קורטיסטטין - Cortistatin

הדפס

מדריך בדיקות מעבדה
קורטיסטטין
Cortistatin
שמות אחרים	CST
מעבדה	כימיה בדם
תחום	הורמון פפטידי בעל השפעות נוירולוגיות וקרדיו-וסקולריות.
טווח ערכים תקין	0.99-148 ננוגרם/מ"ל.
יוצר הערך	פרופ' בן-עמי סלע

מטרת הבדיקה

כימות ההורמון CST להבנת תרחישים נוירו-פתולוגיים ופתו-קרדיאלים.

כללי

קורטיסטטין (להבא CST) הוא הוא נוירופפטיד ממשפחת הסומטוסטטין שהתגלה בשנת 1996 והשתמע כאחד התווכים האנטי-דלקתיים המבטיחים ביותר במחקר הקדם-קליני. שמו ניתן לו בגין יכולתו לדכא פעילות של נוירונים קליפתיים, ופפטיד זה מגלה טווח רחב בהרבה של פעילויות ביולוגיות, בעיקר בתחום הרגולציה החיסונית והבקרה על מצבי דלקת. הפפטיד מופיע במספר צורות, CST-17 ,CST-14 ו-CST-29, המייצגים אורך שונה של אותו קודמן חלבוני. CST-14, הצורה הפעילה הקצרה ביותר, משתפת בערך 60% של זהות הרצף עם סומטוסטטין הנקשר לכל תת-הסוגים של חמשת הקולטנים של סומטוסטטין. עם זאת, התכונות הייחודיות של קורטיסטטין מקורן מהיכולת שלו להגיב עם קולטנים נוספים שסומטוסטטין אינו יכול לשפעל.

מחקרים רבים מראים ש-CST הוא בעל השפעות ביולוגיות רבות כגון בקרה על שינה, תהליכי למידה וזיכרון, עיכוב תגובות דלקתיות, ובקרה על מטבוליזם אנדוקריני. CST והקולטנים שלו מבוטאים בהרחבה במערכת הקרדיו-וסקולרית כמו הוותין, עורקים כליליים והלב. נמצא ש-CST משחק תפקיד חשוב בהתפתחות מחלות קרדיו-וסקולריות, כגון הפחתת נזק לשריר הלב, עיכוב מיו-קרדיטיס אוטו-אימונית, הפחתה של שגשוג ונדידה של תאי שריר חלק, הפחתה של הסתיידות וסקולרית, ועיכוב טרשת עורקים ויצירת מפרצת (aneurysm). תקופת מחצית החיים של CST היא קצרה ביותר: 2-5 דקות, ויש לו 6 קולטנים.

השכיחות והתמותה ממחלות קרדיו-וסקולריות נוטות לרדת באירופה וארצות הברית, אך הן עדיין בקו עלייה בסין. נתונים אפידמיולוגיים מראים שמחלה קרדיו-וסקולרית היא הסיבה המובילה למוות בסין, יותר מאשר סרטן ותחלואות אחרות. תמותה קרדיו-וסקולרית שונה בין אזורים כפריים ועירוניים, לדוגמה, 44.8% באזורים כפריים לעומת 41.9% באזורים עירוניים (Weiwei וחב' ב־Eur Heart J Suppl משנת 2016). קורטיסטטין (CST) הוא פפטיד ביו-אקטיבי קטן המכיל את הטטרמר FWKT (או Phe-Trp-Lys-Thr) (‏Criado וחב' ב-J Neurosci Res משנת 1999). היה נהוג לחשוב ש-CST מבוטא רק במוח באזורי ה-cortex וההיפוקמפוס). אך עם התקדמות המחקר, CST נמצא מבוטא באופן נרחב במערכות העצבים, האנדוקרינית והחיסונית (Dalm וחב' ב-Clin Endocrinol משנת 2004). ‏CST התגלה גם במערכת הקרדיו-וסקולרית, כמו בוותין, בעורקים הכליליים ובלב (Yan וחב' ב-J Surg Res משנת 2005, Duran-Prado וחב' ב-Circ Res משנת 2013, ו-Zhang וחב' ב-J Card Fail משנת 2015). הפפטיד CST הומולוגי ביותר עם סומטוסטטין (להלן SST). לפיכך, CST יכול לשפעל את הקולטנים של SST לקבלת השפעות ביולוגיות דומות לאלה של SST. פרט לכך, CST יכול לשפעל את הקולטן של הורמון הגדילה ואת הקולטן של Mas-related gene X-2 (להלן MrgX2) (‏Robas וחב' ב-J Biol Chem משנת 2003, ו-Deghenghi וחב' ב-J Endocrinol Invest משנת 2001). ‏CST הופך להיות פפטיד אנדוגני המגן על המערכת הקרדיו-וסקולרית בגין תפקידו בפתו-פיזיולוגיה של הלב ושל כלי הדם.

המבנה של CST

קורטיסטטין הוא פפטיד עם 112 חומצות אמינו. Preprocortistatin מבוקע בשני אתרים דו-בסיסיים באזורי הביקוע ה-C טרמינליים, KK ו-KR, ליצירת rCST14 ו־rCST29 באופן אנלוגי ל-SST14 ול-SST28. היחס בין rCST14:rCST29:preprocortistatin נמצא כ-41:55:4.5, והיחס של פפידים מופרשים rCST14:rCST29 נמצא כ-2:1. שני הפפטידים מיוצרים כמעט באופן שווה, כאשר צורת rCST14 מופרשת באופן מועדף בהשוואה לצורת rCST29. הקורטקס המוחי הוא אתר מרכזי של ביטוי CST. ‏PC1 ו-PC נמצאו כרוכים בעיבוד של preprosomatostatin. פפטיד rCST14 משתף 11 מתוך 14 השיירים עם הפפטיד SST14, המכיל שני שיירי ציסטאין התורמים למבנה הציקלי שלו. ה-14mer cortistatin והסומוסטין דומים במבנה, והפפטידים בחולדה משותפים ב-11 מתוך 14 שיירים. רוב ההבדלים המבניים נמצאים מחוץ לחלק הציקלי של הפפטיד. באזור ה-N-טרמינלי, שיירים חוץ-ציקליים הם Pro בחולדה ובעכבר, או Asp-Arg-Met-Pro באדם, ויש ב-SST14 יש צמד של Ala-Gly בעמדה זו. החלק ה-C-טרמינלי של SST14 מסתיים בחומצת האמינו Cys היוצרת את חלק של לולאת Cys-Cys, בה בשעה ששייר חומצת האמינו Lys מנובא להיות C-טרמינלי בכל הפפטידים הידועים של CST14. אף על פי ש-radio-immunoassay של פרקציות של תמציות מוחיות, מזהות פפטיד עם פרופיל יותר זהה של אלוציה מהקולונה לזה של CST14 בתוך לולאת Cys-Cys בעכברים וחולדות, כאשר באדם יש הבדל אחד. הבדל זה הוא בכך ששייר ארגינין צמוד לשייר Cys בקצה ה-N-טרמינלי, שהוא שייר Thr ב-SST14 (ללAird וחב' ב-J Biol Chem משנת 1994).

CST והלב

CST ופציעה איסכמית מיו-קרדיאלית: בשנת 1999, Rauca וחב' מצאו שהחדרה תוך-חדרית של 10 מילימול של CST, הפחיתה משמעותית את גודל האוטם בחולדות עם אוטם מוחי הנגרם על ידי חסימה של העורק האמצע מוחי בהשוואה ל-saline (‏Rauca וחב' ב-Arch Pharmacol משנת 1999). מחקרי המשך מצאו שהשפעת CST במקרה של פגיעה איסכמית מוחית יכולה להיות מתווכת על ידי הקולטן SSTR2 (‏Stumm ujcwc וחב' ב-J Neurosci משנת 2004). נמצא ש-CST יכול להחליש את הנזק לרשתית המושרה על ידי איסכמיה כימית באופן התלוי בריכוז (Mastrodimou וחב' ב-Arch Pharmacol משנת 2005). באופן דומה, CST הגן על המיוקרדיום באוטם במודל של חולדה הנגרם על ידי קשירה של העורק השמאלי הקדמי היורד. במודל חולדת Wistar של אוטם שריר הלב שמושרה על ידי קשירה של העורק השמאלי הקדמי היורד, CST נמצא מפחית את שטח האוטם המיוקרדיאלי החריף, ומשפר את התפקוד הקרדיאלי (Shi וחב' ב-J Cardiovasc Pharmacol Ther משנת 2017), כאשר CST מגדיל משמעותית את מקטע הפליטה של החדר השמאלי (LVEF), והפחית את שטח אוטם שריר הלב ואת רמת טרופונין בנסיוב (cTnI). אפופטוזיס של קרדיו-מיוציטים משחק תפקיד חשוב באוטם שריר הלב ובירידת התפקוד של שריר הלב לאחר אוטם שריר הלב (Palojoki וחב' ב־Am J Physiol Heart Circ Physiol משנת 2001). ספסיס גורם לתגובת המאחסן להדבקה, מה שעלול לגרום לפגיעה בתפקוד של איברים רבים, מה שגורם למעלה מ-10% מהתמותה במהלך אשפוז (Singer וחב' ב-JAMA משנת 2016). נמצא ש-CST יכול להקל על הנזק הפתולוגי הכרוך עם הלם ספטי במכרסמים ומעכב את הביטוי של תווכים דלקתיים סיסטמיים ומקומיים, כולל ציטוקינים, כימוקינים וחלבונים acute phase (‏Gonzalez-Rey וחב' ב-J Exp Med משנת 2006). פגיעה בשריר הלב ותפקוד לקוי הם ביטויים קליניים שכיחים של ספסיס ושל הלם ספטי ומתרחשים ב-40-50% מהמטופלים (Rudiger ו-Singer ב-Crit Care Med משנת 2007). לא ברור עדיין מה התפקיד של CST בנזק לשריר הלב הנגרם על ידי הלם ספטי. נמצא במודל חולדות ש-CST מסוגל לא רק לשפר את תפקוד הלב ולהפחית אפופטוזיס בקרדיו-מיוציטים, אלא גם להפחית את התפקוד של חלבון 94 המושפע מגלוקוז (להלן GRP94), את caspase-12, וכן את החלבונים הנקשרים ל-CCAAT/enhancer-binding (להלן CHOP). לפיכך ההשערה שעיכוב העקה ברטיקום האנדופלזמטי על ידי CST יכול לשחק תפקיד חשוב בהגנה על המיוקרדיום. כיוון שספסיס כרוך ביצירת-יתר של ציטוקינים דלקתיים, ו-IL-1β משחק תפקיד מפתח בהפרשת ציטוקינים במהלך ספסיס (van de Veerdonk וחב' ב-Trends Immunol משנת 2011), נבחנה אפשרות ש-CST מפחית נזק קרדיאלי ופיברוזיס מיו-קרדיאלי דרך מסלול NLRP3 inflammasome/caspase-1/IL-1β. נמצא ש-CST יכול לעכב את פעילות NLRP3 ואת זו של caspase-1, ובכך להפחית את הפרשת IL-1β ואת הנזק המיו-קרדיאלי. ממצא קליני עדכני הצביע על כך ש-CST היה מוגבר בפלזמה של מטופלים עם ספסיס, מה שמצביע על CST כסמן לאבחון ספסיס.

CST וההסתיידות הווסקולרית

נמצא כ-CST יכול לעכב את ההסתיידות של הוותין של חולדה in vivo ו-in vitro בתיווך של הקולטן GHSR1a ולא של הקולטנים SSTR או MrgX2 (‏Liu וחב' ב-Regul Pept משנת 2010). תוך שימוש ב-β-glycerophosphoric acid (להלן β-GP) על מנת להשרות הסתיידות של VSMCs באדם ובחולדות, נעשה אישור ששקיעת סידן הוחלשה על ידי CST, שיכולה להיות מיוחסת לעיכוב של עה ברטיקולום האנדופלמטי (Liu וחב' ב-Amino Acids משנת 2016). יתרה מכך, נמצא ש-CST יכול לעכב הסתיידות וסקולרית, דרך phosphorylated glycogen synthase kinase 3 beta, דרך היחס p-GSK3β)/β-catenin ודרך זרחון של protein kinase C, אך לא דרך מסלול הסימון של phosphorylated c-Jun N-terminal kinase (להלן p-PKC) (ל‏Liu וחב' ב-Acta Physiol משנת 2018).

CST וטרשת עורקים

דלקת כרונית ואי-סדירויות אוטו-אימוניות משחקות תפקיד חשוב בפתוגנזה של טרשת עורקים (Libby ו-Hansson ב-Circ Res משנת 2015).כפי שהוזכר למעלה, CST וקולטניו מבוטאים בלב, בתאי אנדותל וסקולריים, ובתאי שריר חלק. נמצא שרמות CST בפלזמה לפני ויום אחד אחרי percutaneous coronary intervention במטופלים עם מחלת עורקים כליליים, גבוהה יותר משמעותית בהשוואה לאנשים בריאים, שהיו במתאם שלילי עם רמות טריגליצרידים וכולסטרול (Tian וחב' ב-Beijing Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban משנת 2009). במודל של טרשת עורקים חריפה וכרונית בעכברים knockout ל-ApoE שהושרו על ידי דיאטה מערבית, נמצא ש-CST עיכב את היצירה של רובד טרשתי, והקטין את שטח הרובד ואת מספר הרובדים, מה שיכול להיגרם על ידי הפחתה בתגובה הדלקתית המיוחסת ל-Thi/Th17, ולשחזור של היחס Th1/regulatory T cells (‏Delgado-Maroto וח' ב-Sci Rep משנת 2019). ‏CST פוגע ביצירת תאי קצף על ידי הגברה של דליפת כולסטרול מהמקרופאגים. נתונים אלה תומכים בכך ש-CST עשוי להיות סמן חדש לאבחון מחלת עורקים כליליים, כמו גם יעד פוטנציאלי לטיפול במחלה טרשתית.

מנגנון הפעולה

קורטיסטטין מפעיל השפעותיו דרך מערכות קולטנים אחדות: קולטנים של somatosttatin (‏SSTR1–5): קורטיסטטין נקשר לכל חמשת ה-SSTRs בזיקה הדומה לזו של סומטוסטטין, תוך עיכוב של adenylate cyclase דרך איתות Gi/Go-coupled. קישור זה מעכב את הורמון הגדילה (GH), יש לו השפעות אנטי-שגשוגיות, ואפנון של הפרשת נוירו-טרנסמיטרים (de Lecea וחב' ב-Nature משנת 1996). הקישור לקולטן של Ghrelin (להלן GHSR-1a): בניגוד לסומטו-סטטין, CST נקשר ל־GHSR-1a, תוך שהוא פועל כאגוניסט חלקי. אינטראציה זו משפיעה על התיאבון ועל הנוירו-אנדו-רגולציה, מה שמציב את CST בצומת של איתותי סומטוסטטין ו-ghrelin (‏Deghenghi וחב' ב־J Endocrinol Invest משנת 2001). הקישור לקולטן MrgX2: קורטיסטטין משפעל את ה-Mas-related gene X2 שהוא קולטן שאינו משותף לסומטו-סטטין. קישור זה עשוי לתווך במספר השפעות ייחודיות של CST כמו אפנון של כאב והשפעות חיסוניות (Robas וחב' ב-J Biol Chem משנת 2003). סיגנלים אנטי-דלקתיים: CST מדכא את יצירת ציטוקינים מקדמי דלקת המושרים על ידי NF-κB, ציטוקינים כגון TNF-α ,IL-6 ו-IL-12 במקרופאגים ובתאים דנדריטים, ועל ידי כך מסייע ליצירה של Treg ולעיכוב של התמיינות של Th1/Th17 דרך מסלול התלוי ב־cAMP (‏Gonzalez-Rey וחב' ב-J Exp Med משנת 2006). מספר מחקרים הראו ש-CST יכול להיות יעיל כאשר מטפלים איתו בתסמונת Cushing, באקרומגליה וב-prolactinoma בניסויים באדם (Giordano וחב' ב־Eur J Endocrinol משנת 2007, ו-Grotoli וחב' ב-J Clin Endocrinol Metab משנת 2006). מחקרים מראים שאנלוגים של CST המסונתזים כימית, ונמצאים בניסויים בחיות מעכבים את היצירה של כלי דם ברשתית של עכברים, מה שעשוי לשמש בטיפול הקליני עם CST (‏Czakó וחב' ב־J Am Chem Soc משנת 2009).

קדם-קורטיסטטין הוא חלבון המקודד באדם על ידי הגן CORT (ל‏de Lecea וחב' ב-Genomics משנת 1997, ו-Zhao וחב' ב־eBioMedicine משנת 2019). הנוסחה האמפירית של קדם-CST היא C167H257N47O46, ומשקלו המולקולרי 3659.2. חלבון זה והוא מתבקע ל-corticostatin-17 ול-cortistatin-29. מסתבר ש-Cortistatin-17 הוא הפפטיד הפעיל היחיד הנובע מהקודמן. Cortistatin-17 הוא נוירופפטיד המבוטא בנוירונים מעכבים של קורטקס המוח, אך בניגוד לסומטוסטטין המעורה לתוך המוח, cortistatin-17 מגביר את שינת low-wave. הוא נקשר לאזורי מוח כקליפה, היפוקמפוס ועמיגדלה. הוא נקשר לקולטנים של סומטוסטטין, והוא בעל תכונות פרמקולוגיות ותפקודיות הדומות לאלה של סומטוסטטין, כולל הדיכוי של פעילות נוירונלית. עם זאת, הוא בעל פעילויות רבות השונות מאלו של סומטוסטטין כגון השרייה של שינת slow-wave, על ידי אנטגוניזם של ההשפעות שמייצרות התרגשות או גירוי של אצטילכולין בקורטקס, הפחתה של הפעילות הלוקומוטורית והשפעול של זרמי קטיונים סלקטיביים שאינם מגיבים לסומטוסטטין (Zhao וחב' משנת 2019).

השימושים האבחוניים במקרים של דלקות מעיים, מחלת פרקינסון ואוסטאו-ארטריטיס

הטיפול עם CST מסייע משמעותית להפחית את החומרה הקלינית וההיסטופתולוגית של קוליטיס דלקתי, מפסיק את איבוד המשקל, שלשולים ודלקות. נמצאה גם עלייה בהישרדות של עכברים עם קוליטיס. השימוש ב-CST גרם לתגובה אוטואימונית מופחתת המושרית על ידי Th1. מחקר אחר בחן את יכולת CST לטפל ב־osteoarthritis בעכברים. מפגע זה היא מחלת ניוון מפרקים הנגרמת משחיקה של סחוס. ה-TNF-α ידוע כמשחק תפקיד קריטי באוסטאו-ארטריטיס. תוצאות המחקר מראות ש-CST נקשר תחרותית לקולטנים TNFR1 וכן ל-TNFR2. ‏CST מדכא את התפקוד הפרו-דלקתי של TNF-α. חסר של CST גורם להחשת התרחיש האוסטאו-ארטריטי. אנליזה של עכברים knockout לקולטנים TNFR1 ו-TNFR2, מצאה שקולטנים אלה כרוכים בתפקיד ההגנתי של CST באוסטאו-ארטריטיס. טיפול עם CST הרחיק באופן מוחלט את תרחיש הקוליטיס, והפחית את הישנות התרחיש. עכברים מטופלים עם CST 12 שעות לאחר הזרקת Trinitrobenzenesulfonic acid (להלן TNBS) שרדו, ולא סבלו מהישנות התרחיש לאחר הזרקה שנייה של TNBS. מחקר אחר בחן טיפולים עם CST במודל קדם-קליני של עכברים עם מחלת פרקינסון שהושרתה על ידי חשיפה לנוירוטוקסין 1methil-4-phenyl1-1,2,3,6-tetrahydropyridine (להלן MPTP). החוקרים הראו שטיפול עם CST ביטל את אובדן הנוירונים הדופמינרגיים המושרה על ידי MPTP, נוירונים המצויים ב־substantia nigra וקשורים ל-striatum. המחקר הראה שהחדרת CST שיפרה את הפעילות הלוקומוטורית של עכברים מורעלים עם MPTP. המחקר הראה גם ש-CST הפחית את הנוכחות והשפעול של תאי glia, באזורי המוח של עכברים מטופלים עם MPTP. ללCST גם הפחית את התווכים החיסוניים וכן סייע לביטוי של גורמים נוירוטרופיים ב-striatum של עכברים.

הוראות לביצוע הבדיקה

הכימות של CST בנוזלים ביולוגיים, כמו בפלזמה של אדם מתבצעת בשיטת ELISA או בשיטת LC-MS/MS.

הכנת הדגימה: על מנת למצות CST מפלזמה ולהרחיק חומרים מפריעים לבדיקה. יש לאסוף את הדם במבחנת ספירת-דם (EDTA פקק בצבע סגלגל).

Internal standard: ‏CST מסומן על ידי איזוטופ הוא אידיאלי. ניתן גם להשתמש בפפטיד דומה מבנית כגון octreotide.

מחסנית (cartridge): יש לערבב cation exchange cartridges של חברת Oasis WCX.

תמיסת conditioning: תמיסת מתנול 5% במים. יש לשטוף פעמיים עם תמיסת אלוציה של acetonitrile ו-2% חומצה פורמית במתנול. יש להפשיר את הפלזמה הקפואה. יש להחמיץ את דגימת הפלזמה על ידי הופה של נפח זהה של 4% חומצה פוספורית במים. יש לטלטל ב-vortex למשך 30 שניות, ולאחר מכן יש לסרכז במהירות 4,000 rpm, כדי להשקיע גרגירי חלבונים. יש להעמיס את הנוזל העליון לתוך המחסנית, ולשטוף אותה עם 1 מ"ל של של 2% חומצה פורמית במתנול. יש לנדף את הדגימה בזרם איטי של חנקן ב-40 מעלות צלזיוס. הכרומטוגרפיה הנוזלית לצורך אנליזת LC-MS/MS. הכרומטוגרפיה הנוזלית מפרידה CST וה-internal standard שלו ממרכיבים אחרים של הדגימה. למטרת הזרקת CST יש להמיס CST שעבר ליופיליזציה במים סטריליים, או ב-PBS, או ב-saline פיזיולוגי. יש להביא את התמיסה לריכוז של 100 מיקרומולר עד 1 מילימולר. את התמיסה יש לאחסן בקירור עד 7 ימים. לאחסון לתקופה ארוכה יותר יש להקפיא את הדגימה. יש להימנע ממספר מחזורי הקפאה והפשרה.

ראו גם

• חזרה לדף מדריך בדיקות מעבדה
• בדיקות מעבדה - בדיקות ביוכימיות

המידע שבדף זה נכתב על ידי פרופ' בן-עמי סלע, המכון לכימיה פתולוגית, מרכז רפואי שיבא, תל-שומר;
החוג לגנטיקה מולקולארית וביוכימיה, פקולטה לרפואה, אוניברסיטת תל-אביב (יוצר הערך)