Departamentul de Știința Alimentelor și Nutriția Umană și

cauza

Program interdepartamental de absolvenți în științe nutriționale, Universitatea de Stat din Iowa, Ames, Iowa

Departamentul de Știința Alimentelor și Nutriția Umană și

Departamentul de Știința Alimentelor și Nutriția Umană și

Departamentul de Știința Alimentelor și Nutriția Umană și

Program interdepartamental de absolvenți în științe nutriționale, Universitatea de Stat din Iowa, Ames, Iowa

Adresa pentru cereri de reimprimare și alte corespondențe: M. J. Rowling, Dept. of Food Science and Human Nutrition, Iowa State University, 220 Mackay Hall, Ames, IA 50011 ([email protected]).

Abstract

starea optimă a vitaminei d a fost asociată cu îmbunătățirea rezultatelor sănătății pe termen lung în bolile cardiovasculare și cancerul, complicații care apar la incidențe mai mari la persoanele cu diabet zaharat non-insulino-dependent (NIDDM). Funcția renală slabă, de asemenea, o consecință a diabetului de tip 2 slab controlat, are ca rezultat hipertensiune arterială, leziuni crescute ale celulelor epiteliale și risc crescut de boli cardiovasculare (3, 11). În plus față de datele din studiile de control al cazurilor care indică faptul că menținerea concentrațiilor serice optime de 25-hidroxicolecalciferol (25D3) (> 90 nmol/l) este preventivă împotriva multor tipuri de cancer, cercetările au sugerat că starea optimă a vitaminei D poate fi protectoare împotriva hipertensiunii și afectarea nefronică prin suprimarea producției de renină în rinichi (13, 36). Mai mult, studiile clinice și epidemiologice au sugerat că diabetici de tip 2 și persoanele cu boli cronice de rinichi sunt mai susceptibile de a se încadra în ceea ce este considerat intervalul suboptim (

FIG. 1.Confirmarea diabetului non-insulino-dependent (NIDDM) la șobolanii diabetici grași Zucker (ZDF). ZDF și șobolanii slabi au fost obținuți la vârsta de 6 săptămâni și au fost hrăniți cu o dietă comercială de rozătoare cu energie ridicată (Purina Formulab Diet 5008) pentru a induce o stare diabetică și au fost eutanasiați la 14 săptămâni. Pentru a confirma prezența diabetului la șobolanii ZDF, glucoza din sânge a fost măsurată cu glucometru în momentul eutanasierii. Insulina serică a fost analizată utilizând un ELISA specific pentru insulina de șobolan. Datele sunt exprimate ca mijloace ± SE (n = 6). ***P

Expresia genei Megalin, cubilin și Dab2.

Pentru a determina dacă pierderea complexului 25D3-DBP în urină s-a datorat scăderii absorbției renale, s-au utilizat lizați renali întregi pentru a măsura expresia mRNA megalinului, cubilinei și Dab2 utilizând PCR în timp real. Am constatat că atât expresia megalinului, cât și Dab2 au fost reduse la animalele ZDF comparativ cu animalele de control slab (~ 50 și, respectiv, 80%; Fig. 2 A și B), în timp ce nu am detectat diferențe în expresia mARN-ului cubilinei (datele nu sunt prezentate). În mod similar, am constatat că colorarea imunohistochimică a secțiunilor de țesut a arătat că expresia megalinei și a proteinei Dab2 a fost redusă în tubii proxinali renali la aceste animale (Fig. 3). Mai mult decât atât, din observațiile noastre histologice ale țesutului renal de la șobolani ZDF, necroza pare să fie prezentă în tubii renali proximali, ceea ce poate explica, cel puțin parțial, colorarea redusă a megalinului și a Dab2 în secțiunile renale.

FIG. 2.Reducerea expresiei megalinului și a handicapului-2 (Dab2) și reabsorbția renală a proteinei de legare a vitaminei D (DBP) și a albuminei la șobolanii ZDF. Țesutul renal și urina au fost colectate de la aceleași animale descrise în Fig. 1. A și B: megalin și Dab2 mARN au fost analizați așa cum este descris în materiale și metode . A: abundența de ARNm megalin (determinată de PCR în timp real) la ZDF și șobolani slabi. B: Abundența de ARNm Dab2 (determinată de PCR în timp real) la ZDF și șobolani slabi. C și D: DBP urinar și albumina au fost analizate așa cum este descris în materiale și metode . A: concentrații urinare de DBP de la ZDF și șobolani slabi. B: concentrații de albumină urinară de la ZDF și șobolani slabi. Datele sunt exprimate ca mijloace ± SE (n = 6). *P


FIG. 3.Morfologia renală și analiza imunohistochimică a megalinei și a expresiei Dab2 la rinichi de șobolani slabi și ZDF. Rinichii au fost excizați de la aceleași animale descrise în Fig. 1, prelucrate și secționate pentru colorarea cu hematoxilină și eozină (H&E) pentru evaluarea histologică de rutină (top) sau supuse colorării imunohistochimice pentru megalin și Dab2, așa cum este descris în materiale și metode. Megalin- (mijloc) și celule Dab2-pozitivefund) apar maro închis împotriva contracolorului hematoxilin albastru.

Ser de creatinină.

Funcția renală a fost evaluată prin măsurarea creatininei serice. Nivelurile serice de creatinină au fost crescute la aproximativ 80% la animalele ZDF comparativ cu martorii slabi, indicând faptul că funcția renală a fost compromisă la animalele ZDF (Fig. 4).

FIG. 4.Evaluarea funcției renale la șobolanii ZDF. Serul colectat de la aceleași animale descrise în Fig. 1 a fost utilizat pentru a măsura creatinina serică. Datele sunt exprimate ca mijloace ± SE (n = 6). *P

Albuminuria și creșterea excreției DBP la șobolanii ZDF.

Am măsurat albumina urinară în două scopuri. 1) albumina, ca și DBP, este un ligand cunoscut al megalinului (30) și 2) albuminuria severă este un marker biologic al nefropatiei (8, 30, 31). Am constatat că albuminuria marcată era prezentă la animalele ZDF, care excretau de 20 de ori cantități mai mari de albumină comparativ cu animalele de control slab. În mod similar, șobolanii ZDF au eliminat cantități mari de DBP în urină (8,9 μg/ml; Fig. 2, C și D). În schimb, DBP a fost practic nedetectabil în urina animalelor de control slab, indicând faptul că capacitatea animalelor ZDF de a reabsorbi complexul 25D3-DBP a fost semnificativ compromisă.

Concentrații urinare și serice de 25D3 și 1,25D3.

Urina a fost examinată pentru prezența 25D3 și 1,25D3 pentru a determina dacă pierderea DBP în urină a fost asociată cu o pierdere urinară crescută de vitamina D. Urina de la animalele ZDF conținea concentrații crescute de 25D3 total (care este dependent de DBP pentru transport la rinichi), principalul metabolit circulant al vitaminei D, în comparație cu animalele slabe de control (cu 31% mai mare la animalele ZDF atunci când se normalizează la nivelurile de creatinină urinară; Fig. 5, B și D). De asemenea, concentrațiile urinare de 1,25D3 (normalizate la concentrațiile urinare de creatinină) au fost mai mari la animalele ZDF comparativ cu animalele martor (Fig. 4D). În plus, concentrația urinară de DBP a fost puternic corelată cu concentrația urinară de 25D3 (Fig. 6) la animalele ZDFr 2 = 0,85, P

FIG. 5.Concentrațiile serice și urinare de 25-hidroxicolecalciferol (25D3) și 1,25-dihidroxicolecalciferol (1,25D3) la șobolani slabi și ZDF. Serul și urina colectate de la aceleași animale descrise în Fig. 1 au fost utilizate pentru a măsura concentrațiile 25D3 și 1,25D3 la șobolani slabi și ZDF de către ELISA, așa cum este descris în materiale și metode . A: concentrații serice de 25D3. B: concentrații urinare de 25D3. C: concentrații serice de 1,25D3. D: concentrații urinare de 1,25D3. Datele sunt exprimate ca mijloace ± SE (n = 6). *P


FIG. 6.Excreția urinară a DBP se corelează cu 25D3 urinar la șobolanii ZDF. Șobolani ZDF (n = 5) s-au obținut la vârsta de 6 săptămâni și au fost hrăniți cu o dietă diabetogenă (Purina 5008) timp de 8 săptămâni până când diabetul a fost evident. A fost colectată producția de urină de 24 de ore, iar nivelurile urinare de DBP și 25D3 au fost evaluate de ELISA și respectiv EIA, așa cum este descris în materiale și metode. Rezultatele unui test de corelație Pearson sunt indicate de linia continuă (r = 0,921, P


FIG. 7.Aportul de colecalciferol la șobolanii slabi și ZDF. Șobolanii ZDF și controalele lor slabe au fost achiziționate la vârsta de 6 săptămâni și au fost hrăniți cu o dietă comercială de rozătoare cu energie ridicată (Purina Formulab Diet 5008) până când au fost eutanasiați la vârsta de 14 săptămâni. A: aportul total de colecalciferol la șobolani ZDF și controalele lor slabe în perioada de studiu de 8 săptămâni. B: aportul de colecalciferol calculat ca UI · zi -1 · kg corp greutate -1 pentru perioada de studiu de 8 săptămâni. Datele sunt exprimate ca mijloace ± SE (n = 6). *P

Studiul 2: Evaluarea homeostaziei vitaminei D la șobolani ZDF

Evaluarea stării 25D3 și 1,25D3.

FIG. 8.Creșterea cantității urinare și compromiterea concentrațiilor serice de 25D3 și 1,25D3 la șobolanii ZDF. Șobolanii ZDF în vârstă de 11 săptămâni și șobolanii slabi de control au fost hrăniți fie cu 0, 1.000, fie cu 10.000 UI de colecalciferol/kg dietă timp de 3 săptămâni. Concentrațiile 25D3 și 1,25D3 au fost măsurate în ser și urină colectate de la șobolani ZDF și slabi de control de către ELISA, așa cum este descris în materiale și metode . A: concentrații serice de 25D3. B: concentrații urinare de 25D3. C: concentrații serice de 1,25D3. D: concentrații urinare de 1,25D3. Datele sunt exprimate ca mijloace (n = 8) ± SE; barele cu litere diferite sunt semnificativ diferite (P

Ser de creatinină.

Ca în studiul 1, funcția renală a fost evaluată prin măsurarea creatininei serice. Nivelurile creatininei serice au fost crescute cu ~ 76% la animalele ZDF comparativ cu martorii slabi (Fig. 8D), indicând faptul că funcția renală a fost compromisă la animalele ZDF.

Albumină urinară, DBP și expresie megalină renală la șobolani ZDF.

Similar cu ceea ce am observat în primul nostru set de experimente, am detectat albuminurie severă și pierderea urinară de DBP la toate animalele ZDF în comparație cu martorii lor slabi (Fig. 9, A și B). Concentrațiile de albumină urinară au variat de la 470 la 1.250 mg/dl, iar concentrațiile urinare de DBP au variat de la 2.200 la 3.500 la toți șobolanii ZDF, în timp ce albumina urinară și DBP de la animalele slabe erau practic nedetectabile. Mai mult, așa cum sa raportat mai sus, s-a observat o reducere a expresiei megalinei mRNA renală în toate grupurile ZDF comparativ cu omologii lor slabi (Fig.C).

FIG. 9.Evaluarea expresiei megalinei, reabsorbției renale a DBP și a albuminei și a funcției renale la șobolanii ZDF. Țesutul renal și urina au fost colectate de la aceleași animale descrise în Fig. 7. Expresia de ARNm megalin renal și concentrațiile urinare de DBP și albumină au fost determinate așa cum este descris în materiale și metode . A: abundență de ARNm megalin în rinichi. B: concentrații urinare de DBP. C: concentrații de albumină urinară. Datele sunt exprimate ca mijloace ± SE (n = 6); barele cu litere diferite sunt semnificativ diferite (P

CYP27B1, calciu seric și hormon paratiroidian.

Deși șobolanii diabetici au prezentat niveluri scăzute de 1,25D3 seric, concentrațiile serice de calciu și hormoni paratiroidieni (PTH) nu au diferit între ZDF și animalele slabe în niciunul dintre grupurile de tratament (Fig. 10, A și B). Expresia renală a ARNm CYP27B1 a fost crescută numai la animalele ZDF hrănite cu dieta VD, rezultat probabil al concentrațiilor serice reduse de 1,25D3 și/sau al lipsei de colecalciferol dietetic, așa cum am raportat anterior (28). Similar lucrării noastre publicate anterior (28), s-a observat o reducere a expresiei renale a ARNm CYP27B1 când animalele ZDF au fost hrănite cu dieta VDS.

FIG. 10.Efectul NIDDM asupra calciului seric, serului hormonului paratiroidian și expresiei renale CYP27B1. Au fost măsurate concentrațiile serice de calciu și hormoni paratiroidieni, iar expresia renală a CYP27B1 a fost evaluată prin PCR în timp real la aceleași animale descrise în Fig. 7. A: calciu seric. B: ser hormon paratiroidian. C: expresie renală CYP27B1 la șobolani ZDF și slabi de control. Datele sunt exprimate ca mijloace (n = 8) ± SE; barele cu litere diferite sunt semnificativ diferite (P

Luate împreună, datele noastre sugerează cu tărie că principalul mecanism care contribuie la starea compromisă a stării de vitamina D în modelul nostru animal NIDDM a fost reabsorbția renală inadecvată mediată de megalin și/sau Dab2 de 25D3 și 1,25D3. Aceste descoperiri sunt în concordanță cu un studiu clinic recent în care cercetătorii au descoperit că nivelurile urinare de megalin și cubilină au fost semnificativ crescute la pacienții albuminurici cu diabet de tip 1 (30), indicând în plus că, pe măsură ce diabetul progresează, capacitatea de a menține homeostazia normală a vitaminei D prin megalin mecanismele mediate sunt compromise.

Pe scurt, aceste studii au furnizat dovezi că endocitoza mediată de megalină joacă un rol critic în homeostazia vitaminei D în NIDDM. Luate împreună, datele noastre furnizează primele dovezi, cel puțin la cunoștința noastră, că reabsorbția renală a vitaminei D circulante prin endocitoză compromisă, mediată de receptor, este un factor cheie la starea suboptimală a vitaminei D în NIDDM.

Aceste studii au fost posibile prin finanțarea acordată lui M. J. Rowling de către Centrul de Cercetare Nutriție și Wellness al Universității de Stat din Iowa/Grantul special pentru cercetare al Departamentului Agriculturii din SUA.

Autorii dezvăluie că nu există o dualitate de interes asociată acestui articol.