Klotho e N-acetilcisteina - Klotho and acetylcysteine

 

Introduzione:

L’N-acetilcisteina (NAC) è un potente antiossidante in grado di ristabilire i livelli di glutatione nell’organismo. Una delle sue proprietà è stata dimostrata nei modelli sperimentali di AKI (Acute Kidney Injury – danno renale acuto) secondaria a somministrazione di indoxil solfato (Indoxyl sulfate).¹

Tuttavia, l’impiego della NAC nel trattamento dell’insufficienza renale acuta trova ad oggi pareri discordanti. 

Attualmente, dagli studi condotti, non è raccomandata per trattare il danno renale acuto (AKI – Acute Kidney Injury) ad esempio indotto dalla somministrazione di mezzo di contrasto iodato in pazienti affetti da insufficienza renale.

L’espressione della proteina Klotho risulta ridotta nei modelli sperimentali di insufficienza renale acuta.² Di contro l’aumentata espressione di Klotho favorisce la polarizzazione M2 dei macrofagi migliorando il danno cardiaco e renale indotto dall’indoxil solfato.³

 Esiste una connessione tra NAC la proteina Klotho?

 Risposta breve:

• -          Modelli sperimentali: SI
• -          Uomo: Dati Insufficienti

 

Approfondimento:

Le cellule HK2 (Human Kidney 2) sono impiegate per gli studi in vitro riguardanti il rene. Derivano da cellule del tubulo prossima e sono immortalizzate tramite la trasduzione dei geni E6/E7 del Papilloma virus (HPV-16).⁴

Lo studio condotto in vitro da Shimizu e colleghi su cellule HK2, ha mostrato le proprietà della NAC nel ridurre la produzione delle ROS derivante dalla somministrazione di indoxil solfato. Questo risultato portava ad una ridotta espressione del p53.¹

Inibendo il p53 si aveva una diminuzione della proliferazione cellulare, della fibrosi interstiziale (inibizione dell’α-smooth muscle actin - α-SMA - un marker di fibrosi) e dell’invecchiamento cellulare (inibizione dei SA-βgal - Senescence-associated beta-galactosidase - Beta-galattosidasi associata all’invecchiamento).¹

 Uno studio pubblicato l’anno successivo da ricercatori brasiliani ed effettuato su modelli murini “anziani” (età 8 mesi, Wistar rats – Ratto sottospecie Rattus norvegicus comunemente impiegato per la ricerca scientifica) ha indagato i possibili effetti protettivi della NAC somministrata per os.⁵

Ai topi è stata somministrata acqua contenente NAC (600 mg/L, assunta in media 24 mg/die) per 16 mesi (sino all’età di 24 mesi). Al termine dello studio, il gruppo trattato aveva valori di clearance dell’inulina migliori e livelli di stress ossidativo inferiori rispetto il gruppo dei non trattati. L’espressione renale della proteina Klotho era come da aspettarsi maggiore nei topi giovani rispetto a quelli “anziani”, e in particolare era più alta nei topi trattati con NAC rispetto i topi non trattati. Confermata infine la riduzione dell’espressione di p53 nel gruppo dei trattati.⁵

 Un ulteriore studio del 2013, su modelli sperimentali di insufficienza renale indotta da ciclosporina, ha mostrato che topi trattati con NAC avevano un’espressione renale di Klotho maggiore rispetto i topi non trattati. In particolare, in quest’ultimi l’espressione era quasi assente.⁶

 Piccola parentesi. Il fattore FoxO (Forkhead transcription factors) è noto essere coinvolto nei processi di stress ossidativo. Se fosforilato (p-FoxO) non può svolgere le sue funzioni antiossidanti (es. up-regolando la manganese superossido dismutasi – MnSOD).⁶

 In questo studio, i ricercatori hanno dimostrato che la NAC è in grado di riportare il p-FoxO nel nucleo grazie alla de-fosforilazione di quest’ultimo. Inoltre, una correlazione inversa è stata riscontrata tra l’espressione di p-FoxO e quella di Klotho suggerendo un possibile legame tra NAC, Klotho e p-FoxO.

Tuttavia, questo studio definisce solo che la NAC è in grado di migliorare la nefropatia secondaria da ciclosporina tramite l’aumento dell’espressione di Klotho, MA non è in grado di definire se esiste una relazione causale tra espressione di Klotho ed effetto reno-protettivo della NAC nell’AKI indotto da ciclosporina.⁶

 Un’ultimo articolo risponde alla nostra domanda in modo indiretto. In questo lavoro, delle cellule H9C2 (cardiomioblasti) sono trattate con alti livelli di glucosio. Si riscontra che Klotho è in grado di inibire la produzione di ROS tanto quanto riscontrato nel gruppo trattato con NAC. Si ipotizza quindi che Klotho possa inibire, come la NAC, la Pathway TXNIP/NLRP3 (vedi articolo per maggiori informazioni).⁷

Infine, lasciamo l’insufficienza renale e passiamo in ambito pneumologico.

In questo caso, Klotho e NAC non sono direttamente correlate, ma i loro effetti sulla modulazione della Pathway P38-MAPK sono molto simili suggerendo indirettamente una possibile capacità comune nel ridurre gli effetti negativi delle ROS. In questo caso stiamo parlando degli effetti protettivi di Klotho sull’epitelio polmonare esplicati tramite la riduzione dei valori di interleukina (IL) 1β e IL6.⁸

Un secondo esperimento⁹ è stato effettuato in uno studio sulla Broncopneumopatia Cronica Ostruttiva, BPCO o COPD se utilizziamo l’acronimo inglese. La NAC è in grado di aumentare l’espressione di Klotho nei macrofagi esposti a fumo di sigaretta. L’esposizione avviene tramite una particolare metodica ben descritta nella prima parte dell’articolo. Se guardiamo l’immagine n.3D, notiamo che NAC non solo aumenta Klotho quando i macrofagi sono esposti al fumo di sigaretta, ma anche quando non sono esposti a nessun stimolo tossico.

Ad oggi, non mi risulta ci siano degli studi su pazienti, che abbiano esplorato una possibile correlazione NAC-Klotho; ad esempio, andando a controllare la correlazione tra espressione e/o concentrazione sierica di Klotho e somministrazione di NAC.

Se conoscete studi in merito fatemelo sapere, attendo vostri suggerimenti, a disposizione per dubbi e chiarimenti.

 MEDLINE effettuata su Pubmed, parole chiave della ricerca: Klotho AND acetylcysteine

  

Bibliografia:

1.        Shimizu H., Bolati D., Adijiang A., Enomoto A., Nishijima F., Dateki M., et al. Senescence and dysfunction of proximal tubular cells are associated with activated p53 expression by indoxyl sulfate. Am J Physiol - Cell Physiol 2010.

2.        Shimizu H., Bolati D., Adijiang A., Adelibieke Y., Muteliefu G., Enomoto A., et al. Indoxyl sulfate downregulates renal expression of Klotho through production of ros and activation of nuclear factor-κB. Am J Nephrol 2011.

3.        Lv J., Chen J., Wang M., Yan F. Klotho alleviates indoxyl sulfate-induced heart failure and kidney damage by promoting M2 macrophage polarization. Aging (Albany NY) 2020.

4.       Ryan MJ., Johnson G., Kirk J., Fuerstenberg SM., Zager RA., Torok-Storb B. HK-2: An immortalized proximal tubule epithelial cell line from normal adult human kidney. Kidney Int 1994. 

5.       Shimizu MHM., Volpini RA., de Bragança AC., Campos R., Canale D., Sanches TR., et al. N-acetylcysteine attenuates renal alterations induced by senescence in the rat. Exp Gerontol 2013.

6.        Piao SG., Kang SH., Lim SW., Chung BH., Doh KC., Heo SB., et al. Influence of N-acetylcysteine on Klotho expression and its signaling pathway in experimental model of chronic cyclosporine nephropathy in mice. Transplantation 2013;96(2):146–53.

7.       Li X., Li Z., Li B., Zhu X., Lai X. Klotho improves diabetic cardiomyopathy by suppressing the NLRP3 inflammasome pathway. Life Sci 2019.

8.        Zhang Z., Nian Q., Chen G., Cui S., Han Y., Zhang J. Klotho Alleviates Lung Injury Caused by Paraquat via Suppressing ROS/P38 MAPK-Regulated Inflammatory Responses and Apoptosis. Oxid Med Cell Longev 2020. 

9.    Li L., Wang Y., Gao W., Yuan C., Zhang S., Zhou H., et al. Klotho Reduction in Alveolar Macrophages Contributes to Cigarette Smoke Extract-induced Inflammation in Chronic Obstructive Pulmonary Disease. J Biol Chem 2015;290(46):27890–900