Active Intestinal Calcium Absorption. Importance for Calcium and Bone Homeostasis

Abstract

Een normale serum calciumconcentratie is van cruciaal belang voor het co rrect functioneren van metabole processen en van het spier- en zenuwstel sel. Daarenboven is een constante toevoer van calcium naar het skelet ve reist voor het behoud van een normale botmassa en mineraalgehalte van de beenderen. De calciumconcentratie in serum wordt op peil gehouden door de wisselwerking tussen de intestinale calciumabsorptie, de renale calci umreabsorptie en de calciuminbouw in of vrijstelling uit bot. Deze proce ssen worden geregeld door het parathyroid hormoon (PTH) en de actieve vo rm van vitamine D [1,25(OH)2D3]. Intestinale calciumopname is cruciaal voor een normale calciumhomeostase , vermits het de belangrijkste bron van calcium is. Calcium wordt in de darm geabsorbeerd via twee verschillende mechanismen, waarbij de o nderlinge bijdrage afhangt van het calciumgehalte in de voeding: het pas sief, paracellulair mechanisme is vooral belangrijk bij een hoge calcium inname, terwijl het actief transport aan belang wint naarmate de calcium concentraties dalen. Dit actief transport wordt geregeld door 1,25(OH)2D 3 en omvat een transcellulair mechanisme waarbij calcium apicaal wordt opgeno men door calciumkanalen, waaronder TRPV6. De ernstige gevolgen die geass ocieerd zijn met een inactieve vitamine D-receptor (VDR), impliceren dat 1,25(OH)2D3 belangrijk is voor de calcium- en bothuishouding. Vdr-inact ivatie leidt immers tot een daling van de intestinale calciumabsorptie, welke g epaard gaat met ernstige hypocalcemie, hypophosphatemie, hyperparathyroï die, hypervitaminosis D en botafwijkingen zoals rachitis, groeistoorniss en en mineralisatiedefecten. Vermits 1,25(OH)2D3 een aanzienlijke rol speelt in de calciumhomeostase, wilden we in deze doctoraatsthesis een duidelijker beeld krijgen van de rol die 1,25(OH)2D3-signalisatie speelt in het calcium metabolisme in d e darm, nier en bot. Meer bepaald wilden we genetisch bevestigen dat act ief calciumtransport belangrijk is voor het behoud van een normale calcium- en bothuishouding, en wilden we het belang van intestinale 1,25(OH)2D3- en TRPV6-activiteit hierin nagaan. De serum- en botabnormaliteiten die gepaard gaan met afwezigheid van VDR -activiteit, kunnen volledig voorkomen worden door het passief, in plaat s van het actief, calcium transportmechanisme in de darm aan te spreken, via de toediening van een dieet rijk aan calcium en lactose. Dit sugger eert dat de stimulatie van het intestinaal calciumtransport de belangrij kste functie van 1,25(OH)2D3 is. Het eerste doel van deze thesis was dan ook deze hypothese genetisch te bevestigen. Hiervoor werden transgene m uizen gegenereerd, die de Vdr enkel in de darm tot expressie brengen. We konden inderdaad aantonen dat het fenotype dat normaal geassocieerd is met Vdr-inactivatie, bijna volledig voorkomen werd door het herstel van de VDR-activiteit in de darm van Vdr knock-out muizen. Deze bevinding be vestigt dat de serum- en botabnormaliteiten kenmerkend voor een gemis aa n VDR-activiteit, het gevolg zijn van verminderde 1,25(OH)2D3-signalisat ie in de darm, en dus dat stimulatie van de intestinale calciumabsorptie de meest belangrijke functie van 1,25(OH)2D3 is. Het blijft echter nog onduidelijk of de 1,25(OH)2D3-gemedieerde calciumo pname ook belangrijk is voor calcium- en bothuishouding, wanneer 1,25(OH)2D3-signalisatie functi oneel is in andere calciumregulerende organen, zoals nier en bot. Om dez e vraag te beantwoorden, werden transgene muizen gegenereerd, waarbij de Vdr specifiek in de darm uitgeschakeld werd. Zoals verwacht was de inte stinale calciumopname gedaald in deze muizen, maar serum calciumconcentr aties bleven behouden, waarschijnlijk door de activatie van compensatiem echanismen door verhoogde PTH en 1,25(OH)2D3 waarden. Meer specifiek zagen we een toename van de calciumreabsorptie i n de nier, en een afname van de totale hoeveelheid calcium in het bot do or stimulatie van de botombouw en inhibitie van de botmineralisatie. Dit resulteerde in een manifeste afname van de botkwaliteit en ging gepaard met een verhoogd risico op fracturen. Dus, de 1,25(OH)2D3-gemedieerde intestinal e calciumabsorptie is belangrijk voor het behoud van een normale calcium- en bothomeostase, ze lfs wanneer het calciumgehalte in de voeding relatief hoog is. Het calciumkanaal, TRPV6, wordt verondersteld deel uit te maken van het 1,25(OH)2D3-geregelde intestinaal calciumtransportmechanisme. Inactivatie van Trpv6 in muizen resulteert echter niet in hypocalcemie. Deze bevinding impliceert ofwel dat TRVP6 overbodig is voor het intestinaal calciumtransport, ofwel dat compensatiemechanismen in nier en/of bot, gestimuleerd door verhoogde PT H en 1,25(OH)2D3 concentraties, een mogelijk fenotype maskeren. Om hier meer duidelijkheid over te krijgen, werd het botfenotype van Trpv6 knock-out muizen bestudeerd. Hieruit blijkt dat TRPV6 nodig is om een normale botmineralisatie te gar anderen indien de calciuminname laag is, en dus dat TRPV6 betrokken is b ij intestinaal calciumtransport. De resultaten beschreven in deze doctoraatsthesis verduidelijken het bee ld omtrent de bijdrage van de verschillende calciumregulerende weefsels en 1,25(OH)2D3 tot de calciumh omeostase. We toonden aan dat de belangrijkste functie van 1,25(OH)2D3 d e stimulatie van intestinaal calciumtransport is, en dat dit proces nood zakelijk is voor het behoud van een normale calcium- en bothuishouding, zelfs gedurende een relatief hoge calciuminname. Het calciumkanaal, TRPV 6, draagt bij tot het actief calciumtransport gedurende calciumrestricti e, en is daarom belangrijk om een adequaat mineraalgehalte van het bot t e garanderen. Daarenboven toonden onze data aan dat 1,25(OH)2D3-gemediee rde stimulatie van de calciumreabsorptie in de nier en de reductie van h et calciumgehalte in het bot, waarschijnlijk ook bijdraagt tot het behou d van serum calcium waarden. De nadelige gevolgen op de botkwaliteit lei den echter tot een verhoogd risico op fracturen. We kunnen besluiten dat serum calciumconcentraties behouden blijven door een gebalanceerde wiss elwerking tussen intestinale calciumabsorptie, renale calciumreabsorptie en bot hermodelering/mineralisatie, en dat deze processen geregeld word en door 1,25(OH)2D3. Het op peil houden van de calciumconcentraties is h et allerbelangrijkst, en wordt bewerkstelligd zonder in acht name van de mogelijk negatieve gevolgen in andere calciumregulerende weefsels.status: publishe