Клиническая информативность постгеномной модификации уромодулина

Роль уромодулина в развитии уролитиаза широко обсуждается [1, 2]. Ранее нами было показано, что уромодулин в различных условиях может существовать в двух основных олигомерных формах T&HE (7) с ММ 7 MD и T&HE (28) с ММ 28 MD [3] в зависимости от pH и концентрации одновалентных катионов в моче, а наличие в структуре уромодулина гликанов, содержащих сиаловые кислоты, обусловливает отрицательный заряд молекул уромодулина, который и приводит к их взаимному отталкиванию [3—5].

Целью исследования являлась оценка патофизиологической роли степени десиалирования уромодулина, а также влияние уреазопозитивных микроорганизмов в моче на изменение биофизических свойств уромодулина по величине Z-потенциала.

Исследование проведено путем сравнения биофизических характеристик уромодулина, выделенного из мочи 100 пациентов с уролитиазом, верифицированного в условиях урологического отделения клиники ПСПбГМУ им. акад. И.П. Павлова, и пула уромодулина, выделенного из мочи 100 человек без уролитиаза: здоровых добровольцев и лиц, наблюдаемых в клинике челюстно-хирургической стоматологи ПСПбГМУ им. акад. И.П. Павлова по поводу травм челюстно-лицевой области. Верификация уролитиаза или его отсутствия проводилась на основании комплексного клинико-лабораторно-инструментального обследования, включая микробиологическое исследование мочи каждого пациента и представителя группы сравнения. Для обеспечения однородности исследуемой группы с учетом физико-химических закономерностей кристаллообразования Са-содержащих солей, составляющих подавляющее число у больных уролитиазом (оксалатный уролитиаз), критерием включения являлись характерные для пациента данные рН в «общем анализе мочи» в диапазоне от 5,5 до 6,5 [6]. Среди больных были 45 (45%) мужчин и 55 (55%) женщин. Средний возраст больных составил 46,5±12,8 года, возраст при возникновении заболевания — 39,9±12,4 года, продолжительность заболевания — 6,6±6,9 года.

Для верификации уреазопозитивных микроорганизмов нами разработана технология проведения специфической полимеразной цепной реакции (ПЦР) [7].

Биофизическая оценка уромодулина, выделенного из мочи методом высаливания, включала измерение размеров частиц на спектрометре динамического светорассеяния ПЛСС (ООО «Интокс мед», Россия — РУ № 2014/1650/2014 г.) [3] и оценку поверхностного заряда молекул путем измерения Z-потенциала частиц в растворе, т. е. метод допплеровского электрофореза или электрофореза без поддерживающей среды, реализованного в методе М3-PALS (Phase Analysis Light Scattering) [8], по результатам которого осуществляли верификацию субфракций уромодулина с разной степенью сиалирования.

В моче здоровых людей уромодулин представлен олигомерной формой T&HE (7) со средним гидродинамическим радиусом (R_h) 101±3 нм (рис. 1, а).

Измерение Z-потенциала уромодулина, выделенного из мочи группы сравнения, показало одномодальное распределение уромодулина со средним значением 28,4 mV (рис. 2, а).

Методом ПЦР установлено, что при уролитиазе уреазопозитивные микроорганизмы (УПМ) встречались статистически значимо чаще, чем в популяции лиц, не страдающих уролитиазом: Corynebacterium urealyticum в 22%, а в группе контроля лишь в 2% (р<0,001), а Proteus mirabilis в 18%, а в группе контроля в 2% (р<0,001).

Учитывая метаболическую функцию УПМ, проведено модельное исследование динамики содержания различных форм уромодулина (из мочи пациентов с уролитиазом и лиц группы сравнения) в зависимости от концентрации ионов аммония в растворе. Представленные на рис. 3, а

Показано, что уромодулин у пациентов с уролитиазом по величине Z-потенциала делится на две субфракции: первая, практически неотличимая от уромодулина здоровых лиц (около 30 mV), и вторая, с Z-потенциалом 6 mV. Существенное снижение Z-потенциала можно рассматривать как проявление десиалирования уромодулина. Доказано наличие корреляции между соотношением олигомерных форм и распределением Z-потенциала уромодулина, выделенного из мочи больных уролитиазом.

В целом полученные данные подтверждают концепцию роли степени сиалирования уромодулина как фактора устойчивости коллоидных систем [4, 10] в условиях широкого диапазона состава мочи, существенных колебаний величины pH и ионной силы в физиологических условиях для обеспечения гомеостаза организма.

При величине Z-потенциала менее 30 mV коллоидная система начинает терять устойчивость, а при величине менее 10 mV наблюдается массовая агрегация наночастиц в коллоидных системах. Десиализация уромодулина на 40% приводит к изменению pH на 1,5—1,9 единиц [9], что свидетельствует о критическом снижении Z-потенциала уромодулина и развитию кристаллообразования.

Полученные нами данные позволяют предположить, что уромодулин с высоким Z-потенциалом ассоциируется с олигомерной формой T&HE (7). В физиологическом диапазоне изменений значений pH и ионной силы мочи форма T&HE (7) остается доминирующей. Она существует в виде гауссова клубка с отрицательным зарядом на поверхности частицы. Такие частицы легко сорбируются на кристалле, покрывая его бо́льшую часть. При этом на поверхности кристалла создается сплошной отрицательный заряд, препятствующий агрегации кристаллов в конгломерат. Уромодулин с низким Z-потенциалом ассоциируется с олигомерной формой T&HE (28). Эта форма существует в виде линейного полимера диаметром 40 нм и длиной от 600 нм до 1000 нм. Благодаря низкому Z-потенциалу и линейной форме эта форма не сорбируется на кристаллы, а агрегирует в тяжи, которые в свою очередь образуют гиалиновые цилиндры.

Поскольку значительная часть уромодулина у больных уролитиазом десиалирована, образование формы T&HE (28) становится возможным уже в физиологическом диапазоне pH и ионной силы мочи. В этом случае концентрации формы T&HE (7) становится недостаточно для сплошного покрытия поверхности кристалла и на нем остаются области с положительным зарядом. Существование перемежающихся областей с положительным и отрицательным зарядом приводит к агрегации кристаллов и образованию почечных конкрементов. Для смены ингибирующей функции уромодулина на сенсибилизирующую достаточно, чтобы около 40—50% площади кристалла оказалось свободно от формы T&HE (7).

Такая оценка роли биофизических свойств различных постгеномных модификаций уромодулина позволяет объяснить и роль УПМ в развитии уролитиаза. Тот же механизм патологического кристаллообразования, вероятно, имеет место быть при наличии фистул в мочевом пузыре у урологических пациентов. УПМ метаболизируют мочевину в ионы аммония, что вызывает защелачивание мочи, приводя к кристаллизации фосфатов, а также увеличивая ионную силу мочи, инициируют полимеризацию молекул уромодулина в форму T&HE (28), что существенно снижает коллоидную устойчивость.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

*e-mail: mari-svn@yandex.ru