286 Fornalczyk K. i wsp. Osteopontyna, płytkowy czynnik wzrostu i morfogeniczne białko kości u dzieci z przewlekłą chorobą nerek leczonych nerkozastępczo – doniesienie wstępne 1 KONSTANCJA FORNALCZYK, 1KINGA MUSIAŁ, 2MARIA SZCZEPAŃSKA, 1DANUTA ZWOLIŃSKA 1 Katedra i Klinika Nefrologii Pediatrycznej, Akademia Medyczna we Wrocławiu, kierownik: prof. dr hab. med. D. Zwolińska; 2Oddział Dializoterapii Dzieci, Katedra i Klinika Pediatrii w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny, kierownik: prof. dr hab. med. A. Dyduch Osteopontyna, płytkowy czynnik wzrostu i morfogeniczne białko kości u dzieci z przewlekłą chorobą nerek leczonych nerkozastępczo – doniesienie wstępne Osteopontin, platelet-derived growth factor and bone morphogenetic protein-7 in children with chronic kidney disease on renal replacement therapy – preliminary results Fornalczyk K.1, Musiał K.1, Szczepańska M.2, Zwolińska D.1 Fornalczyk K.1, Musiał K.1, Szczepańska M.2, Zwolińska D.1 1 Katedra i Klinika Nefrologii Pediatrycznej Akademii Medycznej we Wrocławiu, 2Oddział Dializoterapii Dzieci, Katedra i Klinika Pediatrii w Zabrzu 1 Chair and Department of Pediatric Nephrology of Medical University of Wrocław, 2Children Dialysis Unit, Chair and Department of Pediatrics of Silesian Medical University of Zabrze Powikłania sercowo-naczyniowe towarzyszą PChN i ulegają nasileniu w przebiegu dializoterapii. Znaczącą rolę w progresji zmian miażdżycowych w tej grupie chorych odgrywają zaburzenia gospodarki wapniowo-fosforanowej. Do nowych czynników biorących udział w tym procesie należą OPN i BMP-7, będące inhibitorami kalcyfikacji oraz PDGF-BB, nasilający tworzenie zwapnień. Celem pracy była ocena powyższych parametrów u pacjentów dializowanych, z uwzględnieniem różnic między dializą otrzewnową (ADO) a hemodializą (HD). Materiał i metody. Stężenia OPN, PDGF-BB i BMP-7 były oznaczane metodą ELISA w osoczach 16 dzieci dializowanych otrzewnowo, 13 pacjentów hemodializowanych i 12 dzieci z prawidłową funkcją nerek, stanowiących grupę kontrolną. Wyniki. Stężenia OPN w grupie HD były wyższe, a u pacjentów ADO porównywalne z obserwowanymi w grupie kontrolnej. Nie wykazano różnic między ADO a HD. Mediany wartości PDGF-BB u wszystkich dializowanych były mniejsze niż w grupie kontrolnej, a najniższe wartości stwierdzono u dzieci HD. Stężenia BMP-7 u leczonych nerkozastępczo były wyższe niż w grupie kontrolnej, a u pacjentów HD – większe niż w przypadku ADO. Wnioski. Zmienione wartości OPN, PDGF-BB i BMP-7 u pacjentów dializowanych wskazują na uruchomienie mechanizmów zapobiegających zaburzeniom kalcyfikacji. Mniejsze nasilenie zmian w grupie ADO przemawia za dializą otrzewnową jako metodą ingerującą w mniejszym stopniu w równowagę między czynnikami promującymi i hamującymi tworzenie zwapnień. Cardiovascular complications are associated with CKD and tend to aggravate in the course of dialysis. The disturbed calcium- phosphate metabolism plays the crucial role in the progression of atherosclerosis. Among the new, possible factors, taking part in this process, there are the calcification inhibitors: OPN and BMP-7, and the calcification process promoter:PDGF-BB. The aim of the study was to assess the concentrations of the above mentioned factors in the dialysis patients, comparing the two types of therapy: peritoneal dialysis (PD) and hemodialysis (HD). Material and methods. OPN, PDGF-BB and BMP-7 plasma concentrations were assessed by ELISA, in 16 children on PD, in 13 on HD and in 12 controls with normal kidney function. Results. OPN concentrations were higher in HD patients, whereas in PD patients comparable to those in the control group. There were no differences between PD and HD children. PDGF-BB median values were lower in both dialysis groups than in the controls, and the lowest of them were observed in HD patients. BMP-7 concentrations were increased in dialysis patients, comparing to the control group, and higher in HD patients than in the PD ones. Conclusions. Disturbed concentrations of OPN, PDGF-BB and BMP-7 in dialysis patients may indicate that the preventive mechanisms against the calcification disorders have been set. The fact that the changes in the concentrations of the above mentioned factors are less pronounced in the PD group, lets us assume that PD is the type of dialysis that interferes to the lesser extent with the balance between the promoters and inhibitors of calcification. Słowa kluczowe: gospodarka wapniowo-fosforanowa, kalcyfikacja naczyń, dializa otrzewnowa, hemodializa Key words: calcium – phosphate metabolism, vascular calcification, peritoneal dialysis, haemodialysis Pol. Merk. Lek., 2009, XXVI, 154, 286 Pol. Merk. Lek., 2009, XXVI, 154, 286 Powikłania sercowo-naczyniowe towarzyszą PChN i ulegają nasileniu w przebiegu dializoterapii. Stanowią one główną przyczynę zgonów u pacjentów ze schyłkową niewydolnością nerek [1]. Znaczącą rolę w progresji zmian miażdżycowych w tej grupie chorych odgrywają zaburzenia gospodarki wapniowo-fosforanowej [3, 17]. Hyperfosfatemia i hyperkalcemia uruchamiają mechanizmy prowadzące do transformacji komórek mięśniówki gładkiej naczyń krwionośnych w osteoblasty, które inicjują proces kalcyfikacji w obrębie blaszki środkowej ścian naczyń tętniczych [14, 19, 20]. Potwierdzili to m.in. Goodman i wsp., wykazując w TK obecność zwapnień w ścianach tętnic wieńcowych u młodych dorosłych powyżej 20 r.ż. ze schyłkową niewydolnością nerek leczonych nerkozastępczo przez co najmniej 5 lat [11]. Do nowo poznanych czynników biorących udział w procesie wapnienia naczyniowego należą osteopontyna (OPN) i morfogeniczne białko kości (BMP-7 – bone morphogenetic protein), będące inhibitorami kalcyfikacji, oraz płytkowy czynnik wzrostu (PDGF-BB – platelet-derived growth factor), promujący tworzenie zwapnień. OPN jest glikoproteiną z rodziny integryn o wielokierunkowym mechanizmie działania. Bierze udział w regulacji odpowiedzi zapalnej i hamowaniu apoptozy komórkowej, a w tkance kostnej odpowiada za procesy remodelingu. Jedną z głównych ról OPN jest hamowanie wzrostu hydroksyapatytów oraz ułatwianie ich usuwania przez makrofagi, co obserwowano w badaniach in vitro [21]. W badaniach na modelach zwierzęcych, dotyczących kalcyfikacji pozakostnej w Osteopontyna, płytkowy czynnik wzrostu i morfogeniczne białko kości u dzieci z przewlekłą chorobą nerek Mediany wartości PDGF-BB u wszystkich dializowanych były istotnie niższe niż w grupie kontrolnej. Najniższe wartości stwierdzono u dzieci hemodializowanych (ryc. 2). Stężenia BMP-7 u leczonych nerkozastępczo były istotnie większe w porównaniu do grupy kontrolnej i różniły się w zależności od zastosowanej metody leczenia. U pacjentów HD były znacząco wyższe (ryc. 3). OMÓWIENIE Zaburzenia gospodarki wapniowo- fosforanowej u pacjentów z przewlekłą chorobą nerek odgrywają znaczącą rolę w progresji zmian miażdżycowych [7]. Najnowsze doniesienia, 12 11 p < 0.001 HD vs. kontr 10 9 OPN [ng/ml] PChN, stwierdzono wzmożoną ekspresję OPN w ścianach naczyń krwionośnych objętych procesem wapnienia [23]. W badaniach in vitro wykazano również ochronną rolę osteopontyny jako inhibitora kalcyfikacji naczyniowej [4, 22]. BMP-7, białko należące do rodziny TGF-b, odgrywa kluczową rolę w procesie embriogenezy, warunkując m.in. prawidłowy rozwój nerek i kości [5, 12]. BMP-7 hamuje nieprawidłową transformację komórek mięśniówki gładkiej naczyń w komórki o fenotypie osteoblastów oraz zwiększa kostne depozyty wapnia i fosforanów. W modelach doświadczalnych wykazano istotną rolę BMP-7 w regresji ognisk kalcyfikacji naczyń u myszy z PChN [5,6]. Udowodniono ponadto jego skuteczność w hamowaniu zmian kostnych w przebiegu osteodystrofii nerkowej [6, 10]. PDGF-BB to płytkowy czynnik wzrostu, który stymulując napływ miocytów z błony środkowej ściany tętnicy i ich proliferację, działa jako promotor aterogenezy [18]. W badaniach in vitro Giachelli i wsp. obserwowali wapnienie ludzkich komórek mięśni gładkich aorty pod wpływem egzogennego PDGF-BB, co wskazuje na jego prokalcynogenne działanie [8]. Ponadto wykazano również, że PDGF-BB zwiększa ekspresję OPN w odpowiedzi na mechanizmy uszkadzające tkanki [3, 13, 20]. Brak jest doniesień dotyczących oceny powyższych parametrów w populacji pacjentów z przewlekłą chorobą nerek leczonych nerkozastępczo, zarówno pediatrycznych jak i dorosłych. Celem pracy była ocena stężeń OPN, PDGF-BB i BMP-7 u dzieci dializowanych metodą hemodializy (HD) i dializy otrzewnowej (ADO), z uwzględnieniem różnic pomiędzy oboma typami leczenia nerkozastępczego, i analiza powyższych parametrów jako potencjalnych wczesnych markerów kalcyfikacji. 287 8 p = 0.4 ADO vs. HD 7 p = 0.4 ADO vs. kontr 6 5 4 3 2 kontr MATERIAŁ I METODY WYNIKI Stężenia OPN w grupie HD były znamiennie wyższe, a u pacjentów ADO porównywalne z obserwowanymi w grupie kontrolnej (ryc.1). Nie wykazano różnic między ADO a HD. HD Badane grupy / Examined groups Mediana/Median 25%-75% Min-Maks/Min-Max Ryc. 1. Stężenia OPN w grupie kontrolnej, u pacjentów dializowanych otrzewnowo (ADO) i hemodializowanych (HD) Fig. 1. OPN concentrations in controls, in patients on peritoneal dialysis (ADO) and on hemodialysis (HD) 600 500 PDGF-BB [pg/ml] Badaniami objęto 29 dzieci i młodych dorosłych (17 dziewczynek i 12 chłopców) w wieku 3 - 19 lat (mediana 12 lat) z przewlekłą chorobą nerek dializowanych otrzewnowo (16 pacjentów) i hemodializowanych (13). Wśród przyczyn niewydolności nerek u badanych dzieci wyróżniono: przewlekłe odmiedniczkowe zapalenie nerek (15), przewlekłe kłębuszkowe zapalenie nerek (10), torbielowatość nerek (2) i wrodzony zespół nerczycowy (2). Grupę kontrolną stanowiło 12 dzieci w wieku 5 - 14 lat (mediana 11 lat) z prawidłową funkcją nerek, diagnozowanych w Klinice z powodu moczenia nocnego. U żadnego z pacjentów nie stwierdzono aktywnej infekcji, żadne dziecko nie otrzymywało antybiotyków ani leków immunosupresyjnych. Pacjenci dializowani otrzymywali doustnie aktywne metabolity witaminy D (Alphacalcidol w dawce 0.25 mg/tydzień – 0.25 mg/dobę) i podskórnie erytropoetynę (NeoRecormon w dawce 500j - 2000j/tydzień). U dzieci leczonych ADO krew pobierano podczas rutynowo wykonywanych badań laboratoryjnych, a u pacjentów hemodializowanych – bezpośrednio przed zabiegiem HD. Po wykrzepnięciu w temperaturze pokojowej, wirowano materiał (1000 g przez 15 minut), a uzyskane osocze przechowywano w temp. -20°C. Stężenia OPN, PDGF-BB i BMP-7 zostały oznaczone testem ELISA przy użyciu komercyjnych zestawów (R&D Systems). Dane dotyczące poszczególnych parametrów podano w postaci mediany, dolnego i górnego kwartyla. Analizę statystyczną wykonano przy użyciu testów nieparametrycznych (Kruskala-Wallisa, U Manna-Whitney’a) z wykorzystaniem pakietu Statistica 8.0 (StatSoft). Za wartość istotną statystycznie przyjęto p<0.05. ADO 400 p < 0.00001 ADO vs. HD 300 200 100 p < 0.00001 ADO, HD vs. kontr 0 kontr ADO HD Badane grupy / Examined groups Mediana/Median 25%-75% Min-Maks/Min-Max Ryc. 2. Stężenia PDGF-BB w grupie kontrolnej, u pacjentów dializowanych otrzewnowo (ADO) i hemodializowanych (HD) Fig. 2. PDGF-BB concentrations in controls, in patients on peritoneal dialysis (ADO) and on hemodialysis (HD) 288 Fornalczyk K. i wsp. 500 BMP-7[pg/ml] 450 400 350 300 250 p < 0.00001 ADO vs. HD p < 0.00001 ADO, HD vs. kontr 200 150 kontr ADO HD Badane grupy / Examined groups Mediana/Median 25%-75% Min-Maks/Min-Max wzrastające wraz z progresją PChN, mogą wskazywać na uruchomienie mechanizmów protekcyjnych w odpowiedzi na zaburzenia metabolizmu wapniowo-fosforanowego. Jednocześnie wyższe wartości BMP-7 u chorych HD w porównaniu do obserwowanych u pacjentów ADO sugerują, że w grupie HD stymulacja mechanizmów ochronnych jest bardziej zaznaczona, co może świadczyć o większym nasileniu zaburzeń kalcyfikacji. Przedstawione przez nas wyniki badań są pierwszymi w świecie doniesieniami dotyczącymi oceny stężeń wyżej wymienionych białek w osoczach pacjentów z PChN leczonych nerkozastępczo. Mogą one wskazywać na przydatność oznaczeń OPN, BMP-7, PDGF-BB jako wczesnych markerów kalcyfikacji pozakostnej. Mniejsze nasilenie zmian stężeń powyższych parametrów, stwierdzane u pacjentów z grupy ADO, przemawia za tym, że dializa otrzewnowa jako metoda leczenia nerkozastępczego w mniejszym stopniu ingeruje w równowagę między promotorami i inhibitorami kalcyfikacji. Wymaga to jednak potwierdzenia w oparciu o badania przeprowadzone na większej populacji pacjentów. WNIOSKI Ryc. 3. Stężenia BMP-7 w grupie kontrolnej, u pacjentów dializowanych otrzewnowo (ADO) i hemodializowanych (HD) Fig. 3. BMP-7 concentrations in controls, in patients on peritoneal dialysis (ADO) and on hemodialysis (HD) dotyczące kalcyfikacji pozakostnej u dorosłych ze schyłkową niewydolnością nerek, wykazały wzmożoną ekspresję OPN w bioptatach ścian naczyń krwionośnych. Jej nasilenie korelowało dodatnio ze stopniem zwapnienia blaszki środkowej [23]. Ponadto Nakazato i wsp. opisali obecność OPN w depozytach zwapnień błony otrzewnowej u przewlekle dializowanych metodą CADO, co odzwierciedlało uszkodzenie otrzewnej w przebiegu leczenia nerkozastępczego [16]. Fakt, że OPN wykrywano w mniejszej ilości zarówno w ścianach naczyń tętniczych [23], oraz w obszarach otrzewnej [16] bez ognisk zwapnienia, pozwala ją uznać za wczesny marker kalcyfikacji. Jedyna dostępna praca, prezentująca dane na temat osoczowych stężeń OPN u chorych z PChN, dotyczy dorosłych pacjentów z nefropatią cukrzycową. W tej grupie chorych obserwowano zwiększenie wartości stężeń OPN wraz z narastaniem niewydolności nerek [24]. W wynikach naszych poprzednich badań [15], stężenia OPN w osoczach u dzieci z przewlekłą chorobą nerek leczonych zachowawczo nie różniły się od obserwowanych w grupie kontrolnej. W obecnie badanej grupie pacjentów ADO również nie stwierdziliśmy znamiennych różnic w porównaniu z grupą kontrolną. Obserwowano natomiast podwyższone stężenia OPN u chorych HD, co może świadczyć o uruchomieniu mechanizmów zapobiegających nadmiernej kalcyfikacji przy tej metodzie leczenia. Stężenia PDGF-BB u wszystkich chorych dializowanych, podobnie jak u pacjentów z PChN leczonych zachowawczo [15], były istotnie niższe niż w grupie kontrolnej. Najniższe stężenia PDGF-BB obserwowano u pacjentów HD. W kontekście podwyższonych wartości OPN w tej grupie chorych oraz wykazanego in vitro przeciwstawnego działania OPN [4, 9, 22] i PDGF-BB [8], powyższe wyniki mogą wskazywać na większe nasilenie zaburzeń gospodarki wapniowo-fosforanowej i silniejszą stymulację mechanizmów przeciwmiażdżycowych u pacjentów hemodializowanych. W obu grupach chorych leczonych nerkozastępczo, stwierdzono wyższe wartości stężeń BMP-7 w stosunku do grupy kontrolnej. Podobne zwiększenie stężeń tego białka wykazaliśmy u pacjentów z PChN leczonych zachowawczo [15]. Najwyższe wartości BMP-7 obserwowano jednak w grupie HD. Stężenia BMP-7, inhibitora kalcyfikacji wewnątrznaczyniowej oraz regulatora metabolizmu Ca-P [5, 6, 10], Zmienione wartości OPN, PDGF-BB i BMP-7 u pacjentów dializowanych wskazują na uruchomienie mechanizmów zapobiegających zaburzeniom kalcyfikacji. Mniejsze nasilenie zmian w grupie ADO przemawia za dializą otrzewnową jako metodą ingerującą w mniejszym stopniu w równowagę między czynnikami promującymi i hamującymi tworzenie zwapnień. PIŚMIENNICTWO 1. Blacher J., Guerin A.P., Pannier B. i wsp. : Arterial calcification, arterial stiffness, and cardiovascular risk in end-stage renal disease. Hypertension, 2001; 38: 938-942. 2. Bostrom K.: Osteopontin a missing link in PDGF- induced smooth muscle cell migration. Cardiovasc. Res., 75 (2007) 634-635. 3. Campean V., Neureiter D., Vanga I.: Atherosclerosis and vascular calcification in chronic renal failure kidney. Blood Press. Res., 2005; 28: 280-289. 4. Chen N. X. , O’Neill K.D., Duan D. i wsp.: Phosphourus and uremic serum up- regulate osteopontin expression in vascular smooth muscle cells. Kidney Int., 2002, 62:1724-1731. 5. Davies M.R. Lund R.J., Hruska K.A: BMP-7 is an Efficacious treatment of vascular calcification in a murine model of atherosclerosis and chronic renal failur. J. Am. Soc. Nephrol, (2003)14:1559-1567. 6. Davies M.R., Lund R.J., Mathew S. i wsp.: Low turnover osteodystrophy and vascular calcification are amenable to skeletal anabolism in animal model of chronic kidney disease and the metabolic syndrome. J. Am. Soc. Nephrol., 2005,16:917-928. 7. El-Abbadi M., Giachelli C.M.: Arteriosclerosis, calcium phosphate deposition and cardiovascular disease in uremia: current concepts at the bench. Curr. Opin. Nephrol. Hypertens., 2005,14:519-524. 8. Giachelli C.M., Jono S., Shioi A. i wsp.: Vascular calcification and inorganic phosphate. Am. J. Kidney Dis., 2001;38 (supp 1):S34-S37. 9. Giachelli C.M., Speer M.Y., Li X. i wsp.: Regulation of vascular calcification: roles of phosphate and osteopontin. Circ. Res., 2005;96:717-22. 10. Gonzales E.A., Lund R.J., Martin K.J. i wsp.: Treatment of a murine model of high- turnover renal osteodystrophy by exogenous BMP-7. Kidney Int., 2002;61:1322-1331. 11. Goodman W.G., Goldin J., Kuizon B. D. i wsp.: Coronary artery calcification in young adults with end-stage renal disease who are undergoing dialysis. N. Eng. J. Med., 2000, 342,1478-1483. 12. Jain S. , Suarez A.A., McGuir J. i wsp.: Expresion profiles of congenital renal dysplasia reveal new insights into renal development and disease. Pediatr. Nephrol., (2007) 22: 962-974. 13. Jalvy S., Renault M.A., Leen L.L. i wsp.: Autocrine expression of osteopontin contributes to PDGF-mediated arterial smooth muscle cell migration. Cardiovasc. Res., 2007; 75:738-47. 14. Moe S.M., Duan D., Doehle B.P. i wsp.: Uremia induces the osteoblast differentiation factor Cbfl in human blood vessels. Kidney Int., 2003:63 (3): 1003-11. 15. Musiał K., Fornalczyk K., Zwolińska D.: Osteopontyna (OPN), PDGF (platelet- derived growth factor)-BB i BMP (bone morphogenetic protein)-7 jako czynniki rozwoju miażdżycy u dzieci z przewlekłą choroba nerek (PChN) leczonych zachowawczo- doniesienie wstępne. Pol. Merk. Lek., 2008, XXIV, Suppl. 4,25. Osteopontyna, płytkowy czynnik wzrostu i morfogeniczne białko kości u dzieci z przewlekłą chorobą nerek 16. Nakazato Y., Yamaji Y., Oshima N. i wsp.: Calcification and osteopontin localization in peritoneum of patients on long term continous ambulatory peritoneal dialysis therapy. Nephrol. Dial. Transplant., 2002 17: 12931303. 17. Raggi P., Boulard A. Cuazar-Taber S. i wsp.: Cardiac calcification in adult hemodialysis patients. A link between end-stage renal disease and cardiovascular disease. J. Am. Coll. Cardiol., 2002; 34 (4): 695-701. 18. Raines E.W.: PDGF and cardiovascular disease. Cytokine Growth Factor Rev., 2004;15: 237-54. 19. Reynolds J.L, Joannides A.J., Skepper J.N. i wsp.: Human vascular smooth muscle cells undergo vesicle- mediated calcification in response to changes in extracellural calcium and phosphate concentration: a potential mechanism for accelerated vascular calcification in ESRD. J. Am. Soc. Nephrol., 2004,15,2857-2867. 20. Steiz S.A., Speer M.Y., Curinga G. i wsp.: Smooth muscle cell phenotypic transition associated with calcification; up- regulation of Cbf1 and down – regulation of smooth muscle lineage markers. Circ. Res., 2001; 89(12): 1147-54. 289 21. Steiz S.A., Speer M. Y. McKee M. D. i wsp.: Osteopontin inhibits mineral deposition and promotes regression of ectopic calcification. Am. J. Pathol., 2002, 161, 2035-2046. 22. Wada T. McKee M.D., Steiz S. i wsp.: Calcification of vascular smooth muscle ell cultures: inhibition by osteopontin. Circ. Res., 1999; 84:166178. 23. Wang N., Yang.J. Yu X. i wsp.: Radial artery calcification in end-stage renal disease patients is associated with deposition of osteopontin and diminished expression of alpha-smooth muscle actin. Nephrology, 2008;13, 367-375. 24. Yamaguchi H. Igarashi M., HirataA. i wsp.: Progression of diabetic nephropathy enhances the plasma osteopontin level in type 2 diabetic patients. Endocrine J., 2004; 51: 499-504. Adres do korespondencji: lek. Konstancja Fornalczyk, Katedra i Klinika Nefrologii Pediatrycznej Akademii Medycznej we Wrocławiu, 50-369 Wrocław, ul. M.Skłodowskiej-Curie 50/ 52, tel. 071 733 13 50, e-mail: [email protected] XV Zjazd Polskiego Towarzystwa Chirurgii Onkologicznej 21-23 maja 2009, Lublin Przewodniczący Komitetu Naukowego: doc. Andrzej Stelmach Przewodniczący Komitetu Organizacyjnego: prof. Wojciech P. Polkowski Biuro Organizacyjnego: Biuro Kongresów SKOLAMED PAIZ Konsulting Sp. z o.o. 20-070 Lublin, ul. Boczna Lubomelskiej 4, www.skolamed.pl