 1. Μέτρηση cfgf23 (σε πλάσμα αίματος (ΕDTA) που φυγοκεντρήθηκε αμέσως μετά την αιμοληψία): Immutopics C-terminal assay International, San Clemente, CA, USA 2. Μέτρηση ifgf23 (σε ορό αίματος): Kainos Laboratories, Tokyo, Japan Περιγραφή αρχών μεθόδου μέτρησης cfgf23 Δύο πολυκλωνικά αντισώματα, που παρασκευάστηκαν σε κατσίκι, διαχωρίστηκαν προκειμένου να ανιχνεύσουν επιτόπους στο καρβοξυτελικό άκρο του παράγοντα FGF23. Ένα αντίσωμα είναι συνδεδεμένο με βιοτίνη για σύλληψη και το άλλο με το ένζυμο ΗRP (horseradish peroxidase) για ανίχνευση. Το κάθε δείγμα αίματος προς μελέτη επωάζεται ταυτοχρόνως με τα δύο αντισώματα σε βυθίσματα μικροπλάκας. Ο FGF23 που περιέχεται στο δείγμα συνδέεται ανοσολογικώς και με τα δύο αντισώματα δημιουργώντας ένα σύμπλοκο τύπου σάντουιτς: Αντίσωμα με Βιοτίνη (καρβοξυτελικό άκρο)- FGF23 - Αντίσωμα με HRP (καρβοξυτελικό άκρο) 56

57 Στο τέλος της επώασης, τα βυθίσματα μικροπλάκας εκπλένονται για να απομακρυνθούν τυχόν αντισώματα που δεν έχουν προσκολληθεί. Το ένζυμο που συνδέεται με τα βυθίσματα μικροπλάκας επωάζεται με ένα διάλυμα και μετράται με σπεκτροφωτομετρική μέθοδο. H ενζυματική δραστηριότητα του ανωτέρω αντιγονικού συμπλέγματος είναι ανάλογη με την ποσότητα του FGF23 στο προσμετρούμενο δείγμα. Μια πρότυπη καμπύλη δημιουργείται αντιστοιχώντας την απορροφητικότητα με την αντίστοιχη συγκέντρωση του FGF23 σε γραμμικές ή λογαριθμικές καμπύλες. Η συγκέντρωση του FGF23 στα δείγματα υπολογίζεται από την καμπύλη αυτή. Περιγραφή αρχών μεθόδου μέτρησης ifgf23 Οι αρχές που διέπουν τη μέτρηση του ifgf23 είναι οι ίδιες με τη μέτρηση του cfgf23 που περιγράψαμε με τη διαφορά ότι τα αντισώματα που χρησιμοποιούνται για σύλληψη και ανίχνευση είναι ειδικά για τον ifgf23. Το σύμπλοκο τύπου σάντουιτς που δημιουργείται επομένως έχει ως εξής: Αντίσωμα με Βιοτίνη (αμινοτελικό άκρο)- FGF23 - Αντίσωμα με HRP(καρβοξυτελικό άκρο) Μέτρηση πρωτεΐνης Klotho Το κυκλοφορούν κομμάτι της πρωτεΐνης Klotho (sklotho) μετρήθηκε χρησιμοποιώντας τεχνική ELISA (IBL Minneapolis, MN, USA) σε ορό αίματος. 57