Dostęp Otwarty

Endokrynologia

Peptydy natriuretyczne u dzieci: fizjologia i zastosowanie kliniczne

Aneta Gawlik1, Artur Mazur2

1Klinika Pediatrii, Endokrynologii i Diabetologii Dziecięcej ŚUM w Katowicach

2Wydział Medyczny Uniwersytetu Rzeszowskiego

Adres do korespondencji: prof. dr hab. med. Artur Mazur, Wydział Medyczny Uniwersytetu Rzeszowskiego, ul. Warszawska 26a , 35-205 Rzeszów, e-mail: drmazur@poczta.onet.pl

Pediatr Dypl. 2013;17 (5):40-45

Słowa kluczowe

peptydy natriuretyczne, diureza, natriureza

Wprowadzenie

Na początku lat 80. XX w. udokumentowano eksperymentalnie rolę serca jako narządu endokrynnego. de Bold i wsp. wykazali, że podanie szczurom dożylnie homogenatu z przedsionków serca bardzo wyraźnie nasilało diurezę oraz natriurezę i istotnie obniżało ciśnienie tętnicze krwi.1,2 Tak więc pierwszym opisanym neurohormonem sercowym był czynnik natriuretyczny, który z uwagi na gromadzenie się w prawym przedsionku nazwano przedsionkowym (atrial natriuretic peptide, ANP) lub atriopeptyną. Poza przedsionkiem ekspresję genu ANP wykazano również w nerkach.3 Kolejnym był czynnik natriuretyczny B, który po raz pierwszy wyizolowano w 1988 roku z mózgu świń (brain natriuretic peptide, BNP), choć jak pokazały dalsze badania, syntetyzowany jest w błonie mięśniowej komór serca. ANP uwalniany jest w odpowiedzi na lokalny wzrost ciśnienia. Bodźcem stymulującym wydzielenie BNP do krążenia jest rozciąganie miocytów. Kolejny, opisany dwa lata później, czynnik natriuretyczny typu C (C-type natriuretic peptide, CNP) uwalniany jest przez komórki śródbłonka i ma wpływ na naczynia krwionośne oraz ośrodkowy układ nerwowy. Pierwotnie został wyizolowany, podobnie jak czynnik B, ze świńskiego mózgu. Ostatnio opisany czwarty czynniki nazwano DNP (dendroaspis natriuretic peptide). Wykazuje on znaczne podobieństwo w budowie do trzech wyżej opisanych.4-6 Poza wyżej wymienionymi istotny wpływ na syntezę peptydów natriuretycznych może mieć tachykardia, hormony tarczycy i nadnerczy, endotelina 1, wazopresyna i angiotensyna II.7-11

Peptydy natriuretyczne: genetyka i fizjologia działania

Każdy z peptydów natriuretycznych jest kodowany przez oddzielny gen. Geny dla ANP i BNP zlokalizowano na chromosomie 1, CNP kodowy jest przez gen na ramieniu długim chromosomu 2 (2q37). Cechą wspólną wszystkich trzech jest obecność w strukturze 17-aminokwasowego dwusiarczkowego pierścienia warunkującego aktywność biologiczną.3,12 Wszystkie peptydy natriuretyczne są syntetyzowane jako preprohormony. Ludzki prepro-ANP jest zbudowany ze 151 aminokwasów. Po modyfikacji daje początek 126-aminokwasowej cząsteczce pro-ANP. Ostatecznie formą aktywną jest jej 28-aminokwasowy C-końcowy fragment. W przypadku BNP prohormon, będący 108-aminokwasowym polipeptydem, zostaje po wydzieleniu podzielony na dwie części: 32-aminokwasową aktywną biologicznie oraz nieaktywny N-końcowy 76-aminokwasowy fragment zwany NT-proBNP. U pacjentów z prawidłowym ciśnieniem krwi jego stężenie w surowicy jest istotnie mniejsze niż stężenie ANP (odpowiednio 1 i 10 fmol/ml), choć w niewydolności serca wzrasta znacznie wyraźniej i dlatego służy jako jej biochemiczny marker.2,13 Prepro-CNP składa się ze 126 reszt aminokwasowych. Ostatecznie po przekształceniu daje początek formie 53- i 22-aminokwasowej. W odróżnieniu od bioaktywnych ANP i BNP pozbawione są one końca karboksylowego. Forma krótsza dominuje w płynach ustrojowych, takich jak krew, natomiast 53-aminokwasowa znajduje się głównie w tkankach.3,13

Czynniki natriuretyczne, jako oligopeptydowe neurohormony, oddziałują przez aktywację receptorów związanych z cyklicznym GMP (natriuretic peptide receptor, NPR). W piśmiennictwie opisywane są ich trzy podtypy A, B i C,3,14 z których NPR-A wykazuje się największą swoistością dla peptydów natriuretycznych, a NPR-C bierze udział w procesie ich deaktywacji i eliminacji.3,11,14,15

W wyniku działania ANP i BNP obserwuje się nasilenie diurezy w mechanizmie wzrostu filtracji kłębuszkowej oraz zahamowanie resorpcji zwrotnej sodu. Wbrew nazwie, CNP nie wpływa natriuretycznie. Rozkurcz naczyń krwionośnych wynikający ze zwiotczenia mięśni gładkich powodują wszystkie trzy peptydy, ale najsilniejsze działanie w tym zakresie wykazuje CNP. Ostatecznie ich działanie przekłada się na obniżenie ciśnienia tętniczego krwi oraz zmniejszenie obciążenia komór serca. U myszy transgenicznych, u których stężenie ANP jest stale duże, obserwowano znacznie niższe ciśnienie tętnicze i mniejsze wymiary serca.2,10,13 Peptydy natriuretyczne, szczególnie ANP, działają hamująco na układ renina-angiotensyna-aldosteron i układ sympatyczny oraz hamują uwalnianie wazopresyny. Podkreśla się także ich działanie antyproliferacyjne i hamujące procesy włóknienia w sercu i naczyniach krwionośnych.11,14 Czynnik typu C gwarantuje również prawidłowy rozwój układu kostnego. W wyniku delecji genu, który go koduje, u myszy połowa potomstwa ginie w okresie poporodowym, a u pozostałych obserwuje się znaczne skrócenie długości ciała. Zwiększenie stężenia ludzkiego CNP na skutek translokacji chromosomowej jest natomiast przyczyną nadmiernego wzrostu o typie marfanoidalnym.16,17 W opublikowanym niedawno artykule autorzy potwierdzają, że synteza CNP i wartości NT-proCNP dodatnio korelują ze wzrostem i mogą być wskaźnikami przewidywania tempa wzrastania.18 Poza tym najczęściej wymienianym działaniem peptydów natriuretycznych, o czym należy pamiętać, jest ich wpływ na wydatek energetyczny i skład masy ciała.

Degradacja ANP odbywa się przy udziale zewnątrzkomórkowej proteazy oraz, jak wspomniano wyżej, receptora NPR-C. Peptyd natriuretyczny B jest rozkładany w podobnym mechanizmie. Słabe powinowactwo do NEP-C przekłada się na znacznie dłuższy, 20-minutowy, okres półtrwania BNP w porównaniu z czasem półtrwania ANP (2 min).8 Jeszcze dłużej w surowicy krąży niezmieniony NT-proBNP – 60-120 min.19,20

W praktyce klinicznej zastosowanie znalazło przede wszytki oznaczanie BNP i NT-proBNP. Istotne zwiększenie wartości obu tych czynników obserwuje się w niewydolności i zawale serca, nadciśnieniu tętniczym, zatorowości płucnej czy przewlekłym sercu płucnym. Poza kardiologicznymi stanami klinicznymi również w nadczynności tarczycy, hiperkortyzolemii, pierwotnym hiperaldosteronizmie, marskości wątroby, niewydolności nerek i krwotoku podpajęczynówkowym obserwuje się ich znaczne zwiększenie. Podczas interpretacji wyników należy uwzględnić przyjmowane leki (glikokortykosteroidy, hormony tarczycy, diuretyki, leki przeciwnadciśnieniowe).21

Oznaczanie peptydów natriuretycznych u dzieci

W odróżnieniu od dorosłych pewne ograniczenia w zastosowaniu BNP oraz NT-proBNP u dzieci mogą wynikać z trudności w interpretacji wyników. Dane dotyczące norm u dzieci są rozbieżne. Wynika to przede wszystkim ze stosunkowo mało licznych grup badanych. Poza wiekiem przy interpretacji uzyskanych wartości sugeruje się również konieczność uwzględnienia płci. Według niektórych źródeł obserwuje się duże stężenia peptydów natriuretycznych po urodzeniu i stopniowe ich zmniejszanie w kolejnych tygodniach i latach życia.22 Według opracowań dotyczących starszych grup wiekowych stężenie BNP wzrasta od okresu dzieciństwa do dorosłości. Największe wartości stwierdza się u dojrzewających dziewcząt i dorosłych kobiet, co prawdopodobnie wynika z hamującego wpływu testosteronu na wytwarzanie BNP.22-24 Na podstawie ostatnio opublikowanych przez badaczy australijskich wyników badań ponad ośmiuset 8-12-latków stwierdzono, że wartości NT-proBNP maleją z wiekiem i są wyraźnie mniejsze niż u dorosłych. Najniższe oznaczenia stwierdzano w okresie dojrzewania płciowego.25

Peptydy natiuretyczne a układ kostny

Badania ostatnich lat wykazały, że peptydy natiuretyczne mogą pełnić również istotną rolę w rozwoju kości. Wiodącą rolę w tym względzie przypisuje się czynnikowi natriuretycznemu typu C. Cusho i wsp.26 oraz Tamura i wsp.27 w kolejnych badaniach obserwowali u myszy pozbawionych genów NPPC lub NPR2 zaburzenia w tworzeniu chrząstki wzrostowej i we wzroście kości długich. Bartels i wsp.28 stwierdzili u pacjentów z karłowatością krótkokończynową i dysplazją akromesomeliczną typu Maroteaux homozygotyczne mutacje inaktywujące NPR2.

CNP sprzyja zwiększaniu się wielkości płytki wzrostowej przez zwiększenie wielkości chondrocytów. Odbywa się to dzięki aktywacji wewnątrzkomórkowego szlaku sygnałowego aktywującego mitogen swoistej kinazy białkowej. CNP nie ma natomiast wpływu na rozrost chondrocytów i ich zróżnicowanie.29-31 Badania prowadzone na modelu achondroplastycznych myszy wykazały, że zwiększenie stężenia CNP w krążeniu prowadziło do znaczącej poprawy zmian w układzie kostnym tych zwierząt. Zwiększone wartości CNP zostały osiągnięte u tych myszy przez kontrolowaną nadekspresję genu NPPC w achondroplastycznych chondrocytach28 bądź zwiększenie stężenia endogennie krążącego CNP spowodowane zmianą ekspresji NPPC w wątrobie albo przez ciągły ogólnoustrojowy wlew syntetycznego CNP-22. Szczególnie korzystny wpływ zwiększonego stężenia CNP obserwowano w obrębie podstawy czaszki, co może mieć znaczenie w przyszłości w leczeniu wybranych form dysplazji kostnych.

Szkieletowa odpowiedź na podanie CNP in vivo zależy od dawki.16,30-33 Stosowanie bardzo dużych dawek CNP, prowadzących do wielokrotnego przekroczenia normy krążącego CNP u transgenicznych myszy, powodowało deformacje kostne, ciężką kifozę, zmniejszenie objętości mięśnia sercowego i niedociśnienie. Stosowanie u myszy dawek CNP nieznacznie zwiększających jego stężenie do wartości powyżej normy nie prowadziło do zmian objętości serca, ale też nie obserwowano jego wpływu na wzrost kości. Barierą w stosowaniu CNP w leczeniu tych zaburzeń kostnych jest jego krótki okres półtrwania (2,6 min), stosunkowo niewielkie unaczynienie chrząstki wzrostowej oraz przekazywanie drogą dyfuzji w chrząstce wzrostowej cząsteczek sygnałowych. Ponadto CNP może mieć wpływ na rozwój i funkcjonowanie układu sercowo-naczyniowego, mózgu, chrząstek (tchawicy, małżowin usznych, łękotki) oraz metabolizm lipidów. Te problemy wymagają wnikliwych badań przed rozpoczęciem stosowania CNP w badaniach klinicznych.30-33

Peptydy natriuretyczne w regulacji homeostazy energetycznej ustroju

Doniesienia w piśmiennictwie z ostatnich lat wskazują, że peptydy natiuretyczne mogą też odgrywać znaczącą rolę w regulacji homeostazy energetycznej ustroju. Sengenes i wsp.34 stwierdzili, że ANP może zwiększać lipolizę przez stymulowanie aktywności hormonozależnej lipazy w adipocytach. Z kolei u transgenicznych myszy karmionych dietą bogatotłuszczową obserwowano zwiększoną ekspresję BNP w wątrobie (BNP-Tg), w wyniku czego stężenie BNP w surowicy zwiększało się blisko 100-krotnie powyżej wartości fizjologicznych.35-37 U zwierząt BNP-Tg stwierdzono zwiększone zużycie tlenu, zmniejszenie całkowitej masy tłuszczowej oraz zwiększenie liczby mitochondriów w obrębie mięśni szkieletowych, ale z wyłączeniem brązowej tkanki tłuszczowej.35-37 W mięśniach szkieletowych myszy BNP-Tg będących na diecie bogatotłuszczowej obserwowano również zwiększoną ekspresję genów kodujących aktywowany przez proliferatory peroksysomów receptor gamma (PPAR-γ) oraz jego koaktywatory, uczestniczące w regulacji utleniania lipidów i zużyciu energii. Dalsze badania wykazały, że BNP wpływa na przekazanie zależnego od cGMP sygnału kaskady swoistej kinazy białkowej, który prowadzi do zwiększonej biogenezy mitochondriów i zwiększonego utleniania tłuszczów przez stymulację PPAR-γ i syntezę jego koaktywatora.35-39 U dorosłych obarczonych otyłością stężenia BNP i NT-proBNP w surowicy były mniejsze niż u osób z prawidłową masą ciała. Stężenie NT-proBNP u otyłych dzieci było większe niż u dzieci z prawidłową masą ciała, ale nie stwierdzono korelacji między stężeniem NT-proBNP a wskaźnikiem masy ciała (BMI).35-38

Pervanidou i wsp.39 stwierdzili, że u otyłych chłopców stężenie NT-proBNP jest mniejsze niż u chłopców z grupy kontrolnej z prawidłową masą ciała, natomiast nie stwierdzili związku między BMI a stężeniem NT-proBNP u dziewcząt w tym badaniu. Ostatnio Inuzuka i wsp.40 sugerują, że również CNP może wpływać na regulację energetyczną ustroju. W badaniach na modelu zwierzęcym stwierdzili, że CNP może sprzyjać utrzymaniu otyłości oraz ułatwiać adipogenezę.

Peptydy natriuretyczne a choroby tarczycy

Wyniki badań prowadzonych u dorosłych z jawną lub subkliniczną chorobą tarczycy, których obserwowano zarówno przed, jak i w trakcie leczenia, dowiodły istnienia korelacji między stężeniem NT-proBNP w osoczu a stanem hormonalnym organizmu. Większym stężeniom hormonów tarczycy towarzyszyły większe stężenia NT-proBNP w osoczu. Po leczeniu obserwowano normalizację stężeń tego peptydu zarówno u chorych z nadczynnością, jak i niedoczynnością tarczycy. Wpływ leczenia na stężenie NT-proBNP obserwowano nie tylko w jawnej, ale i w subklinicznej nadczynności i niedoczynności tarczycy.41-43 Shimoke i wsp.43 w warunkach in vitro wykazali, że dodanie do hodowli komórkowych kardiomiocytów tyroksyny i trijodotyroniny, pobranych zarówno z przedsionków, jak i komór serca szczura, stymuluje wydzielanie BNP proporcjonalnie do zastosowanej dawki. Schultz i wsp.44 sugerują, że może to wynikać ze wzrostu stężeń mRNA BNP oraz aktywności genu promotorowego BNP, któremu towarzyszy wzrost wielkości miocytów i nasilenie syntezy przez nie białek. Obok działania bezpośredniego hormonów tarczycy u podłoża wzrostu mRNA BNP w nadczynności tarczycy leży najprawdopodobniej działanie pośrednie, związane ze zwiększoną w tej chorobie aktywnością β-adrenergiczną.