Receptor wapniowy (Ca-SR) należy do nadrodziny receptorów sprzężonych z białkami G. Zbudowany jest z 1085 aminokwasów. Składa się nań domena pozakomórkowa złożona z 612 aminokwasów, 7 helikalnych domen przezbłonowych oraz domena śródkomórkowa, złożona z 200 aminokwasów (1). Ca-SR występuje w komórkach przytarczyc i nabłonka kanalików nerkowych (dystalnego oraz zbiorczego), ale również w kościach, płucach, żołądku i mózgu. Ligandami Ca-SR są nie tylko dwuwartościowe jony wapnia, magnezu i gadolinium, ale również takie substancje jak gentamycyna, neomycyna i spermina. Po związaniu Ca-SR z ligandem dochodzi do uwolnienia Ca²⁺ z magazynów śródkomórkowych oraz do zwiększonego napływu tych jonów do komórek. W komórkach przytarczyc jest to przyczyną zahamowania wydzielania PTH, zaś w komórkach nerek – zmniejszenia wchłaniania zwrotnego Ca²⁺ i Mg²⁺, ale także Na⁺ i wody, na skutek czego wzrasta kalciuria, magnezuria, natriuria i diureza. Ponadto wykazano, że aktywacja Ca-SR nasila wydzielanie kalcytoniny przez komórki C tarczycy, zaś hamuje syntezę 1,25(OH)₂D przez nerki (2, 3).

Zaburzenia struktury i funkcji receptora Ca-SR (tab. 1) mogą być uwarunkowane genetycznie (mutacje) lub występowaniem przeciwciał przeciw Ca-SR (4). Może także dochodzić do zmniejszenia gęstości (liczby) Ca-SR, np. u chorych z wtórną nadczynnością przytarczyc w przebiegu przewlekłej mocznicy (5). Stany te omówiono poniżej.

Jak widać w tabeli 1, mutacje genu Ca-SR można podzielić na aktywujące i inaktywujące (1). Te pierwsze manifestują się wzrostem diurezy oraz wydalania wapnia i magnezu z moczem, co prowadzi do zmniejszenia stężenia tych pierwiastków w surowicy (hiperkalciuria hipokalcemiczna i hipermagnezemia hipomagnezuryczna). Jednak niskie stężenie Ca nie powoduje zwiększonego wydzielania PTH (z uwagi na konstytutywną aktywację Ca-SR w przytarczycach).

Mutacje inaktywujące Ca-SR, występujące w rodzinnej łagodnej hiperkalcemii hipokalcjurycznej (FBHH) i warunkujące złośliwy zespół nadczynności przytarczyc noworodków (FNHP) są przyczyną blokady transferu sygnału do komórek przytarczyc, przez co dochodzi do nadmiernej syntezy PTH, będącej przyczyną wystąpienia objawów nadczynności przytarczyc. W mutacji monoallelicznego występują objawy rodzinnej hiperkalcemii hipokalcjurycznej, natomiast w mutacji dwuallelicznej – zespołu ciężkiej nadczynności przytarczyc noworodków. Taka mutacja występować może np. w pozycji 227 (7).

Przeciwciała inaktywujące receptor Ca-SR mogą występować jako odizolowana choroba z autoagresji, lub też w przebiegu chorób autoimmunologicznych. Występowanie takich przeciwciał może odblokować syntezę PTH i stać się przyczyną nadczynności tego gruczołu podatnej na leczenie glikokortykoidami (4). Nie opisano, jak do tej pory, przeciwciał aktywujących receptor Ca-SR, ale możliwość taka wydaje się prawdopodobna. W przewlekłej chorobie nerek stwierdza się zmniejszenie liczby Ca-SR w przytarczycach, co sprawia, że do zahamowania sekrecji PTH u tych chorych potrzebna jest wyższa niż normalna kalcemia. Wzrost liczby Ca-SR może być przyczyną pierwotnej lub wtórnej niedoczynności przytarczyc.

Poznanie struktury i funkcji Ca-SR przyczyniło się do syntezy związków nie zawierających wapnia, ale naśladujących działanie Ca²⁺ na receptor Ca-SR. Związki te (tzw. kalcymimetyki) stosowane są w leczeniu chorych zarówno z pierwotną, jak i wtórną nadczynnością przytarczyc, prowadząc do tzw. farmakologicznej paratyreoidektomii (8, 9). Zarejestrowane są także w leczeniu raka przytarczyc (10). We wszystkich tych chorobach kalcymimetyki powodują zmniejszenie stężenia PTH i co za tym idzie, wapnia w surowicy.

Prowadzone są także prace nad związkami mającymi działanie odwrotne (kalcylityki).

Receptor RANK (receptor-activator of nuclear factor κB – receptor aktywujący czynnik jądrowy NFκB) jest zlokalizowany na powierzchni osteoklastów i ich komórek prekursorowych. Jak się wydaje, jest on kluczowym czynnikiem aktywującym dojrzewanie i proliferację komórek prekursorowych osteoklastów oraz pobudzającym czynność tych ostatnich (11). RANK należy do „rodziny” receptora dla TNF. Jego domena wewnątrzkomórkowa nie wykazuje jednak homologii z innymi znanymi receptorami „rodziny” TNF.

Aktywacja RANK przez jego liganda (RANKL – RANK ligand) prowadzi do uruchomienia kaskady sygnałów wewnątrzkomórkowych, wpływających na aktywację czynników transkrypcyjnych (np. NFκB) i ekspresję takich genów, jak np: gen receptora kalcytoniny, TRAP, CATK, integryny β 3, INF, NFAT2, myc, src i innych, w efekcie pobudzających dojrzewanie i czynność osteoklastów. Osteoprotegeryna (OPG, od łacińskiego protegere – chronić, czyli „chroniąca kości”) wiąże cząsteczkę RANKL, nie pozwalając na wiązanie się liganda z receptorem, wywiera zatem działanie przeciwstawne do RANKL (11).

Układ RANK/RANKL/OPG bierze udział w patogenezie wielu chorób układu kostno-stawowego i innych, wymienionych w tabeli 2. Jak widać, są to przede wszystkim choroby związane ze zwiększonym obrotem kostnym. W chwili obecnej jest już wiadomym, że farmakologiczne zahamowanie układu RANK/RANKL/OPG pozwoli na zmniejszenie resorpcji kości i pomoże w leczeniu w/w chorób. Pierwsze próby takiego leczenia przeprowadzano przy użyciu rekombinowanej osteoprotegeryny, która jednak, z uwagi na zbyt krótki okres półtrwania, nie weszła w fazę zaawansowanych prób klinicznych. Jej miejsce zajmują obecnie przeciwciała przeciwko RANKL, które mają identyczne działanie (nie pozwalają na wiązanie się RANKL z RANK), natomiast znacznie dłuższy okres półtrwania w ustroju, co pozwala na podawanie ich w jednej dawce na pół roku. Jest to bardzo wygodne dla chorego, jednocześnie (szczególnie przy podawaniu w poradni lub w szpitalu) powodując możliwość znacznie lepszej kontroli współpracy chorego (compliance), niż w przypadku przyjmowanych w domu tabletek. Opublikowano już badanie kliniczne II fazy, w którym z dobrym efektem podawano przeciwciało anty-RANKL (denosumab) chorym na osteoporozę pomenopauzalną (13), w toku jest badanie III fazy, oceniające aktywność przeciwzłamaniową tego leku.

Bardzo interesujące są próby zastosowania denosumabu w leczeniu przerzutów do kości. Próby takie wydają się być bardzo efektywne u zwierząt doświadczalnych, natomiast z oceną ich skuteczności u ludzi zaczekać należy do zakończenia prowadzonych badań klinicznych (14).

W ciągu ostatnich lat pojawiło się wiele prac sugerujących rolę układu RANK/RANKL/OPG w powstawaniu miażdżycy naczyń. Jedną z pierwszych takich prac opublikowano w 2001 roku (15). Na podstawie stwierdzenia ekspresji RANKL w macierzy pozakomórkowej otaczającej depozyty mineralne blaszki miażdżycowej zasugerowano, że RANKL grać może rolę we wczesnej fazie mineralizacji/wapnienia blaszki. Ekspresja osteoprotegeryny z kolei jest wysoka w blaszkach miażdżycowych pochodzących od chorych z objawową miażdżycą (16). Sugeruje to ochronną rolę OPG produkowanej w odpowiedzi na procesy prowadzące do destabilizacji blaszki, jednak nie można wykluczyć, że białko to może również grać rolę negatywną w rozwoju miażdżycy. Z drugiej strony podawanie osteoprotegeryny zwierzętom, którym podaje się warfarynę i witaminę D zapobiega powstawaniu indukowanym przez nie zwapnień naczyniowych (17).

Wyższe stężenie osteoprotegeryny w surowicy występuje częściej u chorych z bezobjawową chorobą niedokrwienną serca (18). Dane kliniczne sugerują także zwiększenie ryzyka wystąpienia incydentów sercowo-naczyniowych, a także śmiertelności sercowo-naczyniowej (choć nie ogólnej) u tych chorych, u których stwierdza się zwiększenie stężenia OPG w surowicy (19). Nie ma jednak jak dotąd jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, czy wyższe stężenia osteoprotegeryny są u tych chorych wtórne do miażdżycy i są wyrazem reakcji obronnej organizmu na procesy wapnienia, czy też pełnią rolę sprawczą. Rozwiązanie tej kwestii będzie być może możliwe po ocenie chorych włączonych do badań klinicznych nad denosumabem, w których bezpieczeństwu „sercowo-naczyniowemu" poświęca się dużo uwagi.

Wydaje się zatem, że także ocena roli układu RANK/RANKL/OPG w rozwoju i progresji miażdżycy, a szczególnie jej powikłań i stabilności blaszki miażdżycowej, wymaga dalszych badań.

Zarówno proces wchłaniania Ca²⁺ w przewodzie pokarmowym, jak i resorpcja tego jonu w cewkach nerkowych jest ściśle związane z białkiem Klotho. Nazwa ta pochodzi od imienia jednej z Parek, greckich bogiń przędzących nić życia. Mutacje inaktywujące genu Klotho manifestują się bowiem przedwczesnym starzeniem, niepłodnością, zanikiem skóry, apoptozą komórek, osteoporozą i zwapnieniami naczyń krwionośnych (20). Podanie białka Klotho zwierzętom hamuje proces ich starzenia i wydłuża ich życie.

Ekpresja białka Klotho występuje głównie w cewce krętej dystalnej i nefronów, w splocie naczyniówkowym komór mózgowych i w przytarczycach, a także w wątrobie, trzustce i białej tkance tłuszczowej. Hormon Klotho wykazuje aktywność β-glukoronidazową i ulega aktywacji po odcięciu fragmentu N-końcowego, dostającego się do krwi, płynu mózgowo-rdzeniowego i moczu. Na uwagę zasługuje fakt kolokacji białka Klotho z kanałem wapniowym TRPV5 w cewkach nerkowych oraz, że zarówno PTH jak i 1,25(OH)₂D stymulując aktywność 1-alfa-hydroksylazy 25-OH-D nasilają syntezę 1,25(OH)₂D, która z kolei nasila syntezę białka Klotho (21).

Zwierzęta pozbawione genu Klotho (Kl ^-/Kl ^-) wykazują umiarkowaną hiperkalcemię i wzrost stężenia 1,25(OH)₂D₃. Podawanie egzogennego 1,25(OH)₂D pobudza ekspresję białka Klotho w nerkach, natomiast zmniejsza stężenie PTH i kalcytoniny. Zarówno u zwierząt Kl ^-/Kl ^-, jak i u ludzi z niedoborem Klotho stwierdza się osteoporozę wyrażającą się zmniejszeniem zarówno procesu zróżnicowania osteoblastów jak i osteoklastów (bardziej upośledzona jest aktywność osteoblastów). Niedawno wykazano, że u zwierząt z brakiem genu TRPV5^-/- ekspresja białka Klotho jest zmniejszona. Sugeruje się, że białko Klotho jest stymulatorem dla kanału wapniowego TRPV5 oraz, że hormon Klotho wpływa na resorpcję Ca²⁺ deglikozylując N-glikany na powierzchni białkowej TRPV5 (21). Badania te dostarczają ogólny model molekularnego mechanizmu, za pośrednictwem którego hormon Klotho zapobiega starzeniu i sugerują potencjalne implikacje stosowania białka Klotho w hamowaniu procesu starzenia manifestującego się m.in. osteoporozą (22, 23).

Gen Klotho, o wielkości ponad 50 kb, składa się z pięciu eksonów i zlokalizowany jest na chromosomie 13 (13q12). Pozakomórkowy fragment tego polipeptydu wykazuje dwie homologiczne domeny nieco podobne do beta-glukozydaz bakterii i roślin. W zależności od miejsca zakończenia transkrypcji gen Klotho może produkować dwa rodzaje transkryptów – białko przezbłonowe oraz białko wydzielane do układu krążenia (24).

Zwierzęta pozbawione genu Klotho (Klotho^-/-) wykazują nadwrażliwość na hipoglikemiczne działanie insuliny, natomiast zwierzęta transgeniczne ze zwiększoną ekspresją genu Klotho (Klotho^+/+ są oporne na insulinę i IGF1 (samce) lub tylko na IGF1 (samice). Przypuszcza się, że związanie białka Klotho ze swoim receptorem oddziaływuje na aktywność osi insulina/IGF1 (zwiększa oporność tego szlaku sygnalizacyjnego, przez co może współdziałać w działaniu przeciwstarzeniowym białka Klotho).

Zarówno zwierzęta Klotho^-/- jak i FGF^-/- charakteryzują się hiperkalcemią, hiperfosfatemią i wzrostem stężenia 1,25(OH)₂D₃, ciężką kalcyfikacją naczyń i tkanek miękkich. Również w obrębie układu kostnego stwierdza się podobne zmiany osteoporotyczne w obu rodzajach zmutowanych zwierząt. Powyższe fakty sugerują, że hormon Klotho i FGF-23 działają jednym i tym samym szlakiem sygnalizacyjnym.

Podkreślić w końcu należy, że aktywacja FGF-23 po związaniu ze swoimi receptorami (dotychczas znane są 4 receptory dla FGF-23 tj. FGFR-1, FGFR-2, FGFR-3 i FGFR-4) wymaga obecności białka Klotho. Toteż sądzi się, że Klotho jest kofaktorem dla FGFR. Ten fakt może tłumaczyć dlaczego fenotyp Klotho^-/- i FGF^-/- są do siebie tak podobne oraz że podwyższony poziom 1,25(OH)₂D₃ jest przyczyną hiperkalcemii i hiperfosfatemii zarówno u zwierząt Klotho^-/- jak i FGF23^-/- (25).

Fetuina A (AHSG, α2-Heremans-Schmid glycoprotein) jest znana od dawna. Odkryta została w surowicy cielęcej i opisana już w latach 60. ubiegłego wieku, jednak zainteresowanie nią zwiększyło się znacznie dopiero kilka lat temu, po publikacji wykazującej związek niskiego stężenia tej cząsteczki w surowicy ze śmiertelnością z przyczyn sercowo-naczyniowych u chorych z przewlekłą chorobą nerek (26).

Okazało się, że białko to jest silnym inhibitorem tworzenia i wytrącania się fosforanu wapnia, będącego prekursorem hydroksyapatytu. Jeżeli jednak fosforan wapnia jest już wytworzony i wytrącony, fetuina A nie ma nań wpływu. Jest ona zatem silnym inhibitorem kalcyfikacji ścian naczyń krwionośnych i innych zwapnień ektopowych, nie wpływa jednak na mineralizację wytworzonej już kości, mimo tego, że akumulacja fetuiny A w kościach jest duża na skutek dużego powinowactwa do hydroksyapatytu. Niedobór fetuiny A powoduje zwiększone wapnienie w obrębie komórek mięśni gładkich ścian naczyń krwionośnych (27).

Poza oddziaływaniem na gospodarkę wapniowo-fosforanową fetuina A zmniejsza fosforylację receptora dla insuliny zarówno in vitro, jak i in vivo. Wynikiem tego działania jest zwiększenie insulinooporności. Myszy pozbawione genu fetuiny (fetuin-null mice) wykazują dużą insulinowrażliwość (która utrzymuje się pomimo starzenia) oraz oporność na indukowaną dietą otyłość. Również u ludzi wykazano związek fetuiny A z insulinopornością i odkładaniem się tkanki tłuszczowej w wątrobie, a także zależność pomiędzy stężeniem fetuiny A w surowicy a występowaniem zespołu metabolicznego (28).

Artykuł niniejszy omawia postępy w badaniach nad gospodarką wapniowo-fosforanową. Większość nowych odkryć związana jest z coraz większymi możliwościami biologii molekularnej. Odkrywane są nowe, nieznane dotąd białka, ale także nowe role znanych od dawna, choć czasem pod innymi nazwami, cząsteczek. Bada się DNA, ale także produkty powstałe po jego transkrypcji i translacji. Ocenia się fenotypy związane z niedoborem lub nadmiarem produktów poszczególnych genów, hodując zwierzęta doświadczalne ich pozbawione lub wyposażone w podwójne kopie. Coraz więcej wiadomo o przekazywaniu sygnału wewnątrzkomórkowego po zadziałaniu bodźca. Coraz częściej nowe odkrycia dokonane w laboratorium wykorzystywane są przy łóżku chorego.

Autorzy mają nadzieję, że udało im się w miarę krótko i jasno przedstawić ten trudny do percepcji materiał.