Efectos de elevados niveles de FGF23 sobre la pared vascular y el fenotipo de las células de músculo liso vascular. Estudios básicos y clínicos

Abstract

En los pacientes con enfermedad renal crónica (ERC), los niveles elevados del factor de crecimiento de fibroblastos 23 (FGF23) se asocian con la enfermedad cardiovascular y la mortalidad. Las células de músculo liso vascular (CMLV) presentan dos fenotipos funcionales diferenciados, contráctil y sintético. La abundancia del fenotipo sintético se asocia con la disfunción vascular, y se desconoce si el FGF23 puede promover el cambio fenotípico ocasionando complicaciones fisiopatológicas vasculares, como por ejemplo la rigidez vascular. El presente estudio evaluó si el FGF23 afecta al fenotipo de las CMLV y en consecuencia a la rigidez arterial. Además, en este se exploró un posible biomarcador clínico relacionado con la ingesta de P y su excreción. Dicho marcador permite predecir la existencia de altos niveles de FGF23 a nivel clínico y por tanto identificar qué pacientes tienen mayor riesgo de disfunción vascular. Nuestros resultados indicaron que altos niveles de FGF23 promovieron la transición de las CMLV de un fenotipo contráctil hacia un fenotipo sintético, así como una down-regulación de los genes responsables de la biogénesis de microRNAs que conducen a un descenso de la expresión de microRNAs relacionados con rigidez arterial, como microRNA 221 y microRNA222. Los efectos de FGF23 fueron mediados a través de FGFR1 y la posterior activación de la señalización Ras-MAPK-Erk1/2. La inhibición de ambas vías promovió el fenotipo contráctil de las CMLV. La inhibición de FGFR1 aumentó la expresión de microRNA 221 mientras que la inhibición de ERK 1/2 no modificó la expresión de microRNA. La proteína MAP3K2 es un gen diana de los microRNA 221 y microRNA 222 y su expresión resultó estar incrementada con el tratamiento de FGF23. Por este motivo, la sobreexpresión de microRNA 221 y microRNA 222 igualmente disminuyó MAP3K2 y ERK 1/2 al mismo tiempo que recuperó el fenotipo contráctil de CMLV disminuido por FGF23. En ratas Wistar, la infusión exógena de FGF23 recombinante produjo un aumento del grosor de la pared vascular en CMLV que presentaron fenotipo sintético y una reducción de los niveles de microRNA 221 en plasma y aorta. Los estudios funcionales realizados en anillos arteriales aórticos revelaron que las fuerzas pasivas y activas estaban alteradas en las ratas tratadas con FGF23 mostrando una mayor rigidez arterial y un incremento en el grosor de la túnica media del vaso. Finalmente, en un grupo de pacientes en estadio 2-3 de ERC con niveles elevados de FGF23, se observó un aumento de la presión del pulso y de la velocidad de onda de pulso que reflejaba la rigidez vascular, junto con niveles plasmáticos bajos de microRNA 221 y microRNA 222. En estos mismos pacientes se observó que altos niveles de FGF23 correlacionaron no con el fósforo en orina ni el ratio de fósforo/creatinina sino con la tasa de filtración glomerular y la fracción de excreción de fósforo. En este estudio descubrimos que el ratio fósforo/urea en orina es indicador de la absorción de fósforo. El mayor consumo de fósforo en la dieta, especialmente fósforo inorgánico procedente de alimentos procesados, promueve el daño renal e incrementa la carga de fósforo y la necesidad de elevar los niveles de FGF23. Estos parámteros podrían ser utilizados en la práctica clínica de la consulta de nefrología para conocer qué pacientes son esperados a tener mayores niveles de FGF23 y por tanto un mayor daño vascular. La intervención dietética reducciendo la ingesta de fósforo inorgánico sobre todo podría ser una alternativa para disminuir los niveles de FGF23 durante los estadíos tempranos de la ERC. En conclusión, el FGF23 promueve el cambio de fenotipo de las CMLV de contráctiles hacia sintéticas aumentando la rigidez arterial; este puede ser un mecanismo por el cual el FGF23 contribuye directamente al desarrollo de la enfermedad vascular en pacientes con ERC. Por lo que es muy interesante controlar los niveles de FGF23 en aquellos pacientes con una alta ingesta de P mediante el control riguroso de la ingesta de fósforo, la tasa de filtración glomerular y la fracción de excreción de fósforo.

In patients with chronic kidney disease (CKD), high levels of fibroblast growth factor 23 (FGF23) are associated with cardiovascular disease and mortality. Vascular smooth muscle cells (VSMC) exhibit two differentiated functional phenotypes, contractile and synthetic. The abundance of the synthetic phenotype is associated with vascular dysfunction, and it is unknown whether FGF23 may promote phenotypic switching leading to vascular pathophysiological complications, such as vascular stiffness. The present study was conducted to evaluate whether FGF23 affects VSMC phenotype and arterial stiffness consequently. In addition, this study evaluated a potential clinical biomarker related to P intake and excretion. Such a marker allows us to predict the existence of high levels of FGF23 at the clinical level and thus identify which patients are at increased risk of vascular dysfunction. Our results indicated that high levels of FGF23 promoted VSMC transition from a contractile phenotype to a synthetic phenotype as well as down-regulation of genes involved in the microRNAs biogenesis and microRNAs related to arterial stiffness, such as microRNA 221 and microRNA222. The effects of FGF23 were mediated through FGFR1 and the subsequent activation of Ras-MAPK-ERK 1/2 signalling. Inhibition of both pathways enhanced the contractile phenotype of VSMCs. Inhibition of FGFR1 increased microRNA 221 expression while inhibition of ERK 1/2 did not modify microRNA expression. MAP3K2 protein is a target gene of microRNA 221 and microRNA 222 and resulted be upregulated after FGF23 treatment. For this reason, overexpression of microRNA 221 and microRNA 222 decreased MAP3K2 and ERK 1/2 while at the same time that recovered the contractile phenotype of VSMC decreased by FGF23. In Wistar rats, the recombinant FGF23 exogenous infusion produced an increase in vascular wall thickness in VSMC with a synthetic phenotype and a reduction of microRNA 221 in plasma and aortic levels. Functional studies performed on aortic arterial rings revealed that both passive and active forces were altered in FGF23- treated rats showing increased arterial stiffness and increased vessel tunica media thickness. Finally, in a group of stage 2-3 CKD patients with high FGF23 levels, we observed an increase in pulse pressure and pulse wave velocity reflecting vascular stiffness together with both microRNA 221 and microRNA 222 low plasma level. In these same patients, high levels of FGF23 correlated not with urine phosphorus and phosphorus/creatinine ratio but with glomerular filtration rate and phosphorus excretion fraction. In this study we found that the urine phosphorus/urea ratio is an indicator of phosphorus absorption. Increased dietary phosphorus intake, especially inorganic phosphorus from processed foods, promotes renal damage and increases phosphorus load and the need for elevated FGF23 levels. These parameters could be used in clinical practice in the nephrology clinic to determine which patients are expected to have higher levels of FGF23 and thus greater vascular damage. Dietary intervention by reducing inorganic phosphorus intake above all could be an alternative to reduce FGF23 levels during the early stages of CKD. In conclusion, FGF23 promotes the VSMC phenotype switching from contractile to synthetic increasing arterial stiffness; this may could be one mechanism by which FGF23 directly contributes to the development of vascular disease in CKD patients. It is therefore very interest to monitor FGF23 levels in patients with high P intake by closely monitoring phosphorus intake, glomerular filtration rate and fractional phosphorus excretion.