파이테이트 식이 독성유발 만성신장질환 동물모델 개발 및 임상적 유용성 연구 = Development of phytate-induced toxicity animal model and early diagnosis biomarker for chronic kidney disease

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The kidney is a major regulator of calcium homeostasis. However, the pathological causes of dysregulated calcium-phosphate homeostasis in chronic kidney disease (CKD) remain elusive. We report that phytate, a major but indigestible form of dietary phosphorus, caused rats to excrete excessive calcium into feces, indicating malabsorption of intestinal calcium. Calcium malabsorption triggered a dramatic increase in intact parathyroid hormone (PTH) in a time- and dose-dependent manner. High PTH levels predisposed rats to develop intratubular nephrocalcinosis, glomerular and tubulointerstitial nephritis, and acquired renal cysts. These defects accelerated renal calcium leak and serum phosphate retention, leading to secondary hyperparathyroidism in association with hypocalcemia, hyperphosphatemia, severe bone loss, and peritrabecular osteitis. Thus, restriction of dietary phytate is a potential therapeutic option for controlling calcium-phosphate homeostasis in CKD. Finally, proteome and immunohistochemical analyses of kidney tissues showed that multi-phosphorylated osteopontin (OPN) was significantly increased in the kidney of phytate-fed rats. Multi-phosphorylated OPN deposits in the kidney were further activated downstream NF-kB pathway, which may cause glomerular and interstitial nephritis in the kidney of phytate-fed rats. These results suggest that circulating multi-phosphorylated OPN derived from excessive bone resorption is one of the main mediators of phytate-induced nephrocalcinosis and CKD. Thus, circulating multi-phosphorylated OPN may be a unique pathological biomarker for early diagnosis of CKD, and a novel and promising therapeutic target for the patients with CKD.

국문 초록 (Abstract)

현미, 통밀, 미강, 옥수수 및 견과류에 다량 존재하는 phytate 식이사료를 장기간 섭취시에 따른 장기독성에 관한 과학적 근거를 마련하고 인체 독성 유발에 관한 상관관계 규명을 위하여 1) Phytate 식이사료 섭취 함량 및 섭취 기간에 따른 독성유발 만성신장질환 동물모델 개발 및 특성을 규명하고, 2) Phytate 식이 독성유발 만성신장질환 동물모델을 활용한 조기진단 바이오 마커 특성 및 임상적 유용성을 규명하고, 만성신장질환 동물모델을 개발하는 하고자 하였다. Phytate를 1%, 3%, 5%가 함유된 사료를 약 12주간 섭취한 렛드 동물모델을 분석한 결과 혈중 칼슘이 부족시 나타나는 부갑상선호르몬의 수치가 증가하고, 혈중 크레아티닌의 함량이 증가한 것을 확인하였다. 이로부터 phytate를 섭취한 동물모델이 신장질환을 유발함을 확인하고, H&E 및 신장결석을 Alizarin Red S, von kossa 염색을 통하여 조직병변을 분석한 결과 신장결석 및 만성신장질환이 유발됨을 확인하였다. Phytate 섭취로 인한 신장결석의 원인은 소장에서 phytate와 결합한 칼슘이 분변으로 배출되면, 뼈를 분해하는 osteoclast가 활성화되어 칼슘이 유리되고, 신장에서 칼슘의 손실을 예방하고자 칼슘의 재흡수가 촉진됨을 확인하였다. 신장결석은 뼈를 분해하여 칼슘을 유리시 뼈에 존재하는 단백질 중의 하나인 osteopontin이 신장결석 유방에 매우 중요한 역할을 할것으로 예측되었다. 이러한 결과가 임상시험에서도 유사하게 유발될 수 있음을 예측되었지만 좀더 연구가 필요할것으로 예상된다. Phytate 식이사료 동물실험에서 신장결석 및 만성신장질환을 유발할 것으로 예상되었던 단백질인 osteopontin을 과발현하는 동물모델을 제작하여 분석한 결과 osteopotin이 과발현된 동물모델에서 신장결석이 유발되고 사구체 여과율이 감소함을 확인 하였으며, 만성신장질환 환자의 혈액을 이용하여 osteopontin의 함량을 측정한 결과 osteopontin의 혈중함량이 증가함을 확인하여, 향후 osteopontin이 신장질환 마커가 될수 있음을 확인 하였다. Phytate가 함유된 식이사료를 이용한 만성신장질환동물의 유용성 및 향후 신장질환 발병기전 연구에 아주 중요한 동물모델이 될 것으로 사료된다.