Клеточно-молекулярные механизмы прогрессирования гломерулонефрита

24.01.2018
Патологический иммунный ответ, вызывающий повреждение почечной ткани — клубочков, интерстиция и канальцев, во многих случаях со временем самостоятельно прекращается, что особенно четко прослежено на экспериментальных моделях нефрита. Воспалительная реакция, сопровождающая иммунное повреждение, заканчивается репарацией (заживлением), которая приводит к различным, порой противоположным, исходам — от полного восстановления структуры клубочков до глобального гломерулосклероза — основы прогрессирующей почечной недостаточности.

Механизмы репарации почечной ткани в ответ на иммунное (или другой природы) повреждение интенсивно изучаются, так же как и причины различий в исходах — восстановления или фиброза. Однако уже ясно, что эти процессы представляют собой местные почечные проявления общепатологических механизмов воспаления и фиброза.

Возможно, что различия между восстановлением и фиброзом являются просто различиями в продолжительности или интенсивности воздействия повреждающего фактора. Так, в условиях экспериментального повреждения клубочков, вызываемого инъекцией нефротоксических (анти-БМК) антител, однократное введение может сопровождаться полным восстановлением структуры клубочков, в то время как множественные инъекции вызывают прогрессирующий склероз. Исследования ранней фазы анти-БМК-нефрита, показали, что в течение первой недели после острого повреждения, вызванного введением анти-БМК-антител, в клубочках повышается уровень мРНК для нескольких белков внеклеточного матрикса, а затем происходит отложение соответствующих матриксных белков. Однако при отсутствии повторного повреждения эти ранние фиброзные изменения могут быть полностью обратимыми. При экстракапиллярном анти-БМК нефрите кроликов первоначально повреждается 90 % клубочков, 50 % восстанавливается до нормы, в 50% развивается фиброз.

Гломерулосклероз. Развитие прогрессирующего почечного фиброза представляется сегодня сложной цепью событий, включающей в себя:

• межклеточные взаимодействия гломерулярных и инфильтрирующих клубочки клеток крови, которые обеспечиваются выделением широкого ряда медиаторов, включая цитокины и факторы роста;

• последующее изменение функционального состояния гломерулярных клеток с развитием их пролиферации и избыточного накопления матрикса;

• развитие гломерулосклероза из-за недостаточной утилизации (резорбции) избытка матрикса.

В развитии и прогрессировании гломерулосклероза важнейшую роль играют мезангиальные клетки — специализированные перициты, обладающие сократительной, фагоцитарной и метаболической способностью, необходимой для поддержания целостности клубочка. В экспериментальных и клинических условиях гломерулярного повреждения мезангиальные изменения возникают рано и включают в себя пролиферацию мезангиальных клеток, расширение и склероз мезангиального матрикса. Расширение и склероз мезангия являются следствием стимуляции мезангиальных клеток фиброгенными факторами с повышением синтеза ими внеклеточного матрикса.

Склерозированию клубочков непосредственно или опосредованно способствуют инфильтрирующие клубочки — циркулирующие клетки крови — нейтрофилы, моноциты, лимфоциты, тромбоциты, а также интерстициальные фибробласты, проникающие через прорывы в капсуле Боумена. Установлено, что мононуклеарные лейкоциты (моноциты/лимфоциты) в зависимости от локализации в почечных клубочках продуцируют различный спектр цитокинов, регулирующих продукцию внеклеточного матрикса. Мононуклеарные лейкоциты, локализованные в просвете капиллярных петель (при нефротоксическом нефрите, НТН) продуцируют ИЛ-1/3, ФНОа и ТФРв, в то время как мононуклеарные лейкоциты, локализованные в мезангии (при пуромицин-аминонуклеозидном нефрозе, ПАН) — ИЛ-1pa, ФНОа и ТФРв.

Известно, что источником белков матрикса являются собственные клетки клубочков. Исследования in vitro выявили биосинтетический профиль этих клеток: мезангиальные клетки продуцируют коллаген I, III, IV и V типов, ламинин, фибронектин, протеогликаны, эпителиальные клетки клубочков — чаще всего белки базальной мембраны, коллагены IV и V типов, ламинин, протеогликаны. В период развития прогрессирующего гломерулосклероза происходит изменение фенотипа матрикса с появлением отсутствующих в норме матриксных белков. По данным

С.Ю. Богомазовой и соавт., хроническая стадия HTH и ПАН сопровождается выраженным накоплением мезангиального матрикса за счет коллагена IV типа и ламинина, для хронической стадии HTH в отличие от хронической стадии ПАН характерна выраженная гиперклеточность мезангия за счет пролиферации мезангиальных клеток и инфильтрации его мононуклеарными лейкоцитами. Избыток мононуклеарных лейкоцитов в мезангии приводит к появлению в мезангиальном матриксе интерстициальных коллагенов I и III типов, усиливая риск развития склероза.

Современные представления о регуляции фиброгенеза позволяют предположить, что различия между заживлением с восстановлением нормальной структуры и функции и развитием фиброза ткани являются следствием локального баланса между эндокринными, паракринными и аутокринными фаторами, которые регулируют пролиферацию и синтетическую функцию фибробластов. Особая роль в этом процессе принадлежит таким факторам роста, как трансформирующий фактор роста (ТФРв), тромбоцитарный фактор роста (ТцФР), основной фактор роста фибробластов (оФРФ), а также ангиотензину II, более известному по его гемодинамическим эффектам.

Наиболее убедительные данные о центральной роли факторов роста в патогенезе прогрессирующей почечной недостаточности получены для ТФРв, который впервые изучен при заживлении ран. При раневом процессе ТФРв высвобождается из тромбоцитов при их агрегации в ответ на повреждение ткани. Однако связывание тром-боцитарного ТФРв с другими типами клеток, включая мезангиальные, вызывает дальнейшее высвобождение ТФРв уже из этих клеток, усиливая процесс фиброзного заживления.

Эффекты ТФРв могут быть разделены на 4 группы:

• ТФРв обладает антимитотическим действием, подавляя пролиферацию паренхиматозных и соединительнотканных клеток;

• стимулирует продукцию коллагена и других белков, а также протеогликанов, которые формируют основное вещество соединительной ткани;

• подавляет секрецию протеиназ, участвующих в ремоделировании соединительной ткани;

• стимулирует продукцию интегринов — клеточных белков, которые важны для взаимодействия клеток с окружающей соединительной тканью.

В норме выделение ТФРв прекращается сразу же после начала процесса заживления. Однако, если нормальные контролирующие механизмы недостаточны и выделение ТФРв продолжается, перечисленные эффекты его действия, взаимодействуя между собой, вместо восстановления нормальной структуры ведут к образованию рубцовой ткани.

Роль ТФРв при почечных заболеваниях впервые изучена на анти-Thy-1-модели мезангиопролиферативного ГН, которая характеризуется выраженным накоплением мезангиального матрикса в фазу заживления. В выделенных клубочках был повышен синтез коллагена и протеогликанов гломерулярными клетками, а также уровень мРНК для ТФРв и выделение активного цитокина в культуральную среду. Добавление в культуральную среду антител против ТФРв практически полностью подавляло синтез коллагена и протеогликанов, что свидетельствует о регулировании ТФРв синтеза компонентов соединительной ткани. В следующей серии экспериментов введение крысам с индуцированным мезангиальным ГН антител против ТФРв полностью блокировало расширение мезангиального матрикса. Прямые доказательства того, что повышенный уровень ТФРв способствует развитию гломерулосклероза, получены в экспериментах с введением гена цитокина непосредственно в почки крыс.

Трансформирующий фактор роста и основной фактор роста фибробластов могут продуцироваться как в растворимом виде, так и экспрессироваться на поверхности плазматической мембраны клеток или связываться внеклеточным матриксом. Действие таких цитокинов осуществляется через прямые межклеточные и клеточно-матриксные контакты. Нами установлено, что матриксассоциированные формы оФРФ и ТФРв накапливаются в почечном клубочке в острой стадии HTH и ПАН, но в разной степени. Уровень образования мембраноассоциированных форм зависит от степени повреждения гломерулярных структур. Усиление образования матриксассоциированных форм оФРФ и ТФРв коррелирует с качественными и количественными изменениями состава внеклеточного матрикса и уровнем пролиферативной активности мезангиальных клеток при HTH и ПАН. Таким образом, образование матриксассоциированных форм цитокинов можно рассматривать как один из механизмов репаратив-ного процесса.

В хронической стадии HTH и ПАН (на фоне развития гломерулосклероза) происходит уменьшение содержания в почечном клубочке матриксассоциированных форм оФРФ и ТФРв до полного исчезновения оФРФ при ПАН. В хронической стадии HTH усиливается не только инфильтрация почечного клубочка моноцитами, на поверхности которых появляется экспрессия ИЛ-1, но и пролиферативная активность мезангиальных клеток. При ПАН инфильтрация почечных клубочков моноцитами и пролиферация мезангиальных клеток отсутствуют. Накопление моноцитов в зоне повреждения вызывает усиление пролиферации мезангиальных клеток и индуцирует извращенный синтез внеклеточного матрикса — в клубочках возникают отложения атипичного интерстициального коллагена I и III типов.

На основании этих данных предполагают, что уменьшение содержания матриксассоциированных форм оФРФ и ТФРв ниже контрольного уровня при экспериментальных гломерулопатиях с иммунным и неиммунным механизмом повреждения способствует развитию склероза. Появление на моноцитах мембраноассоциированного ИЛ-1 инициирует извращенный синтез внеклеточного матрикса, усиливая развитие склероза.

ТФРв также играет роль в развитии интерстициального фиброза. На модели экстракапиллярного ГН у кроликов перигломерулярный фиброз коррелировал с количеством ТФРв, проникающим через дефекты в капсуле Боумена из клубочков в интерстиций.

Мезангиальная гиперклеточность часто предшествует развитию мезангиального склероза. Считается, что она является следствием стимуляции мезангиальной пролиферации такими факторами роста тромбоцитарного и макрофагального происхождения, как ТцФР и оФРФ. ТцФР, как и ТФРв, видимо, вовлечен в аутокринный механизм, в котором стимуляция мезангиальных клеток ТцФР тромбоцитарного происхождения дает начало синтезу этого цитокина самими мезангиальными клетками. И опять, как в ситуации с ТФРв, самоусиливающаяся продукция ТцФР вызывает нарастающую пролиферацию мезангиальных клеток, если только не включается ингибирующий механизм, препятствующий действию ТцФР.

Прогрессирующее поражение почечных клубочков в модели «остаточной почки» у крыс, обычно объясняемое гемодинамическими механизмами, может в огромной степени зависеть от действия ТцФР, выделяемого вначале в клубочках активированными тромбоцитами, а затем поддерживаемого самоусиливающимся аутокринным механизмом. Мезангиальное окрашивание на мРНК и белок ТцФР в этой модели значительно повышено. Так же как и для ТФРв, введение гена ТцФР в клубочки крыс приводило к прогрессирующему гломерулосклерозу, однако в большей степени характеризовалось клеточной пролиферацией, а не расширением мезангиального матрикса.

Резорбция и утилизация отложившегося мезангиального матрикса происходят под действием выделяемых мезангиумом протеолитических энзимов. В нормальных клубочках имеются такие разрушающие матрикс энзимы, как сери-новые протеазы (активаторы плазминогена, эластаза) и матриксные металлопротеиназы (интерстициальная коллагеназа, желатиназа, стромолизин). Каждый из этих ферментов имеет естественные ингибиторы. Теоретически увеличение секреции фибринолитического фермента или уменьшение активности ингибитора может резорбировать ранее отложившиеся белки гломерулярного матрикса.

Относительно in vivo действия этих каскадов в период гломерулярного повреждения пока известно мало. В анти-Thy-1-модели ГН повышенный синтез коллагеназы сочетался с разрешением гломерулосклероза и, наоборот, сниженная активность гломерулярной коллагеназы в этой же самой модели сочеталась с прогрессирующим гломерулосклерозом. С.Ю. Богомазова и соавт. также наблюдали в нефротоксической и пуромицин-аминонуклеозидной моделях ГН в почечных клубочках параллельное с повышением уровня ТФР/3 усиление экспрессии тканевого ингибитора металлопротеиназ-1 (ТИМП-1), препятствующего процессу деградации внеклеточного матрикса. Это свидетельствует о том, что накопление внеклеточного матрикса происходит как за счет усиления синтеза ряда его компонентов, так и уменьшения их расщепления.

Представление о ведущей роли нарушений регуляции фиброгенеза в прогрессировании почечных заболеваний во многом объясняет гипотезу о важности гемодинамических факторов и гипертрофии клубочков. Хотя ангиотензин II (A-II) более известен как фактор, влияющий на сосудистый тонус, в настоящее время выяснено, что он является важным трофическим фактором для пролиферации гладкомышечных клеток сосудов и близких к ним мезангиальных клеток почечных клубочков. Недавно установлено, что A-II индуцирует синтез гладкомышечными клетками сосудов ТФРв, ТцФР, оФРФ и активирует ТФРв из его латентной формы. Пролиферация гладкомышечных клеток сосудов в ответ на A-II зависит от аутокринного действия ТФРв и оФРФ. Однако более высокий уровень ТФРв подавляет пролиферацию гладкомышечных клеток сосудов в ответ на A-II, способствуя вместо этого повышенному синтезу соединительной ткани. Это бимодальное действие ТФРв на пролиферацию сосудистых гладкомышечных клеток связано с его действием на ТцФР. ТФРв сам усиливает синтез ТцФР и в низких концентрациях повышает клеточную пролиферацию, однако в высоких концентрациях ТФРв подавляет экспрессию рецепторов для ТцФР, поэтому ингибирует его действие.

A-II оказывает также прямое действие — индуцирует синтез остеопонтина клетками канальцев, способствуя таким образом развитию тубулоинтерстициального фиброза, так же как и мезангиальной пролиферации и фиброзирования клубочков. Роль A-II как потенциально повреждающего фактора роста может частично объяснить наблюдения, сделанные на моделях гломерулярных заболеваний, когда использование ингибиторов АПФ защищало от прогрессирования болезни при отсутствии каких-либо изменений в гломерулярной гемодинамике или давления в клубочковых капиллярах. В этом отношении интересно то, что ингибиторы АПФ защищают также против активации ТФР/1 в канальцах при обструктивной уропатии, также как и против активации в канальцах остеопонтина при экспериментальных гломерулярных заболеваниях. Наконец, следует отметить, что низкобелковая диета, которая улучшает гломерулярную гемодинамику и снижает клубочковое внутрикапиллярное давление у крыс, также специфически редуцирует синтез в мезангиальных клетках мРНК для ренина и ТФРв.

Таким образом, гемодинамические последствия гломерулярной гипертрофии, вызванной потерей почечной массы, тесно переплетаются с механизмами продолжающегося в почках воспаления и фиброза через взаимодействие A-II, ТФРв и других факторов роста. Механизмы адаптации к потере почечной массы могут стимулировать выработку и действовать совместно с факторами, способствующими развитию фиброза.

Тубулоинтерстициальный склероз: роль в прогрессировании нефрита. Постоянная черта протеинурических форм нефрита — наличие одновременно с клубочковым и тубулоинтерстициального воспаления. До последнего времени оставалось неясным — является ли это реакцией на ишемическую облитерацию перитубулярных капилляров, которая развивается вслед за склерозированием клубочков, или же альбумин и другие белки, накапливаясь в просвете канальцев, действительно могут вызывать воспаление интерстиция. В последние годы установлено, что выраженная и длительная протеинурия действует на интерстиций как внутренний токсин, так как реабсорбция профильтрованных белков активирует эпителий проксимальных канальцев.

Эпителиальные клетки почечных канальцев, активно участвуя в клубочковом и тубулоинтерстициальном повреждении, играют центральную роль в прогрессировании почечного процесса. Установлены две причины, вовлекающие эти клетки в прогрессирование первичных гломерулярных заболеваний.

Прежде всего цитокины, продуцируемые клетками, инфильтрирующими почечные клубочки, могут в области рукоятки диффундировать в тубулоинтерстициальное пространство, где стимулируют синтез тубулярными клетками хемокинов, таких как MCP-1 (макрофагальный хемотаксический протеин-1). В свою очередь эти факторы вызывают развитие и распространение в интерстиции воспалительного инфильтрата.

Вторая причина связана с повреждающим действием стойкой протеинурии на проксимальные тубулярные клетки. В этом случае выраженная реабсорбция белка клетками проксимальных канальцев активирует лизосомальную ферментную переработку и антигенное представление белковых молекул с последующей активацией T-клеток хелперов. Помимо этого, активация тубулярных клеток в ответ на белковую перегрузку приводит к стимуляции генов воспалительных и вазоактивных веществ, таких как провоспалительные цитокины, MCP-1 и эндотелины. Эти вещества, синтезируемые в большом количестве, секретируются через базальные отделы тубулярных клеток и, привлекая другие воспалительные клетки, способствуют воспалительной интерстициальной реакции, которая при большинстве форм гломерулонефрита часто предшествует развитию нефросклероза.

Большое число гормональных медиаторов и фиброгенных цитокинов вырабатывается клетками канальцев и играет важную роль в прогрессировании почечного повреждения. Эти медиаторы включают в себя ангиотензин II, эндотелии, оксид азота, ТФРв, ТцФР, оФРФ и остеопонтин.

ТФРв остается наиболее важным фиброгенным цитокином, так как он усиливает синтез и подавляет разрушение матрикса, являясь сильным хемоаттрактантом для моноцитов и фибробластов. Главным источником продукции ТФРв при интерстициальном воспалении, видимо, являются интерстициальные и тубулярные клетки.

ТцФР также обладает фиброгенным действием и подобно ТФРв может трансформировать интерстициальные фибробласты в миофибробласты, выявляемые как интерстициальные клетки, экспрессирующие а-актин клеток гладкой мускулатуры. Интерстициальные фибробласты, помимо традиционно присутствующих в этой области, могут иметь и другое происхождение:

• тубулярные клетки, мигрирующие в почечный интерстиций, в местах повреждения дифференцируются и превращаются в фибробласты;

• периваскулярные клетки мигрируют в интерстиций и превращаются в фибробласты.

Ангиотензин II также вырабатывается тубулярными клетками; он стимулирует продукцию ТФРв в почечных тубулярных клетках и вызывает экспрессию ТФРв в фибробластах. Наконец, еще одним фиброгенным медиатором является эндотелии-1, который, помимо других резидентных клеток, экспрессируется клетками проксимальных и дистальных канальцев. Он способен стимулировать пролиферацию фибробластов почек человека и усиливать в фибробластах синтез коллагена.