Klotho e Fibrosi polmonare - Klotho and Pulmonary Fibrosis

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Dopo la Fibrosi Cistica, proseguiamo con il filone delle malattie respiratorie: la fibrosi polmonare.

Gli studi sono pochi quindi ci focalizzeremo sul meccanismo patogenetico che porta alla fibrosi polmonare e come Klotho la modula.

Partiamo con una piccola parentesi, definiamo cos'è la fibrosi polmonare.

È una aumentata deposizione di matrice extracellulare (principalmente collagene e fibronectina) in seguito ad un insulto/danno cronico.^1,2

È associata ad un incremento di citochine Th2 (IL-4, IL-5, IL-13) che richiamano cellule infiammatorie nelle vie aeree.³

Gli studi effettuati vedono il Transforming Growth Factor (TGF)-β1 come principale mediatore nella risposta pro-fibrotica.^4–8

In seconda istanza troviamo il fattore di crescita dell'endotelio vascolare (VEGF - vascular endothelial growth factor) in grado favorire processi come l’infiammazione guidata dagli eosinofili, la fibrosi subepiteliale e l’iperreattività delle vie aeree oltre che ai già noti edema e angiogenesi.^9,10 Ma non solo, Vasquez-Pinto et al. hanno confermato l’attività pro-fibrotica del VEGF alla luce della sua capacità di incrementare la concentrazione sia delle citochine Th2 che del TGFβ1.¹¹

Arriviamo infine a Klotho. Cosa la collega alle citochine sopra riportate?

Nel 2011, Doi e colleghi¹² hanno pubblicato non uno studio, ma quello che si può considerare Lo Studio nel quale si dimostra la capacità di Klotho nell’inibire il segnale pro-fibrogenico del TGFβ1.

Nel rene.

Domanda:
Klotho è in grado di modulare la fibrosi polmonare?
 
Risposta breve:
·       modelli sperimentali: SI
·       Uomo: Dati parziali, verosimilmente SI
 

Approfondimento:

Il primo studio¹³ che vi presento si basa su modelli sperimentali murini di asma (indotta da Ovalbumina) e valuta le proprietà di Klotho nel modulare la fibrosi nelle cellule BEAS-2B (human bronchial epithelial cells) indotta dalla via VEGF and TGF-β1/Smad.
L’espressione e la concentrazione plasmatica di Klotho era ridotta nei modelli murini trattati con ovalbumina rispetto al gruppo controllo. Inoltre, con il progredire della fibrosi, l’espressione di Klotho si riduceva.
Contemporaneamente si osservava l’effetto inverso con i livelli di VEGF e il trattamento delle cellule BEAS-2B con Klotho inibiva la via VEGF and TGF-β1/Smad3.

Secondo studio.¹⁴ Confesso di aver avuto qualche difficoltà nella comprensione. Abbastanza tecnico, bisogna avere qualche nozione di Ricerca di Base per comprendere tutti gli aspetti alla prima lettura.
Ero anche in dubbio se citarla in quanto la ricerca si focalizza sullo stress ossidativo, della sua capacità di influire sulle cellule alveolari epiteliali (si esatto, un altro studio in vitro) e come Klotho è in grado di mitigare gli effetti preservando l’integrità del DNA mitocondriale.
In questo caso, la fibrosi è considerata come risultato finale dello stress ossidativo il quale comporta un danno cellulare e senescenza delle cellule epiteliali alveolari le quali vanno in apoptosi. Conclusione, si deposita collagene. È un articolo che sarà ripreso in un post futuro dedicato a Klotho e Stress Ossidativo.

Terzo Studio,¹⁵ focalizzato sulla Interleuchina 18 (IL-18), sul suo ruolo nella fibrosi polmonare idiopatica (IPF - Idiopathic pulmonary fibrosis) tramite la modulazione della senescenza dei fibroblasti polmonari. L’espressione della proteina Klotho si riduce nei fibroblasti trattati con IL-18. Fine. Ottimo articolo, l’ipotesi finale molto accattivante e piena di speranze (IL-18 un futuro target terapeutico per l’IPF). Di pazienti neanche l’ombra.

Il Quarto Studio¹⁶, nessun paziente arruolato, effettuato su modelli sperimentali, pubblicato nel 2020, sembra quasi l’inverso della Terza ricerca sopra riportata. Inverso perché si parte da Klotho e si vede cosa modula. Il precedente invece partiva da una interleuchina e vedeva come Klotho era modulato.
Riguarda sempre l’IPF.
Klotho è in grado di ridurre l’attivazione e la migrazione dei fibroblasti e la deposizione di matrice extracellulare.
Interessante è la seconda parte della Discussione. Gli Autori confrontano i loro risultati con quelli del prossimo e ultimo articolo che vi presenterò.
Nell’articolo di Barnes¹⁷, pubblicato un anno prima (2019) si passa a studiare Klotho nei pazienti con IPF.
L’attività anti-fibrotica di Klotho si esplica se presente l’FGF23. Interessante, tuttavia, torniamo al commento degli Autori dell’articolo precedente.
Barnes usa Klotho-ricombinante umano (h-rKl) con un peso molecolare inferiore, cioè composto da solo il dominio KL1. Huang invece usa un rKl murino (m-rKl) con un peso molecolare maggiore, formato quindi da tutti e due i domini (KL1+KL2).
Barnes, come già detto, riscontra un potere antifibrotico dalla co-presenza di KL1+FGF23, Huang invece riscontra lo stesso risultato con la sola presenza di KL1+KL2.
Huang effettua un’osservazione interessante: la proteina Klotho murina è simile solo per l’80% con la proteina umana¹⁸ pertanto è necessario un ulteriore studio con un h-rKl formato da entrambi i domini (KL1+KL2).
Per quanto riguarda Barnes, vorrei spendere qualche parola sulla concentrazione plasmatica di Klotho.
Lo Studio conferma la relazione inversa tra età e Klotho, nessuna correlazione tra Klotho e funzionalità polmonare, la concentrazione plasmatica era significativamente più ridotta nei pazienti IPF rispetto al gruppo di controllo anche dopo che i due gruppi erano stati normalizzati per età e sesso. Tuttavia, dopo normalizzazione il numero dei soggetti a confronto diventava esiguo.

Conclusione: bene il risultato, ma forse sarebbe meglio incrementare il numero dei pazienti arruolati in modo da avere dei dati più consistenti, significativi.
L’incremento plasmatico di Klotho potrebbe essere spiegato da un aumentato clivaggio della forma transmembrana (e da qui il riscontro di una ridotta espressione) da parte delle proteasi di membrana ADAM, note da uno studio del 2009 di essere incrementate negli stati infiammatori come l’asma.¹⁹

Infine, Articolo²⁰ da citare visto che vi comparirà nella ricerca e visto l’argomento (SARS-CoV-2) più in auge negli ultimi mesi.
Si parla di gene KLOTHO, rientra in un pool di geni analizzati nello studio e quale associazione esiste con l’asse SARS-CoV-2 COVID-19 ACE2-TMPRSS2-Furin-DPP4.
Di fatto non si parla di relazione Klotho-fibrosi polmonare. La fibrosi è presentata come un processo/risultato della senescenza, mentre KLOTHO è uno dei geni presi in considerazione.

Concludendo:
Due considerazioni.
Sono necessari maggiori studi sull’uomo anche perché il dosaggio sierico/plasmatico di Klotho avviene tramite una metodica abbastanza semplice, diffusa e non molto costosa (sandwich ELISA).
Riprendendo il primo studio presentato, successivamente è stata pubblicata una ricerca²¹ dove viene mostrato come Klotho interagisca con il recettore 2 per il VEGF (VEGFR-2) e con il canale ionico per il Calcio, TRPC-1. Questa tripletta porta alla internalizzazione del VEGFR-2 favorendo l’integrità endoteliale.
Mia opinione, non mi risulta ci sia uno studio in merito, l’interazione Klotho-VEGFR-2 potrebbe spiegare il modo attraverso il quale la nostra proteina anti-ageing “disattivi” la cascata del VEGF e quindi abbia proprietà anti-fibrotiche.

  

Se conoscete altri studi in merito fatemelo sapere, attendo vostri suggerimenti, a disposizione per dubbi e chiarimenti. Per maggiori approfondimenti specifici vi rimando alla lettura dei singoli articoli.

 MEDLINE effettuata su Pubmed alla data di pubblicazione del post, parole chiave della ricerca: Klotho AND “pulmonary fibrosis”

  

Bibliografia:

1.             Scotton CJ, Chambers RC. Molecular targets in pulmonary fibrosis: The myofibroblast in focus. Chest 2007;

2.             Usuki J, Matsuda K, Azuma A, Kudoh S, Gemma A. Sequential Analysis of myofibroblast differentiation and transforming growth factor-β1/Smad pathway activation in Murine Pulmonary Fibrosis. J Nippon Med Sch 2012;

3.             Xiong YY, Wu FH, Wang JS, Li J, Kong LY. Attenuation of airway hyperreactivity and T helper cell type 2 responses by coumarins from Peucedanum praeruptorum Dunn in a murine model of allergic airway inflammation. J Ethnopharmacol 2012;

4.             Hashimoto S, Gon Y, Takeshita I, Matsumoto K, Maruoka S, Horie T. Transforming growth factor-β1 induces phenotypic modulation of human lung fibroblasts to myofibroblast through a c-Jun-NH2-terminal kinase-dependent pathway. Am J Respir Crit Care Med 2001;

5.             Sheppard D. Transforming growth factor β: A central modulator of pulmonary and airway inflammation and fibrosis. In: Proceedings of the American Thoracic Society. 2006.

6.             Zhang K, Rekhter MD, Gordon D, Phan SH. Myofibroblasts and their role in lung collagen gene expression during pulmonary fibrosis: A combined immunohistochemical and in situ hybridization study. Am J Pathol 1994;

7.             Phan SH. The myofibroblast in pulmonary fibrosis. In: Chest. 2002.

8.             Lee KS, Park SJ, Kim SR, et al. Inhibition of VEGF blocks TGF-β 1 production through a PI3K/Akt signalling pathway. Eur Respir J 2008;

9.             Lee CG, Link H, Baluk P, et al. Vascular endothelial growth factor (VEGF) induces remodeling and enhances TH2-mediated sensitization and inflammation in the lung. Nat Med 2004;

10.           Lee CG, Ma B, Takyar S, et al. Studies of vascular endothelial growth factor in asthma and chronic obstructive pulmonary disease. In: Proceedings of the American Thoracic Society. 2011.

11.           Vasquez-Pinto LMC, Nantel F, Sirois P, Jancar S. Bradykinin B1 receptor antagonist R954 inhibits eosinophil activation/proliferation/migration and increases TGF-β and VEGF in a murine model of asthma. Neuropeptides 2010;

12.           Doi S, Zou Y, Togao O, et al. Klotho inhibits transforming growth factor-beta1 (TGF-beta1) signaling and suppresses renal fibrosis and cancer metastasis in mice. J Biol Chem [Internet] 2011;286(10):8655–65. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21209102

13.           Shin IS, Shin HK, Kim JC, Lee MY. Role of Klotho, an antiaging protein, in pulmonary fibrosis. Arch Toxicol [Internet] 2015;89(5):785–95. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24894433

14.           Kim SJ, Cheresh P, Eren M, et al. Klotho, an antiaging molecule, attenuates oxidant-induced alveolar epithelial cell mtDNA damage and apoptosis. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol [Internet] 2017;313(1):L16–26. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28428174

15.           Zhang LM, Zhang J, Zhang Y, et al. Interleukin-18 promotes fibroblast senescence in pulmonary fibrosis through down-regulating Klotho expression. Biomed Pharmacother [Internet] 2019;113:108756. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30870716

16.           Huang Q, Chen Y, Shen S, et al. Klotho antagonizes pulmonary fibrosis through suppressing pulmonary fibroblasts activation, migration, and extracellular matrix production: A therapeutic implication for idiopathic pulmonary fibrosis. Aging (Albany NY) 2020;

17.           Barnes JW, Duncan D, Helton S, et al. Role of fibroblast growth factor 23 and klotho cross talk in idiopathic pulmonary fibrosis. Am J Physiol - Lung Cell Mol Physiol 2019;

18.           Wang Y, Sun Z. Current understanding of klotho. Ageing Res Rev [Internet] 2009;8(1):43–51. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19022406

19.           Foley SC, Mogas AK, Olivenstein R, et al. Increased expression of ADAM33 and ADAM8 with disease progression in asthma. J Allergy Clin Immunol 2007;

20.           Maremanda KP, Sundar IK, Li D, Rahman I. Age-Dependent Assessment of Genes Involved in Cellular Senescence, Telomere, and Mitochondrial Pathways in Human Lung Tissue of Smokers, COPD, and IPF: Associations With SARS-CoV-2 COVID-19 ACE2-TMPRSS2-Furin-DPP4 Axis. Front Pharmacol 2020;

21.           Kusaba T, Okigaki M, Matui A, et al. Klotho is associated with VEGF receptor-2 and the transient receptor potential canonical-1 Ca2+ channel to maintain endothelial integrity. Proc Natl Acad Sci U S A [Internet] 2010;107(45):19308–13. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20966350