Досягнення в розумінні та лікуванні діабетичної хвороби нирок: фокус на механізмах тубулоінтерстиціального запалення

Цукровий діабет є глобальним хронічним захворюванням, захворюваність на яке постійно зростає. Останні дані Міжнародної діабетичної федерації (IDF) передбачають, що до 2045 року понад 10,5% дорослих людей у всьому світі будуть хворіти на діабет, що призведе до ураження нирок у 100-250 мільйонів людей. Раніше панувала думка, що діабет, особливо діабет 2 типу, переважно вражає клубочкові структури нирок, стан, який називають діабетичною нефропатією (ДН). Однак, оскільки наше розуміння патогенезу, клінічних проявів і патологічних моделей ураження нирок при цукровому діабеті покращилося, у рекомендаціях Національної ниркової фундації з дослідження якості результатів захворювання нирок (NKF/KDOQI) у 2007 році було введено термін «діабетична хвороба нирок» замість діабетичної нефропатії. Tervaert та його колеги повідомили у 2010 році, що деякі особи з цукровим діабетом і ураженням нирок можуть не мати клінічних ознак альбумінурії. Однак у цих пацієнтів спостерігається порушення функції нирок та/або клінічні прояви канальцевої дисфункції, такі як нирковий канальцевий ацидоз.. Результати біопсії нирок показали переважне ураження канальців, інтерстицію та/або кровоносних судин, що супроводжується відносно нехарактерними змінами клубочків, такими як потовщення базальних мембран клубочків, розширення мезангіального матриксу та гломерулосклероз. Подальші дослідження підтвердили ці патологічні висновки. Навіть у пацієнтів з DKD, які переважно проявляють ураження клубочків, біопсія нирки виявила різні ступені тубулоінтерстиціального ураження. Ці висновки спонукали Американську діабетичну асоціацію (ADA) та NKF до консенсусу змінити термінологію з «діабетичної нефропатії» на «діабетична хвороба нирок» з наміром більш точно описати спектр порушень функції нирок, спричинених діабетом. Ця зміна підкреслює розвиток розуміння та визнання складної ролі ураження нирок у контексті діабету.

Рекомендуємо долучитись до семінару «Незвична комбінація — очевидна перевага та ефективність» про найсучасніші комбінації препаратів для лікування цукрового діабету.

Раніше вважалося, що DKD головним чином включає патологічні зміни клубочків. Однак нещодавні дослідження виявили тісний зв’язок між ступенем тубулоінтерстиціального ураження та прогресуванням функції нирок, а також прогнозом. Тубулоінтерстиціальні ураження можуть виникати незалежно від ураження клубочків. Клінічні дослідження припустили, що зниження швидкості клубочкової фільтрації (ШКФ) у пацієнтів з DKD без протеїнурії в основному пояснюється тубулоінтерстиціальним пошкодженням. Активація судинного ендотеліального фактора росту (VEGF) у поєднанні зі зниженим рівнем оксиду азоту (NO) може викликати вазоконстрикцію в малих кровоносних судинах. Підвищений артеріальний тиск і субоптимальний контроль рівня глюкози в крові, що призводить до механічного стресу, сприяє зниженню перитубулярного кровотоку, посилюючи гіпоксію. Ці висновки в сукупності свідчать про те, що пошкодження клітин проксимального канальцевого епітелію (PTECs) не тільки впливає на їх функціонування, але також поширюється на більш значні пошкодження клубочків, охоплюючи пошкодження подоцитів. Отже, пошкодження канальців може виникнути до пошкодження клубочків, що вимагає подальшого дослідження.

Точні механізми, що лежать в основі тубулоінтерстиціальних уражень при DKD, до кінця не вивчені. Однак імунне запалення визнано характерною ознакою, пов’язаною з розвитком і прогресуванням ушкодження канальців при DKD. На ранніх стадіях захворювання спостерігаються гіпертрофія та збільшення кількості клітин епітелію канальців, а також потовщення канальцевої базальної мембрани. Вважається, що ці фактори мають вирішальне значення для ініціювання та сприяння процесу тубулоінтерстиціального фіброзу. Тривала присутність високих рівнів глюкози в крові разом з ішемією та гіпоксією призводить до апоптозу канальцевих клітин, атрофії канальців та дегенерації. Запальна клітинна інфільтрація, збільшення продукції факторів запалення, інтерстиціальний фіброз, артеріосклероз інтерстиціальних дрібних артерій та гіалінові зміни в артеріолах також сприяють виникненню та прогресуванню уражень.

Рекомендуємо переглянути запис семінару «Цукровий діабет, дисліпідемія і серцево-судинні ускладнення: шляхи вирішення проблеми» від провідного спікера Геннадія Кочуєва!

Традиційно визнано, що гіперглікемія індукує глікозилювання регуляторних білків комплементу, згодом порушуючи їхню регуляторну здатність. Цікаво, що блокада комплементу або активності MCP-1 показала ефективність у полегшенні тубулоінтерстиціального пошкодження. Отже, припускають, що пошкодження канальцевих епітеліальних клітин може посилюватися підвищеними концентраціями активуючих компонентів у системі комплементу та пов’язаних з ним ендогенних регуляторних білків (таких як C3, C3a, C5a, C5b–9 та Crry). Крім того, певні компоненти системи комплементу мають хемотаксичні властивості, таким чином потенційно викликаючи запальну реакцію, яка завдає пошкодження тубулоінтерстицію. Вивільнення біологічно активних речовин, у тому числі трипсину, хімотрипсину, трансформуючого фактора росту-β1 (TGF-β1), реніну та фактора некрозу пухлини-альфа (TNF-α), у тубулоінтерстицій через дегрануляцію тучних клітин ще більше підсилює запалення нирок. Крім того, шлях комплементу (C3a) і шлях TLR, пов’язані з мікробними рецепторами розпізнавання паттернів, є додатковими каналами, через які може бути спровоковано запалення нирок.

Підвищений рівень глюкози відіграє ключову роль у сприянні тубулярного та інтерстиціального фіброзу. Під впливом ГГ та інших стимулюючих факторів PTEC зазнають фенотипічної трансформації, приймаючи міофібробластоподібний фенотип у межах тубулоінтерстицію. Одночасно ці клітини виробляють профіброзні фактори, такі як TGF-β1, який сприяє синтезу позаклітинного матриксу (ECM) і посилює пошкодження нирок. Слід зазначити, що TGF-β є ключовим цитокіном у стимулюванні фенотипічної трансформації епітеліальних клітин, а інші цитокіни, такі як інтерлейкін-1 (IL-1), регулюють продукцію TGF-β (59). TGF-β1 стимулює збільшення синтезу різних компонентів ECM, включаючи ламін, фібронектин (FN) і колаген типу IV, що призводить до надмірного виробництва ECM. Крім того, TGF-β1 перешкоджає експресії та активності матриксних металопротеїназ (MMP), які є ключовими для деградації ECM, одночасно збільшуючи експресію та активність інгібіторів MMP. Отже, ці дії разом сприяють розвитку тубулоінтерстиціального фіброзу. TGF-β1 додатково стимулює гіпертрофію ниркових клітин і накопичення ECM, служачи ключовим каналом, що призводить до тубулоінтерстиціального фіброзу. У нирковій інтерстиції конститутивно експресується рецептор фактора росту тромбоцитів-альфа (PDGFr-α). Експресія його ліганду, PDGF-CC, індукується через інфільтрацію моноцитів і макрофагів. Цей ліганд, своєю чергою, запускає каскад сигнальних шляхів, що охоплює Янус-кіназу/сигнальні перетворювачі та активатори транскрипції (JAK/STAT), PI3K, фосфоліпазу C-γ (PLC-γ) і MAPK, остаточно регулюючи експресію генів. Ці складні шляхи посилюють проліферацію фібробластів, міграцію та синтез ECM. Експерименти на мишах підтвердили, що переважна експресія PDGF-¬DD в інтерстиціальних фібробластах є очевидною як на ранніх, так і на пізніх стадіях запалення нирок. Крім того, PDGF-CC у перитубулярному капілярному ендотелії здійснює свій профіброзний вплив шляхом безпосередньої індукції проліферації фібробластів і посилення лейкоцитарної інфільтрації, що разом призводить до розвитку тубулоінтерстиціального фіброзу. Крім того, рівні HG стимулюють прозапальну, профіброзну та ангіогенну передачу сигналів у канальцях. Це спонукає до вироблення IL-6, CCL-2 і TGF-β, причому частина цієї відповіді опосередковується брадикініном (BK), опосередкованим сигнальним шляхом MAPK p42/p44.

Покращені кінцеві продукти глікації

AGE утворюються в результаті неферментативних реакцій між відновлюючими цукрами та білками, амінокислотами та іншими молекулами. Примітно, що проксимальний каналець служить основним місцем для реабсорбції AGE. Присутність AGE викликає експресію інтерлейкіну-8 (IL-8) і розчинного ICAM-1 у PTEC. Це, своєю чергою, сприяє інфільтрації запальних клітин у тубулоінтерстиціальний простір. AGE також здатні активувати Т-клітини CD4+ і CD8+, які проникають у мезенхіму та секретують цитокіни, такі як інтерферон-гамма (IFN-γ) і TNF-α. Ця запальна реакція, що супроводжується окислювальним стресом, сприяє запаленню тканин у нирковому середовищі. Отже, це запальне середовище призводить до порушення функції бар’єру капілярної стінки клубочка та підвищення проникності альбуміну. Крім того, AGE ініціюють активацію шляху PKC, згодом індукуючи експресію медіаторів запалення, включаючи ICAM-1, молекули адгезії судинних клітин (VCAM-1) і MCP-1. Це спостереження передбачає ключову роль PKC у контексті DKD.

Рекомендуємо переглянути запис семінару «Артеріальні гіпертензії ендокринного генезу» від провідного спеціаліста, кандидата медичних наук Костянтина Зуєва!

У контексті цукрового діабету збільшується кількість сайтів зв’язування AGEs у проксимальних ниркових канальцях. Зв’язуючись зі своїми рецепторами, AGE можуть індукувати вироблення TGF-β1. Після зв’язування з рецептором активний TGF-β1 переміщується в ядро шляхом рекрутування та фосфорилювання Smad, зокрема Smad2 і Smad3, тим самим регулюючи експресію генів, пов’язаних із виробництвом колагену. Кістковий морфогенетичний протеїн-7 (BMP-7) служить природним антагоністом TGF-β і має здатність протидіяти нирковому тубулоінтерстиціальному фіброзу, залучаючи шлях Smad1/5. Це передбачає утворення комплексів із Smad4, ядерну транслокацію та фосфорилювання Smad3. Крім того, варто зазначити, що Smad-незалежні сигнальні шляхи, пов’язані з TGF-β, також залучені, включаючи активацію p38 MAPK, c-Jun N-кінцевої кінази (JNK) і Rho. AGE стимулюють експресію фактора росту сполучної тканини (CTGF) в епітеліальних клітинах ниркових канальців. Сигнальний шлях ERK/p38-Smad3 взаємодіє з сигнальною віссю рецепторів епідермального фактора росту (ERGF)/p38-Smad3, суттєво сприяючи розвитку тубулоінтерстиціального фіброзу нирок. Важливо, що цей механізм працює незалежно від канонічного сигнального шляху TGF-β.

Метаболізм жирних кислот

Епітеліальні клітини канальців віддають перевагу виробленню енергії шляхом окислення жирних кислот (FAO) на відміну від метаболізму глюкози. Мітохондріальна окислювальна активність жирних кислот глибоко впливає на канальцеву реабсорбцію. Отже, метаболізм ліпідів і підтримка мітохондріальної функції проксимальних канальців мають величезне значення в клітинах ниркових канальців. Шкідливий вплив ліпотоксичності прискорює зниження функції канальців, підкреслюючи критичну роль відкладення ліпідів у ниркових канальцях, що пояснюється наступним чином:

• CD36-опосередковане відкладення ліпідів: трансмембранний глікопротеїн CD36, відповідальний за довголанцюговий транспорт жирних кислот, значно впливає на накопичення ліпідів у тканинах. Рецептор γ, активований проліфератором пероксисом (PPAR γ), ліганд-активований фактор транскрипції, регулює експресію та функціональність CD36. Дослідження демонструють, що HG активує сигнальний шлях протеїнкінази B/(AKT)-PPARγ, що призводить до підвищення мРНК CD36 і білка в епітеліальних клітинах канальців. Ця підвищена експресія CD36 посилює поглинання клітинами вільних жирних кислот, що в кінцевому рахунку сприяє зниженню життєздатності канальцевих клітин і відкладенню ліпідів. Націлювання на інгібування шляху AKT-PPARγ може мати терапевтичний потенціал для обмеження накопичення ліпідів у DKD.
• Nϵ-карбоксиметиллізин (CML) і RAGE-опосередковане накопичення ліпідів: CML, AGE, відіграє певну роль у ліпідному гомеостазі. ХМЛ зв’язується зі своїм рецептором RAGE, який експресується на поверхні епітеліальних клітин ниркових канальців. Ця взаємодія запускає внутрішньоклітинні сигнальні шляхи, які посилюють синтез холестерину через 3-гідрокси-3-метилглутарил-коензим А-редуктазу (HMG-CoAR) і підсилюють поглинання холестерину, опосередковане рецепторами ліпопротеїнів низької щільності (LDLr), через стрес ендоплазматичного ретикулуму (ERS). Одночасно ХМЛ зменшує відтік холестерину, опосередкований АТФ-зв’язуючим касетним транспортером A1 (ABCA1), спільно спричиняючи накопичення ліпідів у клітинах HK-2. Цей процес зрештою завершується утворенням трубчастих пінистих клітин.
• Кластерний сортувальний білок 2 (PACS-2) і накопичення ліпідів у канальцях: PACS-2, багатофункціональний сортувальний білок, який переважно експресується в ниркових канальцях, відіграє ключову роль у метаболізмі ліпідів. У дослідженнях за участю мишей із індукованим стрептозотоцином діабету та пацієнтів із DKD спостерігалося зниження рівня експресії PACS-2. Примітно, що специфічна для діабетичних канальців делеція Pacs-2 підсилює синтез ліпідів через посилену експресію стерол-О-ацилтрансферази 1 (SOAT1) і одночасне інгібування відтоку холестерину. Це посилене накопичення ліпідів у клітинах канальців сприяє прогресуванню екскреції альбумінурії та посилює ураження нирок.

Таким чином, накопичення внутрішньоклітинних ліпідів може ініціювати каскад подій, включаючи ERS, підвищене виробництво активних форм кисню (ROS) і стимулювання запальних реакцій. Феномен ліпотоксичності викликає мітохондріальну дисфункцію, спонукаючи епітеліальні клітини ниркових канальців приймати фіброзні фенотипи, що характеризуються підвищеним споживанням АТФ, загибеллю клітин, дедиференціацією та внутрішнім відкладенням ліпідів. Цей сукупний процес зрештою завершується розвитком тубулоінтерстиціального фіброзу.

Протеїнурія

За нормальних фізіологічних умов білки, які фільтруються з клубочка, зазнають майже повної реабсорбції в проксимальних канальцях. У контексті DKD поява мікроальбумінурії може бути пов’язана з порушенням здатності канальців реабсорбувати альбумін, а не в основному спричинена пошкодженням клубочків. Підвищена кількість відфільтрованих білків служить стимулом для сигнального шляху PTEC, що призводить до аномальних регуляторних реакцій, які охоплюють такі явища, як ріст тубулярних клітин, апоптоз, зміни в транскрипції генів і подальша індукція запальних факторів, які сприяють запаленню та фіброзу. Якщо розглядати з точки зору запалення, протеїнурія виступає як ключовий прозапальний стимул в активації NF- κB в клітинах ниркових канальців. Хемокіни та молекули адгезії, організовані через NF-κB-залежний шлях, також посилюються через надмірну кількість білків ультрафільтрації в проксимальних канальцевих клітинах. Таким чином, можна стверджувати, що активація NF-κB і транскрипція специфічних прозапальних хемокінів є ознаками прогресуючої DKD. Конкретним прикладом є хемокін 1 мотиву C-X3-C (CX3CL1), пов’язаний з мембраною хемокін, який стимулює регуляцію CX3CR1 у проксимальних канальцевих епітеліальних клітинах через NFκB та p38–MAPK-залежні шляхи. Подібним чином підвищена експресія хемокіну 5 мотиву CC (CCL5, також відомого як RANTES) очевидна у зразках біопсії нирок пацієнтів із цукровим діабетом 2 типу, що переважно спостерігається в клітинах ниркових канальців. Перевантаження білками викликає регуляцію CCL5, і ступінь експресії CCL5 у канальцевих клітинах безпосередньо пов’язаний з об’ємом протеїнурії та інфільтрацією інтерстиціальних клітин. Комбіновані ефекти CX3CR1 та CCL5 сприяють інтерстиціальному запаленню та прогресуванню захворювання. сприяючи рекрутуванню та адгезії моноцитів, Т-клітин і природних клітин-кілерів у перитубулярному інтерстиції. Слід зазначити, що дослідження Галкіної та ін. демонструє, що основним місцем рекрутування Т-клітин є строма, особливо підкреслюючи значне збільшення (у 6-10 разів) клітин CD4+, CD8+ і CD20+ в інтерстиції. Крім того, велика кількість клітин CD4+ і CD20+ корелює зі ступенем протеїнурії. Інфільтрація інтерстиціальних Т-клітин суттєво корелює зі ступенем протеїнурії, що вказує на імунопатологічний механізм, що лежить в основі, який сприяє прогресуванню протеїнурії та інтерстиціального запалення при DKD. Рівні VCAM-1 відповідають кількості імунних клітин, що проникають у нирки, і вони також пов’язані з тяжкістю та прогресуванням протеїнурії. Крім того, білок сечі може ініціювати пошкодження канальцевих клітин, активуючи систему комплементу та стимулюючи канальцеві клітини генерувати активні форми кисню.

Рекомендуємо переглянути запис семінару «Що потрібно знати про предіабет сімейному лікарю» від провідного експерта, професора Ольги Барни!

Рекомендуємо переглянути запис семінару  «Предіабет: лікувати чи ні?» від провідного спікера, професора Юлії Комісаренко!

Рекомендуємо переглянути запис семінару «Відновлення судомоторної функції в пацієнта з ЦД 1 типу на прикладі клінічного випадку» від спікера Надії Жердьової!

TGF-α1, β2 і β3 є найпотужнішими промоторами накопичення ECM, причому шлях Smad є ключовим у передачі сигналу TGF-β в межах DKD. Цей шлях відіграє вирішальну роль у накопиченні внутрішніх ниркових клітин і молекул ECM. Придушення ефектів, опосередкованих TGF-β, і фосфорилювання Smad2 може полегшити нирковий інтерстиціальний фіброз, атрофію канальців і покращити інфільтрацію клітин запалення та проліферацію фібробластів у мишей. BMP-7, природний антагоніст TGF-β, демонструє потужні захисні функції нирок, ефективно усуваючи нирковий фіброз на різних тваринних моделях. Однак клінічні випробування BMP-7 для лікування захворювань нирок на сьогодні не повідомляються.

Крім того, сфера традиційної китайської медицини (ТКМ) і фітотерапії виявила протизапальну дію. Пеоніфлорин, наприклад, демонструє здатність зменшувати інфільтрацію макрофагів і експресію запальних цитокінів, посилюючи функцію нирок і полегшуючи гістологічне пошкодження в нирках діабетичних мишей. Глікозиди триптеригіуму виявляють протизапальні властивості та ефективно запобігають розриву клубочкової мембрани, спричиненого окисненням, що, як наслідок, зменшує протеїнурію при гломерулонефриті та перешкоджає прогресуванню DKD. Хоча докази низької якості свідчать про те, що триптеригіум може бути потенційною додатковою терапією для лікування DKD, більшість цих досліджень залишаються обмеженими клітинним, молекулярним і тваринним рівнями, з відсутністю великомасштабних проспективних досліджень, спрямованих конкретно на канальці ураження та високоякісні патологічні докази, що підтверджують їх ефективність.

Ці потенційні терапевтичні цілі та шляхи передачі сигналів дають нові ідеї та шляхи лікування DKD. Майбутні дослідження повинні глибше вивчати терапевтичні ефекти та безпеку цих мішеней і шляхів.

Висновки

Підсумовуючи, дослідження тубулоінтерстиціального запалення при ДЗЗ привернуло значну увагу та значення. Розуміння основних механізмів і визначення потенційних терапевтичних цілей мають вирішальне значення для розробки ефективних стратегій лікування. Розпізнавання потенційних мішеней, включаючи білок TLR4, HMGB1, MCP-1, OPN, BMP-7 і Klotho, разом із ключовою роллю, яку відіграють сигнальні шляхи NF-κB і TGF-β/Smad, представляє багатообіцяючі шляхи для цільових втручань. З усім тим, необхідні подальші поглиблені дослідження, щоб всебічно вивчити тубулоінтерстиціальні запальні ураження при DKD і зібрати надійні докази, що підтверджують ці цілі та шляхи. Приділяючи пріоритет лікуванню тубулоінтерстиціального запалення, ми можемо покращити наше розуміння ДЗН, розробити інноваційні стратегії профілактики та лікування та, зрештою, покращити результати та загальну якість життя людей, уражених цією хворобою.

ДЖЕРЕЛО: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/