Расшифровка механизмов развития фиброза почек при сахарном диабете (СД) остается одной из актуальных задач. Накопление компонентов внеклеточного матрикса в клубочках и интерстиции почек, составляющее основу развития фиброза, начинается еще до появления клинических признаков диабетической нефропатии (ДН) [1]. Установлено, что гипергликемия запускает синтез компонентов матрикса (коллагена, протеогликанов, фибронектина и др.) в различных участках нефрона. Этот эффект реализуется через протеинкиназу С, продукты гликирования, окислительный стресс, фиброгенные факторы роста и цитокины [2, 3]. В последние годы большее внимание уделяется нарушениям катаболизма матрикса в «диабетических» почках. Ведущая роль в этом процессе принадлежит ферментам из группы матриксных металлопротеиназ (ММП).

Цель настоящего обзора — обобщить данные о роли ММП и их ингибиторов в развитии фиброза почек при СД. Поиск данных осуществлен по базам данных Medline/Pubmed и eLibrary.

ММП. Семейство белков MMП (матриксинов) относится к надсемейству цинковых металлопротеиназ. Большинство ММП синтезируется как препробелки и секретируется как проферменты. Активация проMMП осуществляется под действием плазмина или других MMП. Лишь отдельные представители металлопротеиназ, известные как MMП мембранного типа, секретируются в функционально активной форме [4].

В настоящее время известно более 30 MMП, объединенных в 6 различных групп (табл. 1).

Ингибиторы ММП. Активность ММП в физиологических условиях регулируется рядом специфических ингибиторов, прежде всего тканевыми ингибиторами металлопротеиназ (ТИМП). В настоящее время хорошо изучены ТИМП-1, ТИМП-2, ТИМП-3 и ТИМП-4, которые различаются по специфическому действию на металлопротеиназы (табл. 2).

Важным ингибитором ММП является ингибитор активатора плазминогена 1-го типа (ИАП-1), способный блокировать активаторы плазминогена тканевого и урокиназного типов и препятствовать образованию плазмина. Блокируя плазминообразование, ИАП-1 препятствует активации ММП. Другой механизм его подавляющего действия связан со способностью соединяться с активатором плазминогена урокиназного типа. Это предотвращает индуцированную урокиназой активацию МТ1-ММП, с помощью которой образуется функционально активная форма ММП-2 [4]. Активность ММП также может подавляться α₂-макроглобулином, мегзином и другими ингибиторами [4, 7].

Экспрессия ММП и их ингибиторов. В физиологических условиях в почках синтезируются MMП-2, -3, -9, -13, -14, -15, -24, -25, -27 и -28, а также TIMP-1, -2 и -3. Эти молекулы экспрессируются многими типами клеток: мезангиальными, эндотелиальными, эпителиальными, гладкомышечными, фибробластами, однако их распределение не всегда равномерно. ММП-2, ММП-3, ММП-9 выявляются на протяжении всего нефрона. ММП-13 и ММП-14 экспрессируются в основном в клубочках. Преимущественно канальцевую локализацию имеет ММП-24.

ТИМП-1, ТИМП-2 выявляются в клубочках и канальцах [5, 6]. Преимущественно в мезангиоцитах синтезируется мегзин [7].

Функции ММП. Баланс между активностью ММП и их ингибиторов играет большую роль в эмбриональном развитии почек, в частности, в нефроногенезе. Во «взрослых» почках ММП участвуют в ремоделировании внеклеточного матрикса, что важно для поддержания структурной и функциональной целостности клубочков и интерстиция. ММП регулируют обмен матрикса, катализируя распад его компонентов, а также изменяя активность факторов роста и сигнальных молекул [8]. Кроме того, ММП и их ингибиторы участвуют в регуляции апоптоза и пролиферативной активности нефроцитов [9]. Нарушение баланса в системе ММП и их ингибиторов является одним из механизмов развития ряда острых и хронических заболеваний почек [5, 6, 9—11].

Исследования in vitro. Проведенные в 90-х гг. прошлого века исследования [12, 13] показали, что высокий уровень глюкозы тормозит деградацию компонентов внеклеточного матрикса в мезангиоцитах. Отчасти этот эффект объясняется снижением активности ММП-2 [14]. Хотя в условиях избытка глюкозы экспрессия ММП-2 в мезангиоцитах может повышаться, процесс активации фермента замедлен [15]. Изменения синтеза ММП зависят от длительности воздействия глюкозы. Например, в подоцитах мыши высокая концентрация глюкозы увеличивает экспрессию и активность ММП-9 на 2—3-й день культивирования, однако после 5-го дня активность фермента снижается [16].

Снижение активности ММП при избытке глюкозы может быть результатом повышения продукции их ингибиторов. Показано, что в мезангиоцитах глюкоза повышает экспрессию TИMП-1 и TИMП-3 [17], а также ингибитора ММП мегзина [7]. В эпителиоцитах проксимальных канальцев повышенный уровень глюкозы стимулирует синтез ТИМП-2 и снижает синтез и активность ММП-2 [18]. В фибробластах коркового вещества почки избыток глюкозы повышает экспрессию ИАП-1 [19].

Влияние гипергликемии на синтез ММП и их ингибиторов усугубляют продукты гликирования и факторы роста. Поздние продукты гликирования снижают экспрессию MMП-7 в мезангиоцитах. Этот эффект блокируют антитела к трансформирующему фактору роста β (ТФР-β) [20]. Продукты гликирования повышают экспрессию генов ТИМП-3 и ИАП-1 [21]. В свою очередь ИАП-1 усиливает сигнал ТФР-β [22]. Последний снижает синтез ММП-2 и повышает синтез ТИМП-2 в мезангиоцитах [14]. В канальцевых клетках ТФР-β и ангиотензин II оказывают такой же эффект [18]. Тормозящее влияние глюкозы и ТФР-β на катаболизм матрикса в мезангиоцитах резко усиливает фактор роста соединительной ткани (ФРСТ), повышающий экспрессию TИMП-1 и TИMП-3 [17]. Инсулиноподобный фактор роста 1 (ИФР-1) снижает активность ММП-2 в мезангиоцитах [23].

Гликирование компонентов матрикса при диабете тормозит их деградацию. Показано, что накопление продуктов гликирования в мезангии клубочков почти вдвое снижает активность ММП, секретируемых мезангиальными клетками [15]. Гликированный коллаген снижает продукцию мезангиоцитами ММР-2 и повышает продукцию ТИМП-1 [24].

Исследования на моделях СД у животных. В почках крыс со стрептозотоциновым СД (модель СД 1-го типа у человека) обнаружено снижение экспрессии ММП-7 [20] и стромелизина-1 (ММП-3) [25]. Экспрессия ММП-2 возрастает, но активность фермента снижается [26]. Обнаружена связь между экспрессией белка Ets-1 — активатора генов ММП и экспрессией ММП-2 [27]. Экспрессия ММП-9 оказалась повышенной через 8 нед после индукции стрептозотоцинового СД [28] и сниженной через 6 мес после начала диабета [26]. У мышей линии db/db (модель СД 2-го типа) на ранних стадиях нефропатии обнаружено снижение экспрессии α- и β-меприна — металлопротеиназ щеточной каймы проксимальной канальцев. У мышей линии db/db с выраженной нефропатией и у крыс со стрептозотоционовым СД содержание α-меприна отрицательно коррелировало с выраженностью поражения почек [29]. На другой модели СД 2-го типа (мыши линии Kkay), обнаружено повышение содержания и экспрессии ММП-9 в клубочках [30].

Интересно, что в почках плодов крыс с СД значительно снижена активность ММП-2 и ММП-9, а экспрессия ТФР-β и ФРСТ, напротив, повышена. Это может способствовать нарушениям нефроногенеза и предопределять повышенную склонность к развитию патологии почек после рождения [31].

Синтез ингибиторов ММП в почках при диабете увеличивается. У крыс со стрептозотоциновым СД обнаружено увеличение экспрессии ТИМП-1 [25, 26] и ТИМП-2 [18, 27]. Повышение экспрессии ТИМП-2 в клубочках и канальцах почек положительно коррелировало с альбуминурией и отрицательно — с экспрессией ММП-2 [18]. Соотношение ММП-2/ТИМП-2 в клубочках и тубулоинтерстиции в свою очередь было обратно связано с содержанием коллагена IV типа [27].

Изменения синтеза ИАП-1 в почках при диабете не изучены, однако они могут иметь важное значение в развитии ДН. Показано, что нокаут гена ИАП-1 у мышей приводит к уменьшению выраженности диабетического гломерулосклероза [32]. У мышей с отсутствием гена ИАП-1 не увеличивается альбуминурия и ниже уровень ТФР-β в корковом веществе почек по сравнению с животными с диабетом и сохранным синтезом ИАП-1 [22].

Исследования у пациентов с СД. Данные об изменениях активности ММП и их ингибиторов у больных с ДН фрагментарны. В почках пациентов с СД 2-го типа выявлено снижение экспрессии ММП-2 [33], ММП-7 [20] и повышение экспрессии МТ5-ММП [34]. Некоторые исследователи зафиксировали связь между изменениями активности ММП и их ингибиторов с почечным фиброзом. T. Cornish и соавт. [35] выявили снижение содержания MMП-1 и TИMП-1 у больных СД со скоростью клубочковой фильтрации ниже 30 мл/мин и отметили обратную связь между интенсивностью окрашивания на ММП-1 и выраженностью фиброза клубочков. По данным D. Suzuki и соавт. [36], экспрессия ММП-3 и ТИМП-1 в клубочках почек наиболее высока у больных СД с начальной степенью расширения мезангия; по мере развития гломерулосклероза она снижается; экспрессия ММП-3 и ТИМП-1 в тубулоинтерстиции коррелирует с выраженностью интерстициального фиброза.

Таким образом, результаты экспериментов in vitro, in vivo на моделях СД, а также исследования у больных с ДН свидетельствуют о сложных нарушениях регуляции синтеза ММП и их ингибиторов в почках в условиях гипергликемии. Некоторую противоречивость данных можно объяснить многокомпонентностью системы катаболизма внеклеточного матрикса, сложностью ее регуляции, возможностью фазных изменений на разных стадиях поражения почек. Вместе с тем не вызывает сомнений, что дисбаланс между синтезом и активностью ММП и их ингибиторов способствует нарушениям процессов ремоделирования матрикса и развитию фиброза клубочков и тубулоинтерстиция почек при СД (рис. 1).

Содержание ММП и их ингибиторов в крови. В ряде исследований зафиксировано повышение содержания ММП в плазме у больных СД. В частности, найдено повышение уровня ММП-2 при СД 1-го типа [37], ММП-9 при СД 2-го типа [38]. В последнем случае повышение уровня ММП-9 оказалось предиктором микроальбуминурии. Соотношение MMП-9/TИMП-1 и MMП-2/TИMП-2 у больных СД2 с нефропатией было вдвое выше, чем у пациентов с нормальной функцией почек [39]. Однако ММП могут поступать в кровоток не только из почек, но и из других органов, в частности, из стенок сосудов. У больных с ДН найдено увеличение содержания ММП-2 и особенно ММП-9 в стенках артерий [40], установлена связь между повышением ММП-2 в крови, протеинурией и выраженностью атеросклероза сонных артерий [41].

Экскреция ММП и их ингибиторов с мочой. О нарушениях синтеза ММП и их ингибиторов при патологии почек можно судить по изменениям экскреции этих веществ с мочой. У больных СД1 повышение экскреции ММП-2 связано с развитием микроальбуминурии [37]. У больных СД2 найдена связь между экскрецией ММП-9, альбуминурией [42, 43] и функцией почек [43]. Имеются данные о повышении экскреции MMП-14 у пациентов с ДН [44]. Показано, что экскреция ТИМП-1 при ДН коррелирует с альбуминурией и выраженностью поражения клубочков [45].

Таким образом, определение содержания ММП и их ингибиторов в плазме и моче является новым подходом к оценке процессов ремоделирования внеклеточного матрикса при СД. Значение различных ММП и их ингибиторов как потенциальных маркеров фиброза почек при ДН необходимо доказать в клинических исследованиях с морфологическим контролем.

Сахарснижающие препараты. Устранение гипергликемии, по-видимому, нормализует катаболизм матрикса при СД. Показано, что инсулин повышает способность мезангиоцитов расщеплять компоненты внеклеточного матрикса, вероятно, за счет активации ММП-2 [46]. Инсулинотерапия предупреждает повышение экспрессии ТИМП-1 и снижение деградации матрикса в почечных клубочках у крыс с экспериментальным СД [17].

Тиазолидинедионы также влияют на катаболизм матрикса. Пиоглитазон снижает активность MMП-9 и секрецию TИMП-1 и TИMП-2 в культивируемых фибробластах [47]. У крыс со стрептозотоциновым СД троглитазон тормозит синтез ИАП-1 в почках [48]. Известно, что тиазолидиндионы оказывают антиальбуминурический эффект у больных СД2 [49]. Однако способность тиазолидиндионов тормозить развитие фиброза почек при СД остается недоказанной.

Блокаторы ренин-ангиотензиновой системы. Периндоприл уменьшает степень подавления активности ММП-2 и ММП-9 и снижает синтез ТИМП-1 у крыс со стрептозотоциновым СД [26]. Эналаприл препятствует снижению экспрессии α- и β-меприна (металлопротеиназы щеточной каймы проксимальных канальцев) и уменьшает экскрецию α-меприна с мочой у мышей с СД линии db/db [29]. Лозартан предотвращает повышение экспрессии TIMП-2 в почках крыс с экспериментальным СД [50].

Селективные модуляторы активности ММП. Выяснение роли ММП и их ингибиторов в развитии ДН открывает перспективы направленного воздействия на эти молекулы с целью нефропротекции. Показано, что инсерция гена ММП-1 предупреждает развитие фиброза почек у мышей со стрептозотоциновым СД [51]. In vitro антитела к TИMП-1 в значительной степени блокируют подавляющие эффекты глюкозы на деградацию компонентов матрикса в мезангиоцитах [17]. Таким образом, направленная активация ММП и/или нейтрализация их ингибиторов может оказаться перспективным подходом к лечению ДН.

Дисбаланс между активностью ММП и их ингибиторов играет важную роль в развитии ДН. Сниженная активность ММП и/или повышенный синтез ингибиторов ММП (ТИМП, ИАП-1 и др.) в нефроцитах способствует уменьшению катаболизма компонентов внеклеточного матрикса и создает биохимическую основу для развития фиброза клубочков и интерстиция почек. Гипергликемия играет ведущую роль в развитии нарушений катаболизма матрикса при СД. Дальнейшее изучение изменений активности ММП и их ингибиторов открывает перспективу разработки новых методов диагностики и лечения диабетического поражения почек.

Работа выполнена в рамках научного проекта, поддержанного грантом Президента Российской Федерации по государственной поддержке молодых российских ученых — докторов наук (грант МД-5725.2010.7).