Discussie

In de huidige studie toonden we aan dat MR en GR aanwezig zijn in de bijnierschors van de rat. Wij toonden aan dat verandering van MR activiteit de aldosteron produktie in het ZG reguleert op een wijze die past bij een negatief terugkoppelingsmechanisme. Dit effect is specifiek voor de MR, aangezien het moduleren van de activiteit van de GR in de ZG geen effect had op de aldosteron productie. Voor zover wij weten is dit de eerste keer dat MR expressie en de rol daarvan in het reguleren van aldosteron secretie binnen de bijnierschors zijn gerapporteerd. In de ZF/ZR zagen we een gelijkaardige terugkoppelingslus wanneer we de activiteit van de GR farmacologisch veranderden. Interessant is dat activering van de MR ook de corticosteron secretie in ZF/ZR cellen onderdrukte. Onze bevindingen zijn in overeenstemming met eerdere studies die aantonen dat de bijnierschors glucocorticoïd synthese kan worden gemoduleerd door steroïden gesynthetiseerd binnen de bijnierschors (Baird et al. 1983, Carsia & Malamed 1983, Darbeida & Durand 1987).

MR activering met FLUDRO oefende een negatief effect uit op de aldosteron produktie in ZG cellen van ratten die zowel op HS als LS diëten werden gehouden, terwijl canrenoic zuur, een MR antagonist, de steroidogenese positief reguleerde met een toename in aldosteron secretie in ZG cellen van LS gevoede ratten. We zagen een meer uitgesproken reactie in de LS groepen vergeleken met die in de HS groepen. Het gebrek aan effect van een GR agonist en antagonist op de basale en gestimuleerde aldosteron afgifte uit de ZG cellen is een sterke aanwijzing dat de regulerende terugkoppellus receptorspecifiek is.

Wat zou de fysiologische en klinische relevantie kunnen zijn van een aldosteron ultrakorte terugkoppellus? Er bestaat een nauw verband tussen aldosteronproductie en omgevingsfactoren, b.v. natrium- en kaliuminname, lichaamshouding, tijdstip van de dag en volumeverlies. Het staat al lang vast dat een onaangepast aldosteronniveau, voor het niveau van deze omgevingsfactoren, leidt tot een verscheidenheid van cardiovasculaire en metabole ziekten bij mensen en andere dieren. Daarom zijn kritisch gevoelige negatieve terugkoppelingslussen belangrijk voor het behoud van de normale homeostase. Dit is met name relevant voor de volume/natriumhomeostase, aangezien zelfs een geringe afwijking van de reacties op veranderingen in de natriuminname in de omgeving in de loop van de tijd tot aanzienlijke nadelige cardiovasculaire effecten kan leiden. Deze potentiële gevolgen zijn waarschijnlijk de reden waarom er verschillende controlemechanismen zijn in de systemen die de volume/natriumhomeostase reguleren, zoals het renine-angiotensinesysteem, aldosteron, natriuretische peptiden, endotheline, vasopressine en de nier (renale doorbloeding, proximale tubulus, lus van Henle en distale tubulus/verzamelkanaal). Deze regulerende factoren worden gedeeltelijk gecontroleerd door: (1) “lange” negatieve terugkoppelingslussen, b.v. volume-renine-angiotensine-aldosteron negatieve terugkoppelingslus; (2) werkingsrichting van tegengesteld werkende factoren, b.v. natriuretische peptiden die aldosteron secretie onderdrukken en (3) ultrakorte terugkoppelingslussen, b.v. directe onderdrukking van renine afgifte uit het juxtaglomerulaire apparaat door de interactie van angiotensine II met de angiotensine receptor type 1. In sommige opzichten zijn de functies van ultrakorte terugkoppellussen analoog aan het bijna universele concept van productremming van de enzymfunctie. Parallel aan het effect van angiotensine II ondersteunt de huidige studie de hypothese dat er ook een ultrakorte terugkoppellus bestaat die de aldosteronproduktie wijzigt op het punt van de uiteindelijke synthese met behulp van het niveau van aldosteron en de MR. Deze stap verfijnt de productie van aldosteron verder, zodat deze geschikt is voor de omgeving waarin het organisme zich op dat moment bevindt. Natuurlijk biedt het ook een ander punt in deze volume homeostatische mechanismen waar disfunctie kan leiden tot cardiovasculaire disfunctie en ziekte. Twee rapporten zijn mogelijk relevant voor deze mogelijkheden. In tegenstelling tot de huidige studie in normale ZG cellen waar RU 486 geen effect had op aldosteron secretie, in twee veranderde omstandigheden, primaire aldosteron tumorcellen (Burton et al. 2011) en Zucker obese hypertensieve ratten (Clapham & Turner 1997), onderdrukte RU 486 het plasma aldosteron maar niet het plasma corticosteron niveau. Vergelijkbaar met de huidige studie, veranderde RU 486 de aldosteronspiegel niet bij de controleratten (Clapham & Turner 1997). Van belang is dat in de tumorcellen, MR antagonisten geen effect hadden op aldosteron productie. Activering van de MR vond niet plaats. Omdat vergelijkbare niveaus van aldosteron en cortisol werden gevonden in de celpreparaten, was er sprake van cellulaire vermenging of een veranderd celtype (Burton et al. 2011). Tenslotte kunnen de resultaten van de huidige studie van toepassing zijn op de regulatie van steroïden buiten de bijnier met hun waarschijnlijke fysiologische en klinische relevantie.

Hoe veranderen veranderingen in MR activiteit de aldosteron secretie? De toename van de corticosteron secretie met een gelijktijdige onderdrukking van de aldosteron produktie suggereert dat de late weg van de aldosteron biosynthese de plaats van regulatie is. De laatste stap in de synthese van aldosteron berust op de activiteit van CYP11B2 (aldosteronsynthase) (Mornet et al. 1989). De afname in de omzetting van corticosteron in aldosteron is hoogstwaarschijnlijk te wijten aan een verminderde activiteit van CYP11B2 en niet aan een verandering in de expressie van CYP11B2, gezien de korte duur (1 uur) van onze experimenten. Onze bevinding van verminderde CYP11B2 eiwitniveaus onder HS condities en het voorgestelde mechanisme van wijziging van CYP11B2 activiteit door MR verklaart waarschijnlijk de verzwakking van de regulerende terugkoppelingslus op een zoutrijk dieet.

Een lage natriuminname is een bekende stimulator van aldosteron secretie (Marusic & Mulrow 1967, Aguilera & Catt 1979), en onze resultaten zijn in lijn met deze rapporten. We zagen een verhoging van serum corticosteron bij een zoutrijk dieet. In overeenstemming met een verhoging van serumcorticosteron, vertoonden geïsoleerde ZF/ZR cellen van ratten op een zoutrijk dieet een hogere basale corticosteron secretie. De mechanismen waardoor natrium via de voeding de corticosteron secretie beïnvloedt zijn niet onderzocht, hoewel eerdere studies hebben aangetoond dat de bijnieren van natrium-deficiënte ratten een verminderde corticosteron secretie hebben (Eisenstein & Strack 1961). Corticosteron kan zowel door de ZF/ZR als door de ZG worden geproduceerd, hoewel het grootste deel van het circulerende corticosteron afkomstig is van de ZF/ZR vanwege hun aanzienlijk grotere massa. Aangezien echter de basale corticosteronafgifte door ZG-cellen niet werd beïnvloed door veranderingen in de natriuminname via de voeding, leidden we daaruit af dat de ZF/ZR-cellen bijdroegen aan de stijging van serumcorticosteron bij hoge natriuminname.

Het bestaan van een intra-adrenale feedback loop, uitgeoefend door glucocorticoïden en GR om de glucocorticoïd productie te reguleren, is lang gesuggereerd door verscheidene in vivo (Peron et al. 1960, Hill & Singer 1968) en in vitro studies (Morrow et al. 1967, Carsia & Malamed 1983). Deze studies melden tegenstrijdige resultaten wat betreft de vraag of glucocorticoïden de glucocorticoïdproduktie remmen of stimuleren. De richting van de regulatie schijnt af te hangen van het gebruikte experimentele model en de duur van de behandeling. In deze studie leveren we bewijs van een negatieve regulatieve feedback op corticosteron secretie consistent met de bevindingen van Carsia & Malamed (1983), hoewel andere onderzoekers tegengestelde bevindingen hebben gerapporteerd (Darbeida & Durand 1987, Li et al. 2011, Asser et al. 2014). Ondanks de grote hoeveelheid werk, zijn de mechanismen waarmee glucocorticoïden steroïdogenese reguleren niet goed begrepen. Onze resultaten, die alleen in ACTH-gestimuleerde ZF/ZR-cellen een duidelijke daling van de corticosteroïdsecretie laten zien bij behandeling met DEX, zijn in overeenstemming met de bevindingen van Latner en collega’s (Latner et al. 1977), die suggereren dat glucocorticoïden de binding van ACTH aan zijn receptor verminderen. Bovendien had de glucocorticoïd-antagonist RU 486 geen invloed op de basale corticosteron-secretie, maar stimuleerde de corticosteron-productie door ACTH. Deze gegevens wijzen op de mogelijkheid dat GR-activiteit de gevoeligheid van ZF/ZR-cellen voor ACTH wijzigt. Ander werk met langere incubatietijden suggereert dat glucocorticoïden de eiwitsynthese remmen en de transcriptie op verschillende doelgenen in de bijnierschors reguleren (Morrow et al. 1967, Asser et al. 2014). Hoewel deze verklaring in onze studie onwaarschijnlijk lijkt vanwege de duur van onze experimenten, kunnen we de mogelijkheid niet uitsluiten dat genomische effecten hebben bijgedragen aan onze waarnemingen.

Een verrassende bevinding in onze studie was dat de ZF/ZR in tegenstelling tot de ZG geen receptorspecificiteit vertoont. Activering van de GR of de MR kan de corticosteronproductie in de ZF/ZR onderdrukken. Er is gerapporteerd dat activering van de MR de glucocorticoïdproductie moduleert, maar dit effect is alleen in de hersenen aangetoond. Toediening van fludrocortison bij mensen bleek de cortisolconcentratie te remmen door downregulatie van de hypothalamus-hypofyse-as (HPA) (Otte et al. 2003, Buckley et al. 2007, Lembke et al. 2013). De duidelijke invloed van MR op de glucocorticoïde HPA-feedbackcontrole werd verder aangetoond toen bleek dat canrenoïnezuur een tegengesteld effect had op de cortisol- en ACTH-secretie (Arvat et al. 2001, Wellhoener et al. 2004). Onze bevindingen suggereren dat de activiteit van de MR niet alleen de glucocorticoïdproductie centraal regelt, maar ook lokaal in de bijnier, hoewel de regulatie blijkbaar afhangt van de mate van zoutinname. Bij beide diëten remt activering van de MR als reactie op ACTH de corticosteronproductie, maar om onduidelijke redenen lijkt het bij het zoutarme dieet de corticosteronspiegel te verhogen. Aangezien in vivo de bijnierdoorbloeding van ZG naar ZF/ZR gaat, zou aldosteron een paracrien effect kunnen hebben op de glucocorticoid productie met interessante fysiologische en pathofysiologische implicaties.

Een beperking van de studie was dat contaminatie tussen de glomerulosa en fasciculata zones mogelijk veranderingen in respons op verschillende stimuli zou kunnen vertroebelen. Wij achten dit onwaarschijnlijk gezien de afwezigheid van CYP11B2 in de ZF/ZR en microscopische gegevens, waar de ZF/ZR en ZG cellen duidelijk verschillende kenmerken hebben, toonden weinig of geen contaminatie in de twee celpreps. Een tweede beperking is dat de huidige studie het relatieve belang van deze paracriene versus de klassieke endocriene effecten die de bijniersteroïdogenese controleren, niet kan beoordelen. Een derde beperking is dat we niet weten of cortisol of corticosteron door interactie met de MR hetzelfde effect kan hebben als aldosteron. Maar, zoals eerder vermeld, gezien de richting van de bloedstroom van glomerulosa naar fasciculata zones, zou het, als het optrad, geen lokaal, paracrien effect zijn. Ten vierde kunnen we de mogelijkheid van kruisreactiviteit tussen de MR agonist en antagonist met GR niet uitsluiten. Hoewel bekend is dat fludrocortison enige glucocorticoïde activiteit uitoefent, is zijn affiniteit voor MR 15 maal hoger dan die voor GR (Agarwal et al. 1977). Voor zover ons bekend is, zijn er geen rapporten over de interactie van canrenoïnezuur met GR in welke dosis dan ook. Ten vijfde, als we geen effect van een manipulatie op de steroïdenproductie zien, kunnen we niet met zekerheid concluderen dat er geen effect is, omdat een even plausibele interpretatie zou zijn dat onze testsystemen niet gevoelig genoeg zijn om kleine effecten op te pikken. Tenslotte is extrapolatie van deze rattenstudies naar de mens onzeker.

In aanvulling op de klassieke, lange terugkoppellussen die de bijniersteroïdenproductie reguleren, ondersteunt de huidige studie de hypothese dat er negatieve ultrakorte regulatielussen zijn die specifiek worden gemedieerd door MR op de aldosteron secretie en GR op de corticosteron productie in geïsoleerde ZG en ZF/ZR cellen, respectievelijk. Wij melden hier de onverwachte bevinding dat activering van MR ook de glucocorticoïde secretie in ZF/ZR cellen negatief reguleert. Hoe deze korte feedback lussen interageren met hun lange feedback lussen is onzeker. Deze bevindingen roepen echter intrigerende vragen op over de fysiologische regulatie en mogelijke pathofysiologische ontregeling van de productie van deze steroïden.