Сайт издательства «Медиа Сфера»
содержит материалы, предназначенные исключительно для работников здравоохранения. Закрывая это сообщение, Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.

Бондарь И.А.

Кафедра эндокринологии Новосибирского государственного медицинского университета

Климонтов В.В.

Кафедра эндокринологии Новосибирского государственного медицинского университета

Матриксные металлопротеиназы и их ингибиторы в развитии фиброза почек при сахарном диабете

Авторы:

Бондарь И.А., Климонтов В.В.

Подробнее об авторах

Журнал: Проблемы эндокринологии. 2012;58(1): 39‑44

Просмотров: 1978

Загрузок: 59

Как цитировать:

Бондарь И.А., Климонтов В.В. Матриксные металлопротеиназы и их ингибиторы в развитии фиброза почек при сахарном диабете. Проблемы эндокринологии. 2012;58(1):39‑44.
Bondar' IA, Klimontov VV. The role of matrix metalloproteinases and their inhibitors in the development of renal fibrosis in the patients with diabetes mellitus. Problemy Endokrinologii. 2012;58(1):39‑44. (In Russ.).

?>

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.

Общая характеристика ММП и их ингибиторов

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).

Они различаются молекулярной структурой, субстратной специфичностью и распределением в тканях. Наиболее изучены ферменты группы желатиназ — ММП-2 и ММП-9. Именно этим ферментам принадлежит ведущая роль в расщеплении коллагена IV типа и других компонентов матрикса в почках. ММП из группы коллагеназ, стромелизинов и матрилизинов также участвуют в расщеплении компонентов матрикса. ММП мембранного типа являются рецепторами и активаторами других ММП и обеспечивают протеолиз в околоклеточном пространстве. Группа «других» ММП включает разные пептидазы, которые секретируются единичными типами тканей и клеток или экспрессируются в особых ситуациях [5, 6].

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).

Так, ТИМП-1 наиболее активно ингибирует ММP-9, в то время как ТИМП-2 подавляет активность ММП-2 [5].

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 и функции MMП и их ингибиторов в почках

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].

MMП и их ингибиторы в патогенезе ДН

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).

Рисунок 1. Механизмы подавления катаболизма компонентов ВКМ в почках при СД. ММП — металлопротеиназы, ТФР-β — трансформирующий фактор роста β, ФРСТ — фактор роста соединительной ткани, ИФР-1 — инсулиноподобный фактор роста-1, ВКМ — внеклеточный матрикс.

MMP и их ингибиторы как потенциальные диагностические маркеры ДН

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.

MMP и их ингибиторы как новые мишени для нефропротекции

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.

Заключение

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).

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail