Il calcium-sensing receptor (CaSR) è una proteina di membrana che appartiene alla famiglia dei recettore accoppiati alle G protein. E’ un dimero composto dai prodotti monomerici del gene CaSR legati in diversi punti cardine. Si possono distinguere  tre domini molecolari. Quello extracellulare cambia conformazione, chiudendosi su se stesso, quando cationi agonisti si legano alle sue cariche negative. Il catione che prevalentemente si lega a questo dominio è il calcio. Il dominio transmebrana è composto da sette diversi segmenti che attraversano la membrana. Attraverso questo dominio e il dominio intracellulare il CaSR attiva le G protein attraverso le quali il CaSR produce i suoi effetti cellulari. Una seconda interazione si verifica con la filamina A.  

Il CaSR è considerato una proteina ubiquitaria, numerosi effetti cellulari e tissutali sono da esso modulati, ma soprattutto nel rene e nella paratiroide produce effetti che consentono di regolare la concentrazione del calcio nel sangue. Il CaSR modula l’attività cellulare influenzando i pathways intracellulari attraverso i quali le cellule attivano le proprie funzioni. Nella paratiroide inibisce la secrezione di PTH. Nel tratto ascendente spesso dell’ansa inibisce il riassorbimento di calcio. Nel convoluto distale corticale il CaSR inibisce il riassorbimento attivo di calcio. Attraverso questi effetti il CaSR consente al rene di partecipare al controllo della calcemia. Atri effetti sono la stimolazione della secrezione di calcitonina da parte delle dalle cellule parafollicolari tiroidee, l’inibizione del riassorbimento di sodio nel tratto ascendente spesso e di acqua nel collettore e la stimolazione del riassorbimento di fosfato nel prossimale. 

L’articolo menzionato ha scoperto una importante particolarità che caratterizza il CaSR.

Questa figura riassume lo schema degli effetti funzionali generati dalla interazione di un generico agonista (tipicamente un ormone) con il generico recettore posto sulla membrana delle cellule target. Come si può vedere, il recettore è prevalentemente presente sulla membrana cellulare ed è disponibile a legare con elevata affinità l’agonista che viveversa è poco presente nel circolo e nel fluido extracellulare. Quando compare l’agonista vengono attivati i pathway funzionali cellulari, ma viene attivato anche il catabolismo (internalizzazione e lisi) del complesso recettore-agonista sulla mambrana plasmatica. In questo modo viene limitato il prolungamento degli effetti funzionali prodotti dall’agonista.

La sequenza di eventi mostrata nella precedente diapositiva non avviene per il CaSR. Il CaSR ha la peculiare caratteristica di legare a bassa affinità il calcio, che è il suo principale agonista, presente ad elevate concentrazioni nel sangue. Il calcio è perciò stabilmente disponibile al legame con il CaSR.  Per evitare l’inattivazione del CaSR accade che l’aumento della concentrazione plasmatica di calcio causa l’inserzione del CaSR sulla membrana plasmatica attraverso un blocco della sua glicosilazione. Questo meccanismo consente alla cellula di mantenere la sua risposta alle variazioni della concentrazione di calcio. 

La attività del CaSR sulla trascrizione genica è stata posta in dubbio per lungo tempo. Lo studio menzionato nella diapositiva ha dimostrato che esso anche attraverso un effetto trascrizionale di derepressione genica.

Lo studio che viene illustrato nella diapositiva ha dimostrato come la presenza del CaSR sui tubulociti consente al rene di partecipare alla regolazione della concentrazione di calcio plasmatica attraverso la modulazione del riassorbimento nel tubulo renale distale (ascendente spesso e convoluto corticale) in modo indipendente dal PTH. Nello studio sono stati utilizzati ratti paratiroidectomizzati supplementati con PTH e trattati con un bisfosfonato per bloccare il riassorbimento osseo. I ratti erano quindi trattati con un farmaco inibitore del CaSR (calciolotico). Il calciolitico causava incremento della calcemia pur in presenza di blocco funzionale osseo e paratiroideo. Questo dimostrava la capacità del CaSR di regolare la calcemia attraverso il riassorbimento tubulare di calcio.

Il CaSR interagisce con le claudine per regolare il riassorbimento di calcio nel tubulo renale.

Gli autori (Toka et al 2012) hanno generato topi con bassa espressione di CaSR nel tubulo renale. Questi topi erano ipocalciurici. Alla modificazione dell’espressione del CaSR corrispondeva una ridotta espressione di claudina 14 (CLDN14) ed una elevata espressione di claudina 16 (CLDN16). La CLDN16 compone con la CLDN19 un canale paracellulare per i riassorbimeno di calcio attraverso le tight junction del tratto ascendente spesso dell’ansa di Henle. Questo canale viene chiuso dalla CLDN14, che è una proteina tipica del tratto ascendente spesso dell’ansa. La modificazione della espressione delle CLDN14 e 16 associata alla modificazione della bassa espressione del CaSR spiega la ipocalciuria di questi topi. 

La relazione tra CaSR e calcolosi renale è oggetto di studio da alcuni anni, in particolare questa malattia è stata associata con alcune varianti polimorfiche del gene CaSR.

La figura nel grafico mostra la significatività della associazione tra i polimorfismi studiati nella regione regolatrice del gene CaSR e la calcolosi renale di calcio (nei pazienti normocitraturici). Un polimorfismo del promotore 1 del gene CaSR è stato trovato associato alla calcolosi. Il gene CaSR ha due promotori, dei quali non è nota la differenza funzionale. Il polimorfismo testato nel promotore 2 non risulta associato alla calcolosi renale.

La capacità trascrizionale del promotore 1 del gene CaSR è stata studiata in cellule renali (HEK293 e HKC-8) trasfettate con un plasmide che consentiva la sua valutazione mediante saggio funzinale del gene luciferasi. Il polimorfismo rs6776158 che risultava associato alla calcolosi renale diminuisce la capacità trascrizionale del promotore del gene e quindi l’espressione del CaSR nelle cellule.

Quelle che vediamo nella fugura sono le attività prodotte dal CaSR e mediate dal calcio serico. Come si può osservare ad un aumento della escrezione di calcio corrispone una diminuzione della acidificazione e diluizione del fluido tubulare del collettore che possono proteggere dalla precipitazione intratubulare di calcio-fosfato. I polimorfismi del gene CaSR, specificatamente quelli del promotore 1, possono alterare l’equilibrio tra le attività che inibiscono la precipitazione salina (acidificazione e diluizione del fluido tubulare) e quelle che la promuovono (carico distale di calcio). Potrebbero così predisporre alla calcolosi renale.

Da più parti è stato ipotizzato che l’inibizione del CaSR con calciolitici possa indurre un picco ematico di PTH che potrebbe garantire un effetto anabolico sul tessuto osseo e che potrebbe essere sfruttato per la cura dell’osteoporosi.

In realtà i trial clinici non hanno dimostrato un guadagno di massa ossea lombare o femorale con il calciolitico Ronacaleret.

Il motivo dell’insuccesso di questi trial potrebbe risiedere nell’assenza di picco di PTH dopo somministrazione del Ronacaleret. Quello che si produceva era viceversa una condizione di iperparatiroidismo mite.

L’importanza dl CaSR per il tessuto osseo è stato valutato paragonando l’effetto della somministrazione di PTH a topi knockout per il PTH oppure per PTH e CaSR. L’effetto positivo del PTH su turnover osseo, volume trabecolare osseo e numero delle trabecole era minore in assenza di CaSR, cioè nei topi knockout per PTH e CaSR. La figura mostra l’effetto della infusione di PTH sulla espressione di Fosfatasi alcalina (ALP) e fosfatasi acida tartrato resistente (TRACP) che rispettivamente dipendono dalla attività osteoblastica e osteoclastica. ALP e TRACP aumentano più marcatamente nei topi privi del solo PTH rispetto a quelli senza PTH e CaSR.

Come il titolo descrive, lo studio dimostra come il CaSR viene espresso negli osteoblasti e ne determina l’effetto osteotrofico. Vengono testati topi nei quali gli osteoblasti non possiedono CaSR: in questi topi vengono compromessi il numero degli osteoblasti nelle trabecole, il fronte di mineralizzazione ossea, la disposizione delle lamelle ossee.

Diversi esperimenti nell’animale con deficit funzionale renale hanno dimostrato come i calciomimetici riescono ad inibire l formazione delle calcificazioni arteriose causate dal carico dietetico di fosfati o di vitamina D. Quello che si osserva nella figura è uno di questi esperimenti.

Non è però stato dimostrato l’effetto anticalcificazione dei calciomimetici nell’uomo. Due studi hanno cercato di ripsondere a questo quesito. Lo studio EVOLVE è un trial clinico randomizzato controllato che somministrava cinacalcet o placebo a 3883 pazienti emodializzati per studirne gli eventi cardiovascolari in un followup di 64 mesi. Lo studio ADVANCE è a sua volta un trial clinico randomizzato controllato in 360 emodializzati trattati con vitamina D oppure con vitamina D e cinacalcet. Esso valutatava l’evoluzione delle calcificazioni aortiche e coronariche nel corso di un followup di 52 settimane.

I risultati dello studio EVOLVE sono stati negativi. Essi comprendendo come end-point l’infarto miocardico, lo scompenso cardiaco, la morte cardiovascolare, l’angina, gli eventi vascolari periferici oppure tutti questi end-point insieme. Lo studio non trovava perciò differenza nella frequenza degli eventi cardiovascolari tra pazienti che assumevano placebo o cinacalcet.

Quando però lo studio EVOLVE valutava gli eventi allungando di 6 mesi il followup, compariva una differenza statisticamente significativa tra cinacalcet e placebo, perché la mortalità e gli eventi nel loro insieme erano meno frequenti nei pazienti emodializzati che assumevano il cinacalcet.

Lo studio ADVANCE dimostra invece che i pazienti nei quali si riscontrava una progressione delle calcificazioni coronariche (>15%), misurate con metodo tomografico, erano in numero minore nei pazienti in terapia con cinacalcet vitamina D rispetto a quelli in terapia con la sola vitamina D.

Lo studio ADVANCE dimostra che le calcificazioni aortiche o coronariche dei pazienti, misurate con metodo tomografico, andavano incontro ad una minore progressione quando il cinacalcet era associato alla vitamina D nella terapia dei pazienti.

Un terzo studio retrospettivo raccoglieva quattro precedenti studi randomizzati che testavano un totale di 1184 pazienti emodializzati. Questo studio  conferma l’effetto positivo del cinacalcet sugli eventi cardiovascolari in un followup di un anno.

Lo studio EVOLVE si presentava con una struttura complessa che poteva valutare anche l’effetto sull’osso del cinacalcet nei pazienti emodializzati.

L’uso del cinacalcet riduceva il numero delle paratiroidectomie.

Lo stasso studio di Cunningham et al confermava la riduzione delle paratiroidectomie osservata dallo studio EVOLVE.

L’uso del cinacalcet non aveva effetto sul numero delle fratture, sia lombari che non-vertebrali, che comparivano nei pazienti emodializzati.

Il numero delle fratture era viceversa ridotto nei pazienti in terapia con cinacalcet dello studio di Cunningham et al precedentemente citato.