Общие молекулярно-клеточные механизмы ремоделирования почек и сердца при хронической болезни почек - мишень нефрокардиопротекции

АД — артериальное давление

АПФ — ангиотензинпревращающий фермент

АТ II — ангиотензин II

БРА — блокатор рецепторов ангиотензина II

ВКМ — внеклеточный матрикс

ГБ — гипертоническая болезнь

ГНП — гипертоническая нефропатия

ГС — гломерулосклероз

ДЭ — дисфункция эндотелия

ЗЭВД — зависимая от эндотелия вазодилатации

МАУ — микроальбуминурия

ММП — матриксные металлопротеиназы

Мфб — миофибробласт

НС — нефротический синдром

ОСА — общая сонная артерия

ПАИ-1 — ингибитор активатор плазминоген 1-го типа

ПН — почечная недостаточность

ПУ — выраженная протеинурия

СКФ — скорость клубочковой фильтрации

ТИМ — толщина комплекса интима—медиа

ТИМП-2 — тканевый ингибитор матриксных металлопротеиназ 2-го типа

ТИФ — интерстициальный фиброз

ТФР-β₁ — трансформирующий β-фактор роста 1-го типа

ХБП — хроническая болезнь почек

ХГН — хронический гломерулонефрит

ЭндМТ — эндотелиально-мезенхимальная трансдифференциация

ЭпитМТ — эпителиально-мезенхимальная трансдифференциация

α-ГМА — гладкомышечный α-актин

RI — индекс резистентности

VEGF — фактор роста эндотелия сосудов

Многолетний опыт применения у больных хронической болезнью почек (ХБП) средств, минимизирующих неблагоприятные последствия ангиотензина II (АТ II), свидетельствует об эффективности такого подхода с точки зрения не только нефро-, но и кардиопротекции, что позволило выдвинуть концепцию существования при ХБП реципрокной связи между почками и сердцем — межорганная функциональная взаимосвязь («cross-talk»). В то же время эта концепция дала толчок дальнейшему изучению общности механизмов, в том числе клеточно-молекулярных взаимодействий (внутриорганная функциональная взаимосвязь), ведущих к структурно-функциональной перестройке — ремоделированию почек и сердца при ХБП, что перспективно прежде всего для определения новых подходов к нефрокардиопротективной терапии.

По современным представлениям, одной из наиболее важных сторон дезадаптивного (в первую очередь фиброзного) ремоделирования органов является образование миофибробластов (Мфб) из резидентных фибробластов, а также путем эпителиально-мезенхимальной трансдифференциации (ЭпитМТ) и эндотелиально-мезенхимальной трансдифференциации (ЭндМТ) [1—3]. В процессе трансдифференциации в Мфб зрелые эпителиальные, эндотелиальные клетки подвергаются изменению цитоскелета, теряют присущие им маркеры и приобретают мезенхимальный фенотип, экспрессируя гладкомышечный α-актин (α-ГМА), специфический для фибробластов протеин 1-го типа (FSP-1), фибронектин, коллаген I типа, виментин и другие маркеры. Это сопровождается усилением синтеза компонентов внеклеточного матрикса (ВКМ) с формированием органного фиброза. В регуляции этих молекулярно-клеточных взаимодействий центральное место занимает АТ II — ключевой медиатор процессов фибро- и ангиофиброгенеза. АТ II оказывает свое влияние прямо или через секрецию трансформирующего β-фактора роста 1-го типа (ТФР-β₁) моноцитами и фибробластами, имеющими на своей поверхности рецепторы к ангиотензину, а также через взаимодействие с медиаторами системы фибринолиза/протеолиза, в первую очередь ингибитором активатора плазминогена 1-го типа (ПАИ-1) [4—6].

В сердце источником Мфб, участвующих в фиброгенном ремоделировании, кроме резидентных фибробластов (из эмбрионального проэпикардиального пула) и клеток костномозгового происхождения (моноциты и фиброциты), являются перициты и эндотелиальные клетки микрососудистого русла, способные под влиянием фиброгенных стимулов, включая АТ-II, подвергаться ЭпитМТ и ЭндМТ [7—9].

В почках свойством ЭпитМТ при повреждении обладают гломерулярные подоциты, считавшиеся ранее высоко и окончательно дифференцированными клетками [10, 11]. Подоциты теряют специфические маркеры, приобретают черты, свойственные мезенхимальным предшественникам, что приводит к нарушению их функции. Подоциты становятся мобильными, отделяются от гломерулярной базальной мембраны, вымываются в мочу (подоцитурия) или включаются в полулуния (от 30 до 50% клеток в клеточных полулуниях составляют висцеральные эпителиальные клетки), что приводит к формированию гломерулосклероза (ГС). Усиленная подоцитурия сопряжена с развитием подоцитопении. Накоплено большое число экспериментальных и клинических данных, свидетельствующих о том, что снижение числа подоцитов в клубочке является важной детерминантой развития ГС [12, 13]. Подоцитопения >40% ведет к глобальному ГС с персистенцией высокой протеинурии и снижением функции почек.

Интерстициальные Мфб почек формируются из эпителиальных клеток канальцев. Эти клетки в результате действия повреждающих факторов (компоненты протеинурии, реактивные радикалы кислорода, белки каскада комплемента и др.) трансдифференцируются в Мфб, мигрируют в интерстициальную ткань, участвуя в продукции компонентов ВКМ и формировании тубулоинтерстициального фиброза (ТИФ) в почке [14, 15]. Роль механизмов ЭпитМТ в формировании ТИФ и прогрессировании ХБП подтверждена многими исследованиями, в том числе нашими [16, 17].

Таким образом, не вызывает сомнения, что конверсия эндотелиальных и эпителиальных клеток в Мфб имеет существенное значение в генезе фиброза почек и сердца, а механизмы реализации ЭпитМТ и ЭндМТ заслуживают детального изучения. Благодаря исследованиям, главным образом экспериментальным, идентифицирован ряд медиаторов (вне- и внутриклеточных), контролирующих процессы ЭпитМТ и ЭндМТ [2, 4, 6]. Более того, в последнее время появились работы по использованию данных биомаркеров для оценки прогрессирования ХБП и определения степени риска развития заболеваний сердца при ней.

Мы изучили некоторые мочевые биомаркеры, отражающие процессы ангиофиброгенеза в почке, у 259 больных с гипертонической болезнью (ГБ). Было показано, что развитие гипертонической нефропатии (ГНП) — динамический процесс, на каждом этапе которого формируются клинические, функциональные и мочевые биомаркеры. Поражение почек у 40% больных возникает уже в течение 5 лет от начала развития ГБ с одновременным вовлечением сердечно-сосудистой системы. По нашим данным, ранняя стадия ГНП характеризуется выявлением микроальбуминурии (МАУ), частота и выраженность которой коррелирует с тяжестью артериальной гипертонии АГ, популяционными факторами риска (увеличение индекса массы тела, нарушение обмена мочевой кислоты — урикемия, урикозурия, гиперпродукция гомоцистеина и неадекватный синтез асимметричного диметиларгинина). На последующих этапах отмечается повышение сопротивления внутрипочечных сосудов, которое может быть оценено допплерометрически по индексу резистентности (RI) междолевых артерий, и постепенное снижение скорости клубочковой фильтрации (СКФ) через фазу гиперфильтрации длительно без гиперкреатининемии [18].

У больных ГНП с МАУ нами выявлен достоверно более высокий уровень экскреции с мочой молекулярных медиаторов — ингибитора ПАИ-1, фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), ТФР-β₁ и коллагена IV типа, отражающих дисфункцию эндотелия (ДЭ) и связанные с ней механизмы ангиофиброгенеза — патофизиологической основы ремоделирования микрососудистого русла почки при ГНП (табл. 1).

Между всеми компонентами этого регуляторного комплекса выявлена функциональная взаимосвязь. В результате проведенного нами многофакторного анализа выделены два фактора, объединившие 75% изученных признаков в исследованной группе больных ГБ (рис. 1).

Фактор 1 (29% дисперсии признаков), объединивший МАУ, ПАИ-1, TФР-β₁ и VEGF, подтверждает выявленную нами роль локально-почечной ДЭ в развитии ГНП, которая на начальном этапе может иметь адаптивный характер, направленный на сохранение механизма ауторегуляции внутрипочечного кровотока. Фактор 2 (46% дисперсии признаков), объединивший в одну группу МАУ, RI и уровень мочевой экскреции коллагена ІV типа, отражает, по-видимому, следующий этап развития ГНП — дезадаптивное ремоделирование микроциркуляторного русла почки с усилением ее ишемии и гипоперфузии.

При исследовании зависимой от эндотелия вазодилатации (ЗЭВД) у больных ГНП ранней стадии мы установили, что связь между ЗЭВД и уровнями экскреции ПАИ-I, TФР-β₁, VEGF опосредована через МАУ, а между ЗЭВД и уровнем экскреции с мочой коллагена IV типа — через RI (рис. 2).

Полученные данные указывают на роль изученных нами мочевых биомаркеров как показателей выраженности ангиофиброгенеза, связанного с эндотелием, не только локально в почке, но и на системном уровне.

Достоверные, хотя и не сильные прямые связи обнаружены нами между уровнем ПАИ-1, VEGF, ТФР-β₁ и толщиной задней стенки левого желудочка (R=0,30; p<0,05, R=0,42; p<0,05 и R=0,37; p<0,005 соответственно), а также между уровнем в моче ТФР-β₁ и толщиной комплекса интима—медиа (ТИМ) общей сонной артерии — ОСА (R=0,28; p<0,05), что также можно рассматривать как подтверждение участия изученных мочевых биомаркеров в механизмах ремоделирования почек и сердца в рамках ренокардиоваскулярного континуума. В то же время наличие ренокардиоваскулярных взаимосвязей указывает на возможность использования выявленных критериев ГНП (включая повышение уровня в моче молекулярных биомаркеров ДЭ и ангиофиброгенеза) для оценки у больных ГБ с дисфункцией почек степени риска развития сердечно-сосудистых заболеваний и еще раз подтверждает целесообразность применения у них с целью не только нефро-, но и кардиопротекции средств, блокирующих эффекты АТ II — одного из центральных регуляторов ЭпитМТ и ЭндМТ.

В подтверждение данного положения среди наблюдаемых больных ГНП нами проанализирована группа из 72 человек, которым одновременно с активными мероприятиями по коррекции образа жизни и факторов риска проводилась медикаментозная блокада. Все эти больные не менее 6 мес получали средние терапевтические дозы ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента (АПФ) — ренитек или фозиноприл. При достижении и поддержании целевого артериального давления — АД (менее 140 и 90 мм рт.ст.), главным образом у больных с мягкой АГ, отмечено статистически значимое уменьшение МАУ с полным ее исчезновением более чем у 50% этих больных (рис. 3).

Одновременно выявлены снижение среднего RI и уменьшение признаков ремоделирования миокарда (см. рис. 3).

Более подробно динамику выбранных нами мочевых биомаркеров — регуляторов ЭпитМТ — в сопоставлении с экспрессией их в ткани почки мы изучили у больных хроническим гломерулонефритом (ХГН): с выраженной протеинурией (ПУ) без нефротического синдрома (НС), с НС и сохранной функцией почек, с НС и почечной недостаточностью (ПН) как наиболее тяжелой, активной формой ГН.

Так, уровень экскреции с мочой TФР-β₁ — основного индуктора ЭпитМТ, взаимодействующего с АТ II, был наиболее высоким у больных с НС и ПН (табл. 2),

прямо коррелировал с уровнем креатинина в крови (R=0,51; p<0,05) и площадью ТИФ, оцененной морфометрически (R=0,51; p<0,05) [17, 19]. В этой же группе больных иммуногистохимическим пероксидазным методом выявлены наиболее выраженная экспрессия TФР-β₁ в ткани почки (особенно в тубулоинтерстиции), а также интенсивная экспрессия эпителиальными клетками канальцев α-ГМА — общепринятого мезенхимального маркера Мфб — продуцентов ВКМ [19].

Трансдифференцированным клеткам канальцевого эпителия в настоящее время придают большое значение в формировании интерстициальных Мфб, участвующих в развитии ТИФ при прогрессировании ХГН [10, 11]. Это важно с клинических позиций, поскольку именно выраженность ТИФ учитывают при определении прогноза у больных практически со всеми морфологическими формами ХГН.

У больных с активными протеинурическими формами ХГН мы обнаружили экспрессию маркера Мфб α-ГМА канальцевыми клетками почек, причем именно у больных с высоким содержанием ТФР-β₁ в моче. Это подтверждает выявленную преимущественно в эксперименте трансформацию клеток канальцевого эпителия в Мфб под влиянием ТФР-β₁, которые пополняют пул интерстициальных Мфб, продуцирующих ВКМ.

У больных ХГН с НС была достоверно выше, чем у пациентов с менее выраженной ПУ, экскреция с мочой VEGF — фактора роста, определяющего пролиферативно-регенеративные свойства эндотелия и влияющего на интенсивность апоптоза эндотелиальных клеток, а также в целом на их интегративные свойства (см. табл. 2). Уровень в моче VEGF у больных с сохранной функцией почек прямо коррелировал с уровнем протеинурии (Rs=0,67; p<0,0001), что служит подтверждением установленного в эксперименте участия отдельных изоформ VEGF в генезе повышенной проницаемости почечного фильтра [20]. В то же время у больных ХГН с ПН уровень экскреции VEGF достоверно снижался (см. табл. 2). У пациентов с ХГН и подтвержденным ТИФ экскреция VEGF с мочой была значимо ниже, чем у пациентов без изменений канальцевого аппарата и интерстициальной ткани. Полученные нами результаты согласуются с данными литературы, в том числе A. Fogo [21], о том, что в хроническую склеротическую стадию болезни почек нарушается гомеостаз сосудов и наблюдается снижение секреции VEGF, в частности в подоцитах — основном месте синтеза VEGF в клубочках. Это ведет к дезинтеграции монослоя эндотелиальных клеток сосудов, которые сами не вырабатывают VEGF, но регулируются поступающим извне фактором в зависимости от дозы.

Именно в группе больных ХГН с ТИФ и ПН нами выявлена сильная достоверная связь между снижением уровня в моче VEGF и повышением TФР-β₁ (R=–0,623; p<0,05). Это свидетельствует о взаимосвязи данных регуляторов ЭпитМТ и ЭндМТ, осуществляемой паракринными механизмами, которые являются общими для почек и сердца. Как отражение выраженности фиброза в почке (фиброз клубочков, интерстициальной ткани) у больных ХГН с НС и ПН можно рассматривать выявленный нами наиболее высокий уровень экскреции с мочой компонентов ВКМ — коллагена IVтипа и фибронектина (см. табл. 2).

Нами впервые оценена экскреция с мочой у больных ХГН компонентов системы протеолиза — матриксных металлопротеиназ (ММП) 2-го и 9-го типов и регулирующих их активность ингибиторов — тканевого ингибитора матриксных металлопротеиназ 2-го типа (ТИМП-2) и ПАИ-1 [22, 23]. Изучение данных биомаркеров представляется важным, что определяется не только установленным в эксперименте значением активных ММП в расщеплении компонентов ВКМ, но и ролью протеаз, особенно ММП-2, в индукции тубулярной ЭпитМТ и усилении фиброза почек, а также сердца [24].

Исходя из этого, анализ взаимоотношения компонентов системы протеолиза имеет клиническое значение для оценки степени ремоделирования почечной ткани у больных ХГН. Так, мы установили, что с нарастанием активности заболевания (увеличение ПУ, формирование НС, преходящее нарушение функции почек) отмечается однонаправленный характер изменений всех факторов — повышение в моче уровня ММП, ТИМП и ПАИ-I, различающееся только по степени (рис. 4).

Можно полагать, что такие изменения носят адаптивный характер в условиях активного воспаления в почке, сопровождающегося усиленным накоплением ВКМ. У больных со стойкой ПН отмечен дисбаланс в системе протеолиза, характеризующийся резким снижением уровня в моче ММП-2, ММП-9, ТИМП-2 и непропорционально высокой активностью ПАИ-1 (см. рис. 4). Эти нарушения, по-нашему мнению, отражают дезадаптивное ремоделирование в почке и могут рассматриваться как критерий неблагоприятного прогноза, отражающий высокий риск формирования ТИФ и прогрессирование ПН.

У больных ХГН подобные изменения в системе ММП, в частности ММП-2 и ее ингибитора ТИМП-2, по мере формирования интерстициального фиброза отмечены нами и при иммуногистохимическом исследовании ткани почки [23]. Подобно мочевым показателям у больных с фиброзными изменениями в ткани почки экспрессия данных протеаз ослабевала. Эти данные еще раз подтверждают локально-почечное происхождение факторов протеолиза, выявляемых в моче у больных ХГН, и указывают на возможность использования «мочевых биомаркеров» ММП и ТИМП для оценки фиброза в ткани почки.

Информативными суммирующими биомаркерами степени дезадаптивного ремоделирования в почке, с нашей точки зрения, является уровень экскреции с мочой компонентов ВКМ — фибронектина и коллагена IV типа. Их уровень в моче у больных ХГН с ПН и подтвержденным ГС и ТИФ достоверно увеличивался (см. табл. 2), коррелируя с уровнем креатинина в сыворотке крови (Rs=0,70; p<0,001 — для фибронектина, Rs=0,48; p<0,005 — для коллагена). Это указывает на возможность использования в моче уровней коллагена и фибронектина в клинической практике для неинвазивной оценки выраженности фиброза в почке и, как отмечено ранее, в сердце.

В эксперименте установлено, что ключевая роль на всех этапах формирования фиброза в почке принадлежит АТ II через взаимосвязь с TФР-β₁ и ПАИ-I [25, 26]. Мы применили у больных с активными формами ХГН блокатор рецепторов АТ II (БРА) валсартан и оценили его способность влиять на механизмы ремоделирования в почке, что до этого в клинических условиях было мало изучено. Лечение проведено 37 больным ХГН: 16 без НС, 10 с НС, 11 с НС и ПН.

Через 3 мес приема валсартана в терапевтической дозе во всех группах больных ХГН наряду с антигипертензивным эффектом наблюдалось снижение суточной ПУ (рис. 5).

При этом у 7 из 11 больных ХГН с наиболее высокой активностью заболевания (с НС и ПН) через 3 мес лечения БРА наметилась тенденция к снижению уровня креатинина в сыворотке крови, а у 4 пациентов, которым терапия проводилась в течение 5 мес, снижение этого показателя было статистически значимым (см. рис. 5). Нами отмечено влияние валсартана и на молекулярные медиаторы фиброгенеза: во всех группах больных ХГН через 3 мес лечения наблюдалось достоверное снижение в моче исходно высокого уровня ПАИ-I, что сопровождалось значимым уменьшением экскреции с мочой фибронектина (см. рис. 5).

Таким образом, стало очевидным, что антифибротические эффекты некоторых традиционных лекарственных средств, применяемых в целях нефро- и кардиопротекции, в частности ингибиторов АПФ и БРА, реализуются в том числе через супрессию ЭпитМТ и ЭндМТ. Дальнейшая теоретическая разработка молекулярно-клеточных основ органного фиброза, в том числе уточнение медиаторов дисрегуляторной активации, дифференциации и выживаемости Мфб, открывает возможность целенаправленного («таргетного») влияния на эти процессы и намечает новые подходы к расширению арсенала средств нефро- и кардиопротекции у больных ХБП.