Функциональный гипопаратиреоз: причины, патогенез, клиническое значение в патологии костной ткани

ВВЕДЕНИЕ

Паратиреоидный гормон (ПТГ) представляет собой пептидный гормон с 84 аминокислотами, синтезирующийся в клетках околощитовидных желез. ПТГ регулирует поддержание концентрации кальция в сыворотке в узких пределах посредством прямого воздействия на кости, почки и косвенно за счет влияния на желудочно-кишечный тракт [1], также регулирует метаболизм фосфора [2]. ПТГ снижает уровни фосфора в сыворотке через ингибирование почечной реабсорбции фосфатов как в проксимальных, так и в дистальных канальцах [3].

ПТГ выделяется из клеток околощитовидной железы тонически, в циркадном и стохастически пульсирующем режимах. Синтез и секреция ПТГ контролируются кальций-чувствительным рецептором (CaSR), который экспрессируется на мембране паратироцитов [4]. Сигналом для синтеза и секреции ПТГ является снижение концентрации внеклеточного ионизированного кальция. Сигнальные пути, инициируемые или ингибируемые CaSR, регулируются заполненностью CaSR ионом кальция. Меньшее значение имеет стимуляция секреции ПТГ увеличением концентрации фосфора либо непосредственно, либо путем стехиометрического снижения содержания кальция [3].

Когда ионизированный кальций (Ca2+) связывается с CaSR, он вызывает конформационное изменение во внеклеточном домене рецептора. Эти изменения, возможно, передаются через полупроницаемый трансмембранный домен, чтобы обеспечить взаимодействие внутриклеточных доменов рецептора с гетеротримерными субъединицами белка G, Gia и Gqa. Посредством ассоциации CaSR с Gia ингибируется активность аденилатциклазы (AЦ) и уменьшаются концентрации циклической AMФ [5]. Ассоциация CaSR с Gqα-субъединицей приводит к активации PLC (phospholipasа С, фосфолипаза С), что сопровождается увеличением концентрации инозитола P3 [6, 7] и диацилглицерола (DAG) с последующими эффектами, такими как увеличение внутриклеточной концентрации кальция, мобилизуемого из внутриклеточного депо, и активацией протеинкиназы C. MAPK (mitogen-activated protein kinase, митоген-активированная протеинкиназа) и PLA2 (phospholipasа A2, фосфолипаза А2) активируются Gqα-сигнальными путями с увеличением MEK (MAP kinase/ERK kinase, киназа MAPK /ERK) и ERK (extracellular signal-regulated kinase, внеклеточная сигнал-регулирующая киназа) и увеличением образования арахидоновой кислоты [8]. Эти изменения в паратироцитах приводят к быстрому высвобождению заранее синтезированного ПТГ (рис. 1).

Рис. 1. Изменения в паратироците при взаимодействии Ca2+ с CaSR.

Примечание: Ca2+ – кальций, CaSR – кальций-чувствительный рецептор, MAPK – митоген-активированная протеинкиназа, ERK – внеклеточная сигнал-регулирующая киназа, MEK (MAP kinase/ERK kinase) – киназа MAPK/ERK, сигнальный каскад ERK 1/2 – каскад внеклеточных сигнал-регулирующих киназ ERK1 и ERK2.

Концентрации ПТГ в сыворотке зависят от высвобождения молекул ПТГ, хранящихся в секреторных гранулах внутри клеток околощитовидной железы, и синтеза новых молекул ПТГ. Концентрация кальция, фосфора и метаболитов витамина D в плазме крови регулируют высвобождение и синтез ПТГ. Быстрое высвобождение ПТГ из секреторных гранул при гипокальциемических состояниях модулируется связыванием Ca2+ с CaSR на паратироцитах [9, 9]. Гипокальциемия также замедляет скорость деградации ПТГ в околощитовидной железе, тем самым делая доступным для высвобождения большие количества молекул ПТГ [11, 12] и увеличивая деление паратироцитов, возможно, через действие CaSR [13]. Концентрация фосфора дополнительно влияет на синтез ПТГ, хотя точные механизмы этого влияния до настоящего времени неизвестны. [14]. 1α,25-дигидроксивитамин D (1α,25(OH)2D) изменяет транскрипцию гена ПТГ и может оказывать косвенное влияние на высвобождение ПТГ путем увеличения экспрессии CaSR.

Транскрипция CaSR не зависит от концентраций Ca2+, но снижается in vivo при уменьшении 1α, 25 (OH) дигидроксивитамина D в околощитовидных железах, в почках и С-клетках щитовидной железы [15]. Снижение концентраций CaSR в клетках околощитовидных желез уменьшает чувствительность паратироцитов к плазменному Ca2+ и вносит вклад в развитие вторичного гиперпаратиреоза.

Действие ПТГ опосредуется, в первую очередь, рецептором ПТГ, известным как ПТГ1Р [16]. Аминотерминальный домен ПТГ взаимодействует с ПТГ1Р, G-протеин-связанным рецептором, кодирующимся геном 14 экзона, расположенного на хромосоме 3. ПТГ1Р экспрессируется на поверхности остеобластов и остеоцитов в кости, и тубулярных клеток почек [17]. Стимуляция ПТГ1Р приводит к Gα-опосредованной активации сигнального пути аденилатциклазы / циклического АМФ (цAMФ) / протеинкиназы A (ПКA) [18]. ПТГ1Р также связан с Gαq-опосредованной активацией сигнального каскада фосфолипазы / протеинкиназы C (ПКC) [19]. Связывание ПТГ с ПТГ1Р транслоцирует β-аррестины в клеточную мембрану [20], что в свою очередь подавляет ПТГ-индуцированную активацию цАМФ, и стимулирует сигнальный каскад ERK1 / 2 [17].

ПТГ-индуцированная транслокация β-аррестинов в клеточную мембрану способствует анаболическому действию ПТГ на кости независимо от классической передачи белка G [21]. ПТГ-индуцированное увеличение резорбции кости опосредуется in vivo за счет повышения активности остеокластов [22]. ПТГ модулирует в остеобластах и в остеоцитах экспрессию рецепторного активатора ядерного фактора-каппа-B-лиганда (RANKL) и его растворимого остеопротегерина рецептора депо (OPG) и тем самым регулирует остеокластогенез [23, 24].

Таким образом, в ответ на снижение сывороточной концентрации кальция и витамина D развивается вторичный гиперпаратиреоз, что приводит к повышению костной резорбции, однако далеко не во всех случаях недостаточности (или дефицита) витамина D или гипокальциемии наблюдается повышение концентрации паратгормона выше референсных значений. Нормальная концентрация ПТГ при недостаточности (или дефиците) витамина D, то есть отсутствие адекватного ответа интактных околощитовидных желез, обозначается как функциональный гипопаратиреоз [25]. В исследовании Amouzougan A et al. приняло участие двести тридцать семь женщин (72,9±11,6 года), среди них у 90,4% была недостаточность витамина D (25 [OH] D≤30 нг/мл). 87,9% пациентов с недостаточностью витамина D имели нормальную концентрацию ПТГ (≤64 нг/л) [25]. В исследовании Subramanian Kannan et al. приняло участие 727 пациентов с дефицитом витамина D, среди которых у 56% (407 чел.) вторичный гиперпаратиреоз не развился [26].

Высказывается предположение, что дефицит магния (Mg) может играть роль в отсутствии повышения ПТГ у пациентов с дефицитом витамина D [27–32]. Магний играет центральную роль в регуляции активности аденилатциклазы и в последующем производстве цАМФ [33, 34]. Поскольку и секреция, и конечные органные эффекты ПТГ опосредуются цАМФ, снижение активности аденилатциклазы при дефиците магния приводит к понижению концентрации ПТГ в крови [35]. Однако не у всех пациентов с функциональным гипопаратиреозом выявляется гипомагниемия. В исследовании Kannan S et al., 2014 г., в котором ретроспективно были оценены данные 6255 пациентов с дефицитом витамина D, не было выявлено статистической разницы по концентрации Mg среди тех, у которых был вторичный гиперпаратиреоз, и тех, у которых его не было (р=0,14) [36]. Необходимо учитывать, что отсутствие гипомагниемии не исключает дефицит Mg в организме, а ее присутствие обычно указывает на системный дефицит Mg. Истощение внутриклеточного депо и/или концентрации ионизированного Mg плазмы может быть обнаружено у лиц с нормальной концентрацией общего Mg [37]. Однако большинство исследований в литературе основывается на измерении общего Mg, что затрудняет оценку связи дефицита Mg с различными состояниями [38].

Неадекватное потребление кальция с пищей и снижение его абсорбции из кишечника являются важными факторами, влияющими на повышение частоты вторичного гиперпаратиреоза. Garg M.K. предложена теория кишечного кальцистата [39], чтобы объяснить недостаточное повышение ПТГ у некоторых пациентов с дефицитом витамина D. В данной гипотезе предполагается о существовании кишечного кальцистата, который контролирует абсорбцию кальция, не зависящую от уровней ПТГ. Кишечный кальцистат состоит из CaSR на щеточной каемке клеток кишечника, который измеряет кальций и концентрацию витамина D в интестинальных клетках. CaSR подавляет генерацию активных метаболитов витамина D в клетках кишечника и уменьшает активный трансцеллюлярный транспорт кальция. CaSR также облегчает пассивную парацеллюлярную диффузию кальция в кишечнике. Локальная адаптация регулирует фракционную абсорбцию кальция в соответствии с требованиями организма. Предполагается, что у пациентов с дефицитом витамина D, у которых нет вторичного гиперпаратиреоза, поддерживается эукальцемия в результате повышенной кишечной абсорбцией кальция. Пациенты, у которых локальная адаптация не компенсирует дефицит кальция, развивается вторичный гиперпаратиреоз.

Для объяснения функционального гипопаратиреоза предлагается ряд других теорий. Одна из них заключается в том, что верхние референсные пределы ПТГ, предоставляемые производителями диагностических наборов, вероятно, могут быть слишком высокими, и, в то же время снижение верхних пределов нормы для ПТГ может привести к более частому выявлению вторичного гиперпаратиреоза.

Во французском исследовании 2014 г. среди 1824 пациентов со значениями в плазме 25 (ОН) витамина D 20 нг/мл или выше было выявлено, что 97,5-й процентиль концентрации ПТГ в плазме составил 45,5 нг/л. Используя это значение в качестве верхней границы референса, 5% пациентов со значениями 25 (ОН) витамина D менее 20 нг/мл имели высокий уровень ПТГ в плазме, что соответствует вторичному гиперпаратиреозу. Среди исследуемых, у которых 25 (ОН) витамин D был 20 нг/мл или выше 97,5-й процентиль ПТГ плазмы был выше у пациентов с избыточным весом / ожирением (51,9 нг/л). Авторы пришли к выводам, что в этой популяции верхняя граница референсного интервала для ПТГ плазмы, намного ниже значений, которые в настоящее время являются общепринятыми (65 нг/л), и варьируется от массы тела. Эти результаты могут способствовать улучшению диагностики первичного и вторичного гиперпаратиреоза [40]. Однако по данным других авторов, референсные значения ПТГ при нормальной концентрации витамина D близки к общепринятым значениям [41, 42].

Существует циркадный ритм секреции ПТГ с более высокой концентрацией в течение позднего утреннего и раннего дневного периода, и минимальной – в ранние утренние часы, также есть различия в значениях в плазме и сыворотке (значения в плазме несколько ниже, чем в сыворотке), что тоже может влиять на уровни ПТГ в крови [43].

Также было высказано предположение, что биологические вариации витамин D- связующего протеина (особенно у афроамериканцев) [44, 45] могут приводить к изменениям концентрации циркулирующего 25 (OH) витамина D, но поддерживать нормальные значения свободного витамина D. Следовательно, пациенты с дефицитом витамина D, у которых не обнаруживается повышение ПТГ, могут фактически иметь изменения в связывающих белках, а не истинный дефицит. Однако, исследование Ponda et al. [46] показало, что у пациентов с дефицитом витамина D, получающих насыщающие дозы, общее количество 25 (OH) витамина D является истинным биомаркером активности витамина D и что концентрация витамин D – связующего протеина, по-видимому, не имеет самостоятельного биологического эффекта. Таким образом, в настоящее время нет общепринятой теории объяснения развития функционального гипопаратиреоза.

Была выдвинута гипотеза о защитной роли функционального гипопаратиреоза, которая была опровергнута в ряде исследований. В вышеприведенном исследовании Amouzougan A et al. с включением женщин с низкоэнергетическими переломами (237 чел.), функциональный гипопаратиреоз был обнаружен у 87,9% при наличии недостаточности витамина D (214 человек) [25]. В исследовании Yamauchi M et al. было обнаружено, что доля пациентов с переломами была значительно выше в группе с более низкими показателями ПТГ и 25 (ОН) витамина D, чем в группе с более низким ПТГ и более высоким 25 (ОН) витамином D или более высокими ПТГ и 25 (ОН) витамином D. В заключение авторами было представлено, что недостаточность витамина D связана с риском перелома независимо от концентрации ПТГ, функциональный гипопаратиреоз, а не вторичный гиперпаратиреоз, может быть фактором риска снижения прочности кости при недостаточности витамина D [47].

Можно предположить, что повышение риска переломов при функциональном гипопаратиреозе может быть связано с дефицитом магния. Самки мышей C57BL / 6J (C57 black 6) в возрасте 4 недели были случайным образом распределены по 2 группам и употребляли диету с нормальным или редуцированным количеством магния, с одинаковым содержанием кальция в течение 8 недель. Были проанализированы образцы плазмы и мочи, также произведена резекция бедренной кости для исследования с помощью микро-КТ. У мышей с низким содержанием Mg в диете наблюдалось статистически значимое снижение объема костной ткани, объема трабекулярной кости, биохимический анализ выявил статистически значимое снижение концентраций Ca в плазме и моче [48]. В другом исследовании изучалось влияние употребления магния с пищей на костный метаболизм, динамическую прочность кости у овариэктомированных крыс. Две группы крыс получали диету с содержанием 0,05% или 0,15% Mg в течение 42 дней. Экскреция с мочой маркера костной резорбции дезоксипиридинолина была статистически значимо ниже и маркер костного образования остеокальцин в сыворотке был значительно выше у крыс, которых кормили 0,15% Mg диетой по сравнению с крысами, которым давали 0,05% Mg. Сила, которую необходимо было применить для разрушения бедренной кости у крыс, которых кормили 0,15% Mg диетой, была статистически значимо больше, чем для крыс, которым давали 0,05% Mg диету. Эти результаты показывают, что добавление магния в пищу способствует костному формированию и предотвращает резорбцию кости, увеличивает динамическую прочность кости у овариэктомированных крыс [49].

В исследовании A.A. Welch et al., в котором участвовало 156575 мужчин и женщин в возрасте от 39 до 72 лет, было выявлено, что повышение употребления магния с пищей положительно коррелирует с мышечной силой по данным кистевой динамометрии, массой скелетных мышц, минеральной плотностью костной ткани (МПКТ) [50]. В проспективном когортном исследовании, в котором приняло участие 73684 женщин, обнаружено, что МПКТ бедра была на 3% выше (P <0,001), МПКТ всего тела – на 2% (P <0,001) у женщин с потреблением магния более 422.5 Mg/сутки по сравнению с теми, у кого оно было менее 206.5 мг Mg/сутки. Частота и относительный риск переломов бедра, ребер, грудины, черепа, пальцев, шейных позвонков не различались у пациентов с различным потреблением магния, а риск переломов нижних конечностей или предплечья увеличивался у женщин с высоким потреблением магния, что, возможно, связано с большей физической активностью и повышенным риском падений у данных женщин [51]. По данным мета-анализа 2016 г. не получено статистически значимых корреляций между высоким потреблением магния с пищей или добавками и частотой переломов бедра и других переломов. Наблюдалась слабая положительная корреляция между потреблением магния и МПКТ шейки бедренной кости и проксимального отдела бедра. Статистически значимых корреляций между приемом магния и МПКТ в поясничном отделе позвоночника выявлено не было [52].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На сегодняшний день функциональный гипопаратиреоз является мало изученным состоянием, нет единого мнения в отношении патогенетических механизмов его развития. Клиническое значение данного патологического состояния остается до конца не выясненным. Несомненно, необходимы дальнейшие клинические исследования для уточнения причин развития функционального гипопаратиреоза, его роли в поражении костной системы, разработки алгоритма диагностики и, самое главное, лечебной тактики.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Поисково-аналитическая работа проведена на личные средства авторского коллектива.

Участие авторов: все авторы внесли существенный вклад в проведение поисково-аналитической работы и публикацию статьи, прочли и одобрили финальную версию до публикации.