Natriuretické peptidy

Natriuretické peptidy jsou hormony, které jsou syntetizovány v kardiomyocytech srdečních předsíní a komor a významně přispívají k udržení elektrolytové a volumové homeostázy. Hemodynamický, renální a endokrinní účinek těchto peptidů je předmětem základního a klinického výzkumu v posledních přibližně 15 letech. Zájem o natriuretické peptidy vzrostl v poslední době proto, že zvýšení koncentrací cirkulujících natriuretických peptidů bylo prokázáno u pacientů se srdeční dysfunkcí a se srdečním selháním. Tento projev neurohormonální aktivace u pacientů se srdeční dysfunkcí je obdobný zvýšení cirkulujících koncentrací vazokonstrikčních neurohormonů, jako je noradrenalin, renin, angiotenzin II, endotelin a vazopresin, které hrají klíčovou úlohu v progresi srdeční dysfunkce a přispívají k rozvoji srdečního selhání. Na rozdíl od vazokonstrikčních hormonů má systém natriuretických peptidů příznivý kompenzační účinek vedoucí k systémové vazodilataci, zvýšení natriurézy, diurézy, k inhibici buněčného růstu a k inhibici renin-angiotenzin-aldosteronového systému. Stanovení plazmatických koncentrací natriuretických peptidů u pacientů se srdeční dysfunkcí po infarktu myokardu a u nemocných se srdečním selháním má podle posledních poznatků diagnostický a prognostický význam a umožňuje monitorovat účinek terapie. Poznání fyziologického účinku a výzkum metabolismu natriuretických peptidů přispěly k možnosti léčebného použití jak těchto peptidů, tak látek, které inhibují jejich degradaci.

Úvod

Srdeční dysfunkce je provázena nadměrnou aktivací neurohormonů, jejichž působením dochází k vazokonstrikci, retenci sodíku a vody, k nadměrnému buněčnému růstu a rozvoji srdeční fibrózy. Tyto jevy pak souhrnně přispívají k progresi srdeční dysfunkce a rozvoji srdečního selhání. V lidském organismu jsou vyvinuty systémy, které jsou protiváhou účinku nadměrné aktivace vazokonstrikčních neurohormonů. Jsou to endogenní vazodilatační systémy, které zahrnují: systém natriuretických peptidů (NP), oxidu dusnatého a prostaglandinů. Tyto systémy podporují diurézu, natriurézu a inhibují buněčný růst [1,2,3].

Již před více než 20 lety de Bold ukázal, že intravenózní podání extraktu ze srdečních předsíní vede u potkanů k významnému zvýšení natriurézy [4].  Tato práce zahájila intenzivní výzkum endokrinní aktivity srdce, který vedl k objevu skupiny strukturálně podobných, ale geneticky rozdílných peptidů, které se účastní kardiorenální homeostázy.

Skupinu těchto peptidů tvoří: atriální natriuretický peptid (ANP – atrial natriuretic peptide) a mozkový natriuretický peptid (BNP – brain natriuretic peptide), které jsou produkovány kardiomyocyty, a C-natriuretický peptid (CNP – C-type natriuretic peptide), který je produkován buňkami endotelu cév a renálního epitelu.

Syntéza a tkáňová distribuce

Atriální natriuretický peptid (ANP) má 28 aminokyselin a  je produkován kardiomyocyty srdečních předsíní. V myocytu je skladován ve formě prohormonu (pro-ANP), který má 126 aminokyselin a je při sekreci štěpen na dva fragmenty – vlastní biologicky aktivní ANP a takzvaný N-terminální fragment (N-ANP). N-ANP má delší biologický poločas eliminace a je stabilnější, a tedy vhodný pro měření v laboratorních podmínkách. Koncentrace obou fragmentů, tedy jak cirkulujícího ANP, tak N-ANP, jsou zvýšeny u pacientů s asymptomatickou dysfunkcí levé komory a u pacientů s chronickým městnavým srdečním selháním koreluje zvýšení koncentrací ANP i N-ANP se závažností onemocnění [5,6]. Přestože existuje těsná korelace mezi síňovým tlakem a koncentrací ANP, dominantním stimulem pro sekreci ANP je spíše zvýšení napětí ve stěně síní než  vzestup tlaku v síních [7]. Sekrece ANP je kromě toho stimulována v menší míře účinkem endotelinu, vazopresinu a cirkulujících katecholaminů [8]. Gen pro prekurzor ANP je rovněž exprimován v ledvinách, kde alternativní cestou dochází k syntéze peptidu o 32 aminokyselinách, který se nazývá urodilantin a má významnou úlohu v lokální regulaci metabolismu sodíku a vody v ledvinách (obr. 1).

Mozkový natriuretický peptid (BNP) byl poprvé izolován z vepřového mozku, ale hlavním místem jeho sekrece jsou kardiomyocyty síní, a především komor. BNP má 32 aminokyselin a hlavním stimulem pro jeho sekreci je komorová dilatace a vzestup napětí ve stěně srdečních komor. BNP vzniká z prekurzoru o 108 aminokyselinách, který je štěpen na dva fragmenty – vlastní biologicky aktivní BNP a  N-terminální fragment (N-BNP). Oba fragmenty cirkulují v plazmě a jejich koncentrace je zvýšená u pacientů s komorovou hypertrofií a s chronickým srdečním selháním.

C-natriuretický peptid (CNP) se v organismu vyskytuje ve dvou formách – dvou molekulách, kdy každá vzniká ze stejného prekurzoru pro-CNP rozdílným procesem. První molekula má 22 aminokyselin a vyskytuje se v centrálním nervovém systému, v přední části hypofýzy, v ledvinách a endotelu cév. Její aktivita je mnohem větší než aktivita fragmentu o 53 aminokyselinách. Plazmatické koncentrace CNP jsou velmi nízké.

Peptidy s vlastnostmi natriuretických peptidů byly izolovány také ze sliznice gastrointestinálního traktu, kde hrají důležitou úlohu v regulaci transportu soli a vody. Je to například guanylin a uroguanylin [9].

Receptory

Účinek natriuretických peptidů je zprostředkován pomocí receptorů, které se vyskytují na povrchu cílových buněk. U savců byly identifikovány tři typy receptorů pro natriuretické peptidy – NPR-A, NPR-B a NPR-C. Receptory NPR-A a NPR-B jsou strukturálně podobné a jsou spojeny s guanylátcyklázou. Zajišťují účinek natriuretických peptidů prostřednictvím druhého posla (second-messenger) cyklického guanosinmonofosfátu (cGMP), který slouží současně jako druhý posel pro systém oxidu dusnatého (NO). Receptory NPR-A a NPR-B se skládají z extracelulárního vazebného místa a intracelulárního řetězce, který jako součást guanylátcyklázy katalyzuje konverzi guanosintrifosfátu na cyklický guanosinmonofosfát [10].

Receptor NPR-C (clearance receptor) postrádá intracelulární katalytický řetězec a zřejmě slouží k regulaci cirkulujících NP [11]. Afinita natriuretických peptidů k receptorům je odlišná. Nejvyšší afinitu k receptoru NPR-A má ANP, menší BNP a CNP. Nejvyšší afinitu k receptoru NPR-B má CNP, následován BNP a ANP. Je zajímavé, že nebyl identifikován specifický receptor pro BNP. BNP má dokonce mnohonásobně nižší afinitu k regulačnímu receptoru NPR-C, což vysvětluje delší plazmatický poločas BNP než ANP.

Aktivita cirkulujících NP je regulována rovněž enzymaticky pomocí extracelulárního enzymu neutrální endopeptidázy, který má širokou substrátovou specifitu a tkáňovou distribuci zahrnující plíce a ledviny. Neutrální endopeptidáza inaktivuje všechny tři NP, má vyšší afinitu k CNP než k ANP a afinita k BNP je nejnižší (obr. 2).

Fyziologické účinky natriuretických peptidů

Natriuretické peptidy mají v organismu opačný účinek k systému renin-angiotenzin-aldosteron, a představují tedy fyziologické antagonisty účinku angiotenzinu II na cévní tonus, sekreci aldosteronu, renální tubulární reabsorpci sodíku a vaskulární buněčný růst. K vzestupu koncentrací ANP a BNP dochází vždy jako odpověď na volumovou expanzi a tlakové zatížení srdce. Plazmatické koncentrace CNP se při tlakovém nebo volumovém přetížení mění velmi málo. Tento peptid má spíše parakrinní úlohu v regulaci cévního tonu a jeho antitrofický účinek zřejmě slouží k inhibici strukturální cévní remodelace, která provází hypertenzi a vaskulární příhody [12,13]. Natriuretické peptidy mají tedy souhrnně natriuretický účinek, vazodilatační účinek, inhibují aktivitu reninu a inhibují růst. Jejich fyziologický význam je nepřímo potvrzen tím, že genetická porucha produkce ANP nebo defekt receptoru NPR-A vedou k rozvoji hypertenze a srdeční hypertrofie [14,15].

ANP a zřejmě i BNP působí na ledviny na úrovni glomerulů a tubulů. V glomerulech vedou NP ke konstrikci vas efferens a dilataci vas afferens, čímž zvyšují intraglomerulární tlak, a tím glomerulární filtraci. V oblasti tubulů zajišťují účinek natriuretických peptidů jednak cirkulující NP, jednak parakrinně působící urodilantin. V proximálním tubulu inhibují NP angiotenzinem II stimulovaný transport sodíku a vody. V oblasti sběrného kanálku antagonizují NP účinek vazopresinu – snižují reabsorpci sodíku [16,17]. Vliv na natriurézu a diurézu je rovněž zprostředkován nepřímo inhibicí sekrece aldosteronu [18].

Významný je rovněž účinek NP v centrálním nervovém systému. Tento účinek není zprostředkován cirkulujícími NP, neboť ty nepronikají hematoencefalickou bariérou, ale lokálně produkovanými ANP, BNP a CNP. Jejich syntéza v mozku je stimulována endotelinem, vazopresinem a noradrenalinem, nikoliv však angiotenzinem II. ANP zpětně inhibuje sekreci vazopresinu. Tím je zajištěna koordinace centrální a periferní kontroly vodní a elektrolytové homeostázy. NP v mozkovém kmeni snižují tonus sympatiku [19].

Natriuretické peptidy ANP a BNP mají podobné účinky. Přesto existuje rozdíl v jejich aktivitě v závislosti na délce trvání postižení. Ukazuje se, že ANP prostřednictvím receptoru NPR-A slouží spíše k okamžité regulaci krevního tlaku než k dlouhodobému udržení vodní a sodíkové rovnováhy (tab. 1).

NPS – systém natriuretických peptidů u srdečního selhání

Sekrece natriuretických peptidů je u pacientů se srdečním selháním zvýšena.  Zvýšení koncentrací NP u pacientů se srdečním selháním a s asymptomatickou dysfunkcí levé komory po infarktu myokardu bylo nejprve prokázáno pro ANP. Koncentrace ANP jsou zvýšeny vždy v relaci se stupněm postižení, respektive s tíží symptomů, a to paralelně s dalšími neurohormony. Koncentrace ANP a N-ANP jsou vyšší u pacientů s již přítomným srdečním selháním než u pacientů s asymptomatickou srdeční dysfunkcí [5,20]. Koncentrace ANP spolu s dalšími neurohormony se ukázaly být významnými prediktory kardiovaskulární mortality anebo rozvoje srdečního selhání u pacientů s asymptomatickou dysfunkcí levé komory po infarktu myokardu. Tyto poznatky přinesla poprvé studie SAVE [21,22]. Podrobná analýza studie SAVE dokonce ukázala, že pouze plazmatická reninová aktivita a koncentrace ANP byly nezávislými neurohormonálními prediktory mortality. Tyto výsledky potvrdily další práce [23]. Není bez zajímavosti, že koncentrace N-terminálního fragmentu ANP (N-ANP) byly silnějšími prediktory úmrtí a rizika rozvoje srdečního selhání u pacientů po infarktu myokardu než koncentrace ANP, a to nezávisle na věku nemocných, přítomnosti předchozího infarktu nebo ejekční frakci levé komory [24].

Prognostický význam stanovení BNP u pacientů po infarktu myokardu byl prokázán později. Koncentrace BNP jsou po infarktu myokardu zvýšeny a jejich zvýšení je v korelaci s rozsahem infarktu a stupněm levokomorové dysfunkce. Na rozdíl od ANP má vzestup BNP u některých pacientů po infarktu myokardu dvoufázový průběh s prvním vrcholem za 16 hodin po začátku symptomů a s druhým vrcholem přibližně 5. den po infarktu. Dvoufázový průběh vzestupu koncentrací BNP byl patrný u pacientů s předním infarktem, u pacientů se srdečním selháním v akutní fázi infarktu, u pacientů s nižší ejekční frakcí a vyšší kumulativní hodnotou CKMB izoenzymu kreatinkinázy [25]. Stanovení koncentrací BNP přináší další prognostickou informaci u pacientů s akutním infarktem myokardu, protože na rozdíl od ANP jsou koncentrace BNP nezávislé na ejekční frakci levé komory [26,27].

Hlavní úlohou natriuretických peptidů je při akutní dysfunkci levé komory s předčasnou aktivací systému renin-angiotenzin-aldosteron udržení kompenzované dysfunkce a oddálení rozvoje manifestního srdečního selhání [1,2].

Koncentrace natriuretických peptidů ANP, N-ANP a BNP jsou zvýšeny u pacientů s chronickým srdečním selháním (CHSS) mimo akutní fázi infarktu myokardu i u pacientů se srdečním selháním na podkladě  neischemické srdeční dysfunkce [1,3].  Vzestup koncentrací cirkulujících natriuretických peptidů ANP a BNP je vždy v závislosti na pokročilosti chronického srdečního selhání (funkční klasifikace NYHA) a byl nalezen významný vztah mezi koncentrací cirkulujícího BNP a prognózou pacientů se srdečním selháním. Koncentrace BNP se ukázaly být významnějším prognostickým ukazatelem u pacientů se srdečním selháním než koncentrace ANP [28]. BNP je primárně syntetizován a uvolňován z levé komory. Experimentálně navozené akutní srdeční selhání mimo akutní infarkt myokardu vedlo k okamžitému uvolnění ANP, ale nikoliv BNP [29].  ANP se ukazuje být hormonem akutní odpovědi, kdežto BNP se uvolňuje až při déletrvajícím komorovém přetížení, kdy koncentrace BNP dokonce koncentrace ANP převyšují [30,31].

Léčebné použití natriuretických peptidů

Krátkodobé infuze farmakologických dávek ANP a BNP vedly u pacientů se srdečním selháním k příznivým hemodynamickým účinkům [30,32,33].  Došlo k poklesu tlaku v pravé síni, tlaku v zaklínění a k vzestupu srdečního výdeje. Došlo k poklesu koncentrací aldosteronu a plazmatické reninové aktivity i k vzestupu diurézy a natriurézy. Podobného účinku bylo dosaženo pomocí rekombinantně připraveného BNP – nesiritidu. Šestihodinová infuze nesiritidu vedla u pacientů s těžkým dekompenzovaným srdečním selháním ke zlepšení hemodynamických ukazatelů a k odstranění symptomů [34].

Poznatky o účinku natriuretických peptidů jsou výzvou k použití inhibitorů degradace natriuretických peptidů,  tzv.  inhibitorů neutrální endopeptidázy,  v prevenci progrese srdeční dysfunkce do stadia srdečního selhání a v terapii již rozvinutého srdečního selhání [35–38]. Dosud bylo připraveno několik inhibitorů neutrální endopeptidázy, které zvyšují plazmatické koncentrace natriuretických peptidů a vedou ke zvýšení natriurézy. Například použití inhibitoru neutrální endopeptidázy candoxatrilátu vedlo u pacientů s chronickým srdečním selháním k signifikantnímu vzestupu exkrece sodíku [39]. Protože inhibitory neutrální endopeptidázy snižují degradaci angiotenzinu II, jeví se perspektivní buď jejich kombinace s inhibitory angiotenzin konvertujícího enzymu (ACEI) nebo s antagonisty receptoru angiotenzinu II, anebo použití takzvaných  inhibitorů vazopeptidáz, které mají vlastnosti duálních inhibitorů jak neutrální endopeptidázy, tak angiotenzin konvertujícího enzymu. Zkušenosti jsou již s inhibitorem vazopeptidáz omapatrilátem, který měl některé výhody v terapii nemocných s chronickým srdečním selháním ve srovnání s inhibitorem ACE lisinoprilem [40]. Potvrzení nebo vyvrácení teorie o přednosti inhibitorů vazopeptidáz před inhibitory ACE v terapii chronického srdečního selhání by měla přinést probíhající studie OVERTURE, která srovnává účinek omapatrilátu a enalaprilu u více než 4 000 pacientů s chronickým srdečním selháním.

Závěr

Natriuretické peptidy tedy mají v organismu velký význam, který spočívá v regulaci elektrolytové a vodní homeostázy. Jejich fyziologický účinek je dán stimulací natriurézy, diurézy, inhibicí buněčného růstu a inhibicí vlivu aktivace systému renin-angiotenzin-aldosteron (RAAS) a sympatoadrenálního systému.  Zvýšení plazmatických koncentrací NP provází patologické stavy, které jsou s nadměrnou aktivací systému RAAS spojeny, například srdeční dysfunkci u nemocných po infarktu myokardu a chronické srdeční selhání. 

Klinické práce prokázaly, že stanovení koncentrací cirkulujících NP přináší u pacientů po infarktu myokardu a u nemocných s CHSS významnou prognostickou informaci. To se týká zejména stanovení koncentrací BNP [26,28]. Koncentrace BNP jsou významným prediktorem mortality nemocných nezávislým na ejekční frakci levé komory, jejíž hodnota byla dosud nejčastěji používaným ukazatelem rizika úmrtí pacientů po infarktu myokardu  a s CHSS. Současná technologie umožňuje stanovení koncentrací BNP přímo u lůžka lékařské pohotovosti nebo jednotky intenzivní péče. To má velký význam pro diagnózu srdeční dysfunkce a srdečního selhání v situacích, kdy není možné stanovit funkci levé komory například pomocí echokardiografie [41,42]. Koncentrace BNP mají vysokou negativní předpovědní hodnotu (98 %), nízké koncentrace BNP tedy prakticky vylučují přítomnost srdečního selhání.

Prognostický význam stanovení koncentrací BNP se také týká pacientů v pokročilých stadiích chronického srdečního selhání. Je známo, že  u pacientů přijatých pro dekompenzaci CHSS jsou změny koncentrací BNP během léčby a přetrvávající zvýšení koncentrací BNP tři měsíce po optimální terapii srdeční insuficience významným a nezávislým prediktorem mortality a opětovné hospitalizace pro srdeční selhání pacientů bez ohledu na zlepšení symptomatologie a ejekční frakce levé komory [43,44].

Poznatky o účincích NP jsou výzvou k terapeutickému použití jak vlastních peptidů, tak látek, které inhibují jejich degradaci. Perspektivní se jeví použití rekombinantně připraveného BNP nesiritidu  u pacientů s dekompenzovaným srdečním selháním [34] a dále použití inhibitorů vazopeptidáz, které zajišťují duální inhibici jak neutrální endopeptidázy, tak angiotenzin konvertujícího enzymu, a které mohou mít podle předběžných výsledků některé výhody v terapii chronického srdečního selhání ve srovnání s inhibitory ACE [40] (tab. 2).