Факторы тубулоинтерстициального поражения почек при сахарном диабете

Увеличение распространенности сахарного диабета (СД), особенно 2 типа (СД2), и артериальной гипертонии (АГ), приводящих к необратимой патологии почек, привело к стремительному росту численности больных, нуждающихся в проведении заместительной почечной терапии (ЗПТ). Во многих развитых странах диабетическая нефропатия (ДН) занимает лидирующие позиции в структуре диализной службы. В настоящее время актуальным вопросом сдерживания эпидемии «диабетической» почечной недостаточности стало определение механизмов утраты функционирующей почечной ткани и замещения ее соединительной тканью. Вместе с ростом числа больных с классическими проявлениями ДН (узелковый или диффузный гломерулосклероз) у больных СД, в основном СД2, все чаще выявляется почечная патология с преимущественным поражением интерстиция и канальцев почек: ишемическая нефропатия, инфекция мочевых путей, интерстициальный нефрит и другие. Но и при гломерулярных заболеваниях почек (ДН, гломерулонефрит) скорость снижения почечной фильтрации связана с выраженностью тубулоинтерстициального фиброза (ТИФ). В развитии тубулоинтерстициального повреждения определена роль сложных процессов межклеточных взаимодействий, которые активизируются под влиянием иммунных и неиммунных факторов. Кроме того, в последние время все большее внимание уделяется роли эндотелиальной дисфункции в развитии органной патологии, приводящей к гемодинамическим нарушениям в почке и, как следствие, к нарушению в структуре интерстиция [1].

Спектр возможных факторов тубулоинтерстициального повреждения довольно широк: протеинурия, трансформирующий фактор рост-β (TGF-β), ангиотензин II (АТ II), моноцитарный хемоаттрактантный протеин (МСР-1), регулятор активности нормальной экспрессии и секреции Т-клеток (RANTES), факторы адгезии (внутриклеточная молекула адгезии (ICAM-1), молекула адгезии сосудистых клеток (VCAM-1)), эндотелиальный сосудистый фактор роста (VEGF), белки острой фазы (С-реактивный белок (СРБ), фибриноген), интерлейкин-6 (ИЛ-6), асимметричный диметиларгинин (АDМА), металлопротеиназы (ММР), ингибитор активатора плазминогена (ИАП-I) и др.

ТИФ характеризуется прогрессирующим накоплением белков экстрацеллюлярного матрикса (ЭЦМ), таких как коллагены 1 и 4 типа, фибронектин, ламинины в тубулоинтерстициальном пространстве. Его развитие – результат активации мощных цитокиновых провоспалительных каскадов, инициируемых многочисленными повреждающими факторами (иммунными, ишемическими, токсическими, метаболическими, нарушением почечной гемодинамики, артериальной гипертонией и т.д.), а также функциональной перегрузкой почек. Опережающее развитие ТИФ при относительно сохранном клубочковом аппарате показательно проявляется при ишемической нефропатии, развивающейся вследствие стеноза почечных артерий (рис. 1) [2]. Снижение почечного кровотока при данной патологии ведет к активации локальной ренин-ангиотензин-альдостероновой системы (РААС) и эндотелина-1, которая носит адаптивный характер для поддержания стабильной клубочковой фильтрации. Но при этом гемодинамические и негемодинамические свойства основного эффекторного гормона системы – АТ II – способствуют развитию и прогрессированию хронической почечной недостаточности (ХПН) за счет нарастания ТИФ. Интермиттирующая гипоперфузия ведет к развитию так называемого «интерстициального» воспаления вследствие изменения полярности и структуры тубулярных клеток и, возможно, к индуцированию апоптоза эпителиальных клеток с триггерной ролью цитокинов, а также аккумуляции ЭЦМ.

При СД гипергликемия, являясь пусковым фактором в развитии микрососудистых осложнений, индуцирует неферментное гликирование белков, окислительный стресс, активирует протеинкиназу С, митоген-активирующую протеинкиназу, действие факторов роста, вазоактивных факторов, цитокинов, вызывающих повреждение почек на уровне клетки. Это ведет к развитию почечной гипертрофии и аккумуляции ЭЦМ, предшествующих таким необратимым изменениям, как гломерулосклероз и тубулоинтерстициальный фиброз.

При ДН уже на ранних стадиях отмечается увеличение объема интерстиция, его мононуклеарная инфильтрация, депозиция ЭЦМ в повреждающих масштабах [3]. Провоспалительные клетки играют активную роль в тубулоинтерстициальном фиброгенезе, прежде всего в силу их способности синтезировать профиброгенные цитокины и факторы роста, такие как TGF-β. Они могут эксклюзивно распознаваться при тубулоинтерстициальном, но не гломерулярном повреждении. Кроме того, миофибробласты – важнейшие фигуранты деструкции почечной паренхимы – определяются также при начальном развитии ДН в увеличивающемся объеме интерстиция [3]. Имеются сообщения о тубулоинтерстициальных повреждениях при ДН, предшествующих гломерулярным [4], и их большей чувствительности к терапии ингибиторами ангиотензинпревращающего фермента (ИАПФ) или блокаторами рецепторов ангиотензина II (БРА) [5]. У мышей линии CD 1 – модели ДН с развитием в течение трех месяцев терминальной ХПН, ассоциированной с выраженным ТИФ – продемонстрирована эффективность костного морфогенетического протеина-7 (BMP-7), ингибирующего процессы тубулоинтерстициального воспаления и фиброза [6]. Тубулярная атрофия, интерстициальный фиброз и воспаление, наряду с гломерулосклерозом, были показаны у мышей линии db/db (модель СД2), подвергшихся односторонней нефрэктомии [7].

Потенциальные механизмы тубулоинтерстициальных повреждений при первичной гломерулярной патологии включают токсический эффект фильтрующихся белков плазмы, активацию эпителиальных клеток канальцев цитокинами, секретируемых в клубочках, снижение перитубулярного кровотока, приводящее к нарастающей ишемии тубулоинтерстиция, перегрузку функционирующих канальцев. В свою очередь прогрессирующий интерстициальный фиброз может повышать резистентность пре- и постгломерулярных артериол, что усугубляет внутриклубочковую гиперфильтрацию. Прогрессирующий канальцевый стеноз в рамках ТИФ определяет повышение внутриканальцевого давления, что в конечном итоге приводит к снижению скорости клубочковой фильтрации (СКФ), а их обструкция – к снижению числа функционирующих нефронов. Немаловажно, что облитерация микрососудов может индуцировать ишемическую нефропатию [8].

TGF-β 1 – ключевой профибротический цитокин. Он синтезируется в виде латентного комплекса с белковой молекулой (LTBP-1). Активация TGF- β 1 происходит после отщепления от комплекса белковой молекулы при повреждении ткани под воздействием матричных белков, таких как ММР-2, ММР-9, тромбоспадин-1 (TSP-1) [9]. Последний, кроме того, увеличивает клеточную адгезию и ангиогенез, изменяя тем самым структуру внеклеточного матрикса [10, 11, 12]. Еще одним промотором TGF-β 1 является интегрин ανβ6, который в норме синтезируется только эпителиальными клетками в небольших количествах, однако при воспалении или повреждении ткани он начинает синтезироваться в месте повреждения [13]. TGF-β 1 ведет к увеличению накопления матрикса путем усиления экспрессии генов компонентов ЭЦМ: фибронектина, коллагенов I, II, III и IV типов, тромбосподина, остеопонтина, тенацина, эластина, гиалуроновой кислоты и протеогликанов [14, 15]. Он активно влияет на почечную гемодинамику. Так, систематическое введение рекомбинантного человеческого TGF-β 1 животным способствовало росту активности АТ II, эндотелина 1, тромбоксана 2 и развитию интерстициального фиброза без изменений в гломерулярном аппарате [16, 17]. Поданным Mozes M.M., при экспериментах на мышах с трансгенной экспрессией TGF-β 1 у последних наблюдалось развитие гломерулосклероза и накопление коллагена I и III типов в интерстиции почки [18]. Обнаружена способность TGF-β 1 вызывать гипертрофию и фиброцеллюлярную гиперплазию гладкой мускулатуры сосудов почек с развитием концентрического альвеолита, что усугубляет нарушения внутриорганной почечной гемодинамики [19, 20]. Подтверждением провоспалительных эффектов TGF-β 1 у больных СД является его способность активировать пролиферацию Т- и В-лимфоцитов и экспрессию адгезивных молекул [21, 22], стимулировать хемоаттракцию макрофагов и трансформацию интерстициальных фибробластов в миофибробласты, которые рассматриваются как первичные матрикспроизводящие клетки в почечном интерстиции [3]. В норме у здоровых лиц миофибробласты присутствуют только в интестинальных ворсинках и в легочном интерстиции. Под воздействием повреждающих факторов они появляются в почечном интерстиции, играя ключевую роль в его деструкции, экспрессируя большое количество сократительного белка α-актина гладких мышц (α-SMA) и увеличивая выработку ЭЦМ [23]. Процессы трансформации не только активированных интерстициальных фибробластов, но и циркулирующих мезенхимальных клеток и трансдифференцированных канальцевых эпителиоцитов в миофибробласты при СД, способствующие развитию интерстициального фиброза и приводящие к прогрессивному снижению почечной функции, активно контролируются TGF-β 1. В экспериментальном исследовании на трансгенных мышах линии OVE 26 – модель СД 1 типа (СД1) – маркеры ТИФ (аккумуляция миофибробластов, избыточная депозиция ЭЦМ в тубулоинтерстиции) были ассоциированы именно с высокой активностью TGF-β 1 канальцев [24]. В проспективном исследовании, длившемся 12 лет, в котором приняли участие 386 пациентов с СД1 с микроальбуминурией (МАУ), протеинурией и нормоальбуминурией, часть из которых в течение исследования достигла стадии ХПН, было показано достоверное увеличение TGF-β 1 у пациентов с ХПН, коррелирующее со снижением уровня СКФ. Кроме того, уровень TGF-β 1 явился независимым предиктором смертности в группе пациентов с ХПН [25]. В исследовании с участием пациентов с СД2 и ДН, TGF-β 1 был найден не только в гломерулярных клетках, эндотелиальных клетках и клетках интерстиция, но также в различных сегментах тубулярного аппарата почки [26]. Значимая роль TGF-β и других факторов роста в механизмах ТИФ, несомненно, должна учитываться при выработке современных стратегий нефропротекции как мишень активного воздействия.

Важную роль в воспалительных реакциях в процессе развития ТИФ при СД отводят увеличению синтеза молекул адгезии и хемокинов. К последним относятся MCP–1 и RANTES. МСР-1, синтез которого контролируется интерлейкином-1 и фактором некроза опухоли, обладает селективной хемотаксической активностью по отношению к моноцитам. Он активирует ядерный фактор кВ (NF-кВ), который в свою очередь стимулирует экспрессию и секрецию ИЛ-6 матричного РНК (mRNA) и ICAM-1 mRNA клетками канальцев. NF-кВ повышает выработку ангиотензиногена и оказывает прямое регулирующее действие на продукцию АТ II, активирует ангиотензин-1 (AT-1) и ангиотензин-2 (AT-2) рецепторы, стимулирует синтез оксида азота (NO) и циклоксигеназы-2 и участвует таким образом в региональной перестройке гемодинамики почки [27, 28]. МСР-1 принимает активное участие в механизмах развития инсулинорезистентности, ожирения, метаболического синдрома, атеросклероза, СД2, сердечно-сосудистой недостаточности и, что очень важно, его повышение предшествует их возникновению [29, 30, 31, 32, 33, 34, 35]. Участие обсуждаемых хемокинов, в частности RANTES, коррелировавшее с уровнем гликированного гемоглобина, в повреждающих процессах не только в почечном интерстиции, но и в деструкции β-клеток было определено при впервые выявленном СД1 [36]. Tesch G.H. и соавт. показали доминантную экспрессию МСР-1 тубулярными, но не гломерулярными клетками, соответственно, способствуя тубулярным повреждениям, а также его влияние на рост числа активированных макрофагов вблизи канальцевых эпителиальных клеток с их последующей деструкцией при нефритах [37]. Экскреция с мочой МСР-1 и RANTES тесно связана с выраженностью воспалительной клеточной инфильтрации интерстиция у больных с высокоактивными протеинурическими формами хронического гломерулонефрита [38]. У больных с ДН также имеется достаточно сильная корреляция между повышением уровня МСР-1 и RANTES в периферической крови и моче и выраженностью альбуминурии, инфильтрацией интерстиция, степенью поражения почек и длительностью заболевания [39, 40, 41, 42]. Можно говорить о ранней вовлеченности МСР-1 в патогенез тубулоинтерстициального повреждения в связи с увеличением моноцитов / макрофагов (основного компонента инфильтратов почечного интерстиция) у больных СД1 уже на допротеинурической стадии нефропатии [43]. У этих же пациентов была выявлена гиперэкспрессия ICAM-1 в канальцах чаще, чем в клубочках почек, вероятной причиной которой, наряду с оксидативным стрессом и внутриклубочковой гипертензией, является гипергликемия. Значение ICAM-1 как важного медиатора воспалительных реакций при ДН определена при блокировке его гена у мышей db/db (модель СД2) по замедлению развития нефросклероза [44].

ИЛ-6 является одним из наиболее активных цитокинов, участвующих в иммунном ответе и воспалительной реакции. Биологическое действие ИЛ-6 на клетки реализуется через взаимодействие с рецептором. Дефицит ИЛ-6 защищает от развития гипертрофии сосудов и эндотелиальной дисфункции в условиях повышенного содержания АТ II. Имеются данные о том, что ИЛ-6 играет независимую роль в патогенезе СД1 in vivo, а именно в развитии инсулита, усиливает действие других медиаторов воспаления, участвующих в апоптозе β-клеток [45], задействован в механизмах инсулинорезистентности [46]. В исследовании с применением световой микроскопии биоптатов почечной ткани, взятой от пациентов с ДН, отмечена экспрессия mRNA ИЛ-6 в интерстиции, некоторых канальцах, в особенности в атрофированных, которая коррелировала с выраженностью интерстициального фиброза, особенно в группе больных с гиперпролиферацией мезангия [47].

Важнейшим механизмом развития ТИФ при СД считают протеинурию. При ДН гломерулярная гиперфильтрация и нарушение зарядо- и размероселективности клубочкового фильтра, представленного эндотелиальными клетками, базальной мембраной клубочка, щелевой диафрагмой, сформированной малыми отростками подоцитов, ответственны за его патологическую проницаемость. Чрезмерная тубулярная реабсорбция белков ведет к продукции эпителиальными клетками проксимальных канальцев цитокинов (и прежде всего TGF-β 1), участвующих в воспалении [48]. Критическая роль описанных событий, приводящих к тубулоинтерстициальным повреждениям, была подтверждена в исследовании на экспериментальных животных по протекции гломерулярной проницаемости, полностью предотвратившей их развитие [5]. Участие молекулярных медиаторов воспаления в реализации индуцируемых протеинурией тубулоинтерстициальных повреждений как патоморфологической основы прогрессирования ХПН убедительно показано при хронических гломерулонефритах [49]. Механизмы протеинурического ремоделирования тубулоинтерстиция при ДН обосновывают необходимость мероприятий, направленных на снижение высокого уровня потери белка с мочой в комплексной терапии.

Наряду с известными гемодинамическими, обнаружены новые свойства АТ II, позволяющие относиться к нему, как к многофункциональному цитокиноподобному фактору. Экспериментальные данные последних лет подтверждают просклеротическое действие AТ II и его участие в синтезе хемотаттрактантных факторов, таких, например, как МСР-1 [47] и факторов роста (TGF-β) (48). АТ II способен регулировать рост мезангиальных клеток, непосредственно влияя на их пролиферацию или гипертрофию. Кроме того, активация синтеза АТ II в почках увеличивает экспрессию белков внеклеточного матрикса, таких как фибронектин, ламинин и коллаген [48]. Имеются данные, указывающие на участие AT I и АТ II в активации NF-кB, который регулирует «запрограммированный» клеточный рост, увеличивая продолжительность клеточных сигналов и тем самым предохраняя клетки от апоптоза. Однако в ряде случаев это соединение может индуцировать апоптоз [49]. Kumar D. с соавт. в экспериментальных работах показали, что у мышей с СД и искусственно индуцированной ДН, не получающих ИАПФ и БРА, при микроскопическом исследовании биоптатов почки чаще выявлялись повреждения канальцев и интерстиция, чем клубочков почки [50]. В огромном количестве публикаций последних лет показаны преимущества этих препаратов по торможению развития почечного фиброза в моделях на животных и в клинических исследованиях, что подтверждает их приоритетность в стандартах лечения ДН [51, 52, 53].

VEGF является стимулятором проницаемости мелких кровеносных сосудов, что ведет к подтеканию белков плазмы через стенку сосуда и формированию экстравазального фибринового геля. Этот гель представляет собой подходящую среду для роста клеток эндотелия. Экспрессия VEGF стимулируется множеством проангиогенных факторов, включая эпидермальный ростовой фактор, основной фибробластный ростовой фактор, тромбоцитарный ростовой фактор и интерлейкин-1 б. Кроме того, уровни VEGF непосредственно регулируются такими факторами окружающей среды, как рН, давление и концентрация кислорода. Общее влияние их заключается в опосредованной через VEGF стимуляции важных для ангиогенеза факторов, включая антиапоптотические белки, молекулы клеточной адгезии и металлопротеиназы [54, 55] VEGF вовлечен в патогенез микрососудистых осложнений СД путем увеличения сосудистой проницаемости для макромолекул и стимуляции моноцитарного хемотаксиса. Механизмы, приводящие к увеличению проницаемости, могут повлечь за собой стимуляцию продукции коллагеназы, NO в эндотелиальных клетках и увеличение фильтрационной поверхности клубочков за счет роста эндотелиальных клеток капилляров [56]. В исследовании, проводимом на мышах с СД2, было выявлено увеличение экспрессии mRNA VEGF на ранних стадиях ДН, ассоциированное с увеличением уровня VEGF в моче. Уровень VEGF положительно коррелировал с МАУ и креатинином крови [57, 58].

ТИФ характеризуется не только прогрессирующим накоплением белков внеклеточного матрикса, но и нарушением его расщепления. В процессе деградации внеклеточного матрикса принимают участие две основные ферментные системы: матричные металлопротеиназы (ММ) и система активации плазминогена, регулируемые ингибитором активатора плазминогена-1. Исследования при помощи иммунофлюоресцентных методов показали двукратное увеличение уровня ИАП-1 в стенках артерий у людей с СД2. Наиболее вероятными механизмами, приведшими к увеличению ИАП-1, а следовательно, и снижению фибринолитической активности считаются инсулинорезистентность и гиперинсулинемия [59, 60]. В экспериментальной работе, проведенной на мышах, Boffa J.-J. и соавт., продемонстрировали роль ММР-9 в развитии нефросклероза. У мышей с искусственно созданной стойкой гипертензией было показано патологическое накопление внеклеточного матрикса за счет коллагенов I и III типа, а так же увеличение экскреции TGF-β 1, ММР-9 и ММР-2. Активация MMP-9 запускалась при угнетении оксида азота непосредственно в почечной ткани, а именно в кортикальном слое. Другим инициирующим фактором через TGF-зависимый механизм оказался АТ II, действие которого снижалось после недельного введения мышам препарата БРА [61]. В проспективном исследовании морфометрических изменений клубочков и тубулоинтерстиция, включавшем больных СД1 с МАУ, показана роль ИАП-1 как независимого фактора увеличения относительного объема интерстиция коркового слоя почки, не ассоциированного с гломерулярными изменениями, гликированным гемоглобином и альбуминурией в сроки 2,5 и 8 лет. Среди других изучаемых маркеров воспаления и фиброза, вовлеченных в развитие ТИФ, значимой для площади интерстиция в срок 2,5 года оказалась система ADMA/L-аргинин [62]. Ранее была выявлена значимая связь одного из факторов эндотелиальной дисфункции, эндогенного ингибитора NO-синтазы – ADMA и прогрессирования недиабетической нефропатии, а также определено снижение его сывороточной концентрации как новый терапевтический подход в предотвращении прогрессирования заболеваний почек [63]. Роль сниженной биодоступности NO и увеличения продукции свободных радикалов в прогрессировании почечного повреждения, определяемого по развитию альбуминурии, интерстициального фиброза, тубулярного апоптоза оценена в экс­пе­ри­мен­тальной модели СД2 (мыши db/db) [64]. Приведенные данные убедительно подтверждают вклад эндотелиальной дисфункции и связанных с ней процессов протеолиза / фибринолиза в развитие ТИФ у больных СД.

Таким образом, исследования по определению наиболее значимых факторов ремоделирования тубулоинтерстиция у больных СД способны углубить наши представления о механизмах нефросклероза при данной патологии. Кроме того, они определяют возможность прогнозирования почечной функции у больных СД в целом и обоснования нефропротективной стратегии, включающей, наряду с традиционными методами контроля гликемии, РААС, протеинурии, целенаправленное воздействие на медиаторы воспаления и фиброза.