От периферии стенки Клубочковых капилляров к центру заболевания

From the Periphery of the Glomerular Capillary Wall Toward the Center of Disease
Podocyte Injury Comes of Age in Diabetic Nephropathy
Gunter Wolf1, Sheldon Chen2 and Fuad N. Ziyadeh2

https://diabetes.diabetesjournals.org/content/54/6/1626.long

Диабетическая нефропатия является ведущей причиной терминальной стадии заболевания почек и клинически характеризуется протеинурией и прогрессирующей почечной недостаточностью.

Начиная с первого описания, сделанного Киммельстилом и Уилсоном (1), гистологические исследования были сосредоточены на увеличении мезангиального матрикса как основного поражения диабетической гломерулопатии. Кроме того, важным патофизиологическим событием при этом заболевании считается утолщение клубочковой базальной мембраны (ГБМ).

Эти патологические изменения были связаны с функциональными последствиями, впервые описанными в знаковых структурно-функциональных исследованиях, проведенных у пациентов с сахарным диабетом 1-го и 2-го типов (2-4).

В частности, расширение мезангиального матрикса тесно коррелирует как с протеинурией, так и с ухудшением функции почек.

Было высказано предположение, что накопление матрикса в мезангиальной области уменьшает площадь поверхности капилляров, доступную для фильтрации, тем самым способствуя прогрессирующей потере функции почек (2).

Почечная недостаточность может также возникнуть из-за выпадения нефронов вследствие тубулоинтерстициального фиброза (5), и этот процесс усугубляется вредными нисходящими эффектами протеинурии на канальцы (6).

Однако генез протеинурии при сахарном диабете не так легко объяснить связанным с ней расширением мезангиального матрикса.

Скорее, следует учитывать изменения барьера клубочковой фильтрации, который состоит из клубочкового эндотелия, ГБМ и подоцита (клубочковой висцеральной эпителиальной клетки). Широко распространенная эндотелиальная дисфункция, как полагают, приводит к протеинурии (7), которая усугубляется внутриглазным гемодинамическим стрессом (8).

Хотя она сильно фенестрирована, гломерулярный эндотелий мог представить некоторое затруднение к проницаемости протеина (9,10). Что касается ГБМ, то его заметное утолщение при диабете, возможно, связано с накоплением коллагена IV и изменениями в его архитектуре и составе (11), по-видимому, представляет собой более эффективный барьер для фильтрации белков, но на самом деле более пористый для белков (12).

В то время как потеря селективности заряда в ГБМ была предложена для частичного объяснения протеинурии (13), снижение отрицательно заряженных протеогликанов происходит поздно в ходе диабетической нефропатии, иногда долго после появления микроальбуминурии (14). Это приводит к выводу, что конечным барьером, ограничивающим белки плазмы в сосудистой системе, является щелевая диафрагма подоцита; однако до недавнего времени было проведено мало исследований по биологии подоцитов при диабете.

Подоциты при диабете

Появление усовершенствованных методов культивирования клеток, открытие ключевых подоцитоспецифических молекул и достижения в области трансгенной технологии произвели революцию в изучении подоцитов в здравоохранении и болезнях (15).

Целью настоящего обзора является обобщение появляющихся данных о том, что подоцитопатия играет ключевую роль в проявлениях диабетической гломерулопатии, расширяя “мезангиоцентрическую” догму диабетической гломерулярной болезни.

PODOCYTE BIOLOGY
Всестороннее описание биологии этой высокодифференцированной клетки выходит за рамки данной статьи, но необходимо базовое понимание того, как нарушение функции подоцитов способствует развитию диабетической нефропатии (15).

Подоциты вытягивают длинные выросты к гломерулярной базальной мембране, к которой они прикрепляются протеинами прилипания поверхности клетки такими как интегрин α3β1 и dystroglycan (16-18). Ножные отростки соседних подоцитов разделяются узкими промежутками (30-40 нм), которые перекрываются пористой мембраной, называемой щелевой диафрагмой.

Эти мембраны содержат поры, которые свободно проницаемы для воды и небольших растворенных веществ, но относительно непроницаемы для белков плазмы (19, 20). Таким образом, целостность щелевой диафрагмы является одним из основных детерминантов селективных свойств барьера клубочковой фильтрации, а знание ее молекулярной архитектуры поможет выяснить роль, которую щелевая диафрагма играет в протеинурии (15).

Крупным достижением стало открытие нефрина, ген которого мутировал при врожденном нефротическом синдроме финского типа, редкой форме наследственного нефроза, характеризующейся диффузным поражением ножек подоцитов (21).

Нефрин, трансмембранный белок с большой внеклеточной частью, самоассоциируется в молниеобразном расположении через гомофильную димеризацию, образуя молекулярный субстрат щелевой диафрагмы (22).

Другие белки, такие как подоцин и CD2-ассоциированный белок (CD2AP), взаимодействуют с нефрином в богатых холестерином областях цитоплазмы, называемых липидными плотами, и связывают нефрин с актиновыми нитями цитоскелета подоцитов (15,23). CD2AP связывает нефрин и подоцин с фосфоинозитид 3-он киназой, и этот комплекс обладает свойствами клеточной сигнализации, которые стимулируют Akt, Серин-треонинкиназу (24). Одна из мишеней индуцированного нефрином/CD2AP фосфорилирования-плохой, проапоптотический белок семейства Bcl — 2 (24).

При фосфорилировании Бад инактивируется и апоптоз не происходит. Таким образом, афферентная сигнализация, поступающая из интактных щелевых диафрагм, предотвращает апоптоз подоцитов (24,25), благоприятный эффект, учитывая, что терминально дифференцированные подоциты не пролиферируют и не легко заменяются (26). Неспособность подоцитов к пролиферации может быть вторичной по отношению к регуляции ингибиторных белков клеточного цикла, Р57 и р27 (22). Экспрессия p27 в культивируемых подоцитах может быть стимулирована высокой глюкозой, и это дополнительно предотвращает репликацию клеток (22).

Поскольку он обычно не делится, подоцит представляет собой один из последних неисследованных рубежей в исследовании культуры почечных клеток. Подоциты в первичной культуре могут быть потенцированы к возобновлению клеточного цикла, но они неизменно теряют свои дифференцированные характеристики. Кроме того, однородность клеток в первичной культуре сомнительна, поскольку гломерулярные париетальные эпителиальные клетки часто загрязняют культуру и перерастают подоциты (27). Чтобы обойти эти трудности, была разработана методика ”условного бессмертия " для получения чистой популяции подоцитов, которые могут либо размножаться, либо дифференцироваться (28). Метод включает введение онкогена, продукт гена которого чувствителен к температуре, например tsA58 вариант большого опухолевого антигена SV40 (TAg) (29). Белковые комплексы TAg с белками р53 и ретинобластомы отключаются, устраняя два основных барьера для прогрессирования клеточного цикла и позволяя подоциту размножаться в культуре. Когда дифференцированные подоциты необходимы для экспериментов, клетки могут быть «термошифрованы» к более высокой температуре, которая инактивирует tsA58, обратит бессмертие и позволит дифференцировке произойти.

ПОДОЦИТОПАТИЯ ПРИ ДИАБЕТИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНИ ПОЧЕК ЧЕЛОВЕКА

Эксперименты, проведенные 25 лет назад на диабетических крысах, описали расширение ножного отростка подоцитов (30), находка позже была подтверждена у пациентов с относительно развитой нефропатией вследствие сахарного диабета 1 типа (31). Более поздние исследования также описали увеличение ширины ножного отростка у больных сахарным диабетом 1 типа с микроальбуминурией, причем ширина ножного отростка напрямую коррелировала со скоростью экскреции альбумина с мочой (32).

В дополнение к расширению процесса стопы, количество и плотность подоцитов были сообщены, что заметно были уменьшены (подоцитопения) в диабетических пациентах, ли пораженный СД типа 1 или типом 2 (33 до 36). Хотя идеальный протокол подсчета подоцитов в биопсийных образцах еще не разработан, было высказано мнение, что современные морфометрические методы могут дать разумные приближения. Например, было подсчитано, что количество подоцитов значительно снижается даже при диабете небольшой продолжительности (33).

У индейцев Пима с сахарным диабетом 2 типа резко снижается плотность подоцитов, а оставшиеся ножные отростки расширяются для поддержания покрытия GBM (34, 37). Среди всех морфологических характеристик клубочков самым сильным предиктором прогрессирования почечной недостаточности было снижение количества подоцитов в каждом клубочке, причем меньшее количество клеток предсказывало более быстрое прогрессирование (38).

Кроме того, недавно проведенное морфометрическое исследование (36) у европейских больных сахарным диабетом 2 типа было показано, что уменьшение плотности подоцитов, а не абсолютное снижение их количества является более прогностическим признаком наличия и величины альбуминурии. Численная плотность подоцитов на клубочек была снижена у пациентов с микроальбуминурией и еще более снижена у пациентов с явной протеинурией (36). Поперечное исследование также сообщило о значимой обратной корреляции между протеинурией и количеством и плотностью подоцитов на один клубочек (39).

В соответствии с наблюдаемой потерей подоцитов при сахарном диабете, подоциты присутствовали в моче у 53% больных сахарным диабетом 2 типа с микроальбуминурией и у 80% с макроальбуминурией, в то время как нормоальбуминурические пациенты и здоровые субъекты контроля имели неопределимые уровни мочевых подоцитов (40). Интересно, что лечение ингибитором АПФ уменьшало количество мочевых подоцитов (40).

Подоцитопения может усугублять развитие протеинурии, поскольку оголенный ГБМ может вступать в контакт с капсулой Боумена и способствовать образованию синехий, что является начальной стадией в развитии гломерулосклероза (15). Морфологические изменения в подоците также, как полагают, вызывают протеинурию. При расширении ножного процесса уменьшение длины щелевой диафрагмы может препятствовать фильтрации воды и снижать скорость клубочковой фильтрации. Однако, если проницаемость протеина остается неповрежденной, то как постулировано в новаторской теории (41), количество белка по отношению к воде увеличивается в мочевом пространстве, и повышенная концентрация белка может превышать реабсорбционную способность канальца и проявляться в виде протеинурии. Заслуга этой теории заключается в том, что она примиряет парадокс увеличения протеинурии перед лицом снижения функции почек, характерной для диабетической нефропатии, но теория остается недоказанной и противоречивой (41). Тем не менее, ухудшение протеинурии может вызвать атрофию канальцев и интерстициальный фиброз, и эти необратимые тубулоинтерстициальные изменения вместе с гломерулосклерозом затем приводят к хронической почечной недостаточности (6).

Чтобы выявить более ранние функциональные нарушения в подоцитах, несколько недавних исследований были сосредоточены на экспрессии подоцитоспецифических белков у больных сахарным диабетом. Например, при сахарном диабете 1-го типа экскреция нефрина с мочой (нефринурия), выявленная при анализе Western blot, присутствовала у 30% пациентов с нормоальбуминурией, у 17% с микроальбуминурией и у 28% С макроальбуминурией, тогда как ни у одного из недиабетических пациентов нефринурия не была выявлена (42). Эти данные не были коррелированы с биопсиями, но они предполагают, что повышенный уровень мочевого нефрина приравнивается к раннему повреждению подоцитов, даже до наступления микроальбуминурии.

В другом исследовании (43) было обнаружено, что окрашивание нефрина было значительно уменьшено в биоптатах почек у нефропатических пациентов с сахарным диабетом 1 типа. В нескольких исследованиях оценивалась экспрессия мРНК нефрина и белка при сахарном диабете 2 типа. В целом, продукция белка нефрина была снижена у больных сахарным диабетом по сравнению с недиабетическими контрольными группами (44-46), а снижение содержания нефрина коррелировало с расширением ширины ножного отростка. Напротив, экспрессия CD2AP не была снижена в подоцитах у больных сахарным диабетом, что свидетельствует о том, что снижение нефрина не было связано с широко распространенной потерей или повреждением подоцитов (45); это подчеркивает важность нефрина в поддержании целостности подоцитов. Наконец, у больных сахарным диабетом 2 типа, получавших в течение 2 лет ингибитор АПФ Периндоприл, экспрессия мРНК нефрина была близка к нормальной по сравнению с недиабетическими контрольными группами; у пациентов, не получавших ингибитор АПФ, достоверно снижались транскрипты нефрина (46).

ДИСФУНКЦИЯ ПОДОЦИТОВ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ

Эксперименты на животных позволяют проводить повторный забор почечной ткани в течение длительного времени, обеспечивая продольную регистрацию развития диабетической нефропатии и эффективности фармакологических вмешательств. Серийные исследования (47 ) на почках от брюзгливого Цукера fa/fa у крыс, являющихся моделью сахарного диабета 2 типа, развивающего сегментоядерный гломерулосклероз, выявлено, что нефропатия начинается с повреждения подоцитов, проявляющегося в виде стирания ножного отростка и цитоплазматического накопления липидных капель. Раннее повреждение подоцитов предшествовало развитию гломерулосклероза и тубулоинтерстициального повреждения в этой модели (48). В стрептозотоцин-индуцированной диабетической крысе, модели диабета 1 типа, несколько исследований (49,50) сообщили о снижении числа подоцитов, расширении процессов стопы и снижении экспрессии нефрина.

АПОПТОЗ И/ИЛИ ОТСЛОЕНИЕ ПОДОЦИТОВ У ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ МОДЕЛЕЙ

Точная этиология потери подоцитов при сахарном диабете остается умозрительной, но можно предположить два механизма: апоптоз и отслоение клеток. Данные о первичной роли апоптоза как в человеческой, так и в экспериментальной диабетической нефропатии скудны ( 51 – 54 ). Однако апоптоз подоцитов может быть продемонстрирован в культуре клеток. Например, ангиотензин II (ANG II) индуцирует апоптоз в культивируемых клетках клубочкового эпителия крыс, и этот эффект опосредован системой трансформирующего фактора роста-β (TGF-β), поскольку он ингибируется антителом против TGF-β ( 55). У TGF-β1–сверхэкспрессирующих трансгенных мышей, хотя и недиабетических, подоцит подвергается апоптозу in situ вскоре после появления склеротического поражения в клубочке ( 56 ). Таким образом, повышенная внутриглазная активность TGF-β1, характерная для диабета , теоретически может быть ответственна за апоптоз ( 57), процесс, который может быть опосредован через Smad7, который ингибирует ядерную транслокацию ядерного фактора выживания клеток-kB ( 56, 58 ).

Другой механизм потери подоцитов при сахарном диабете может быть связан с отслоением подоцитов от ГБМ. Этот сценарий не исключает роли для апоптоза, так как клетки могут сначала отделиться, а затем подвергнуться апоптозу из-за прерывания сигналов жизнеспособности, возникающих в результате взаимодействия клетки с матрицей ( 17 ). Кроме того, обособленные клетки могут пролиться в моче в виде живых подоцитов ( 59 ). На самом деле, подоцитурия ухудшается с прогрессированием от нормоальбуминурии до микроальбуминурии до явной протеинурии ( 40). Потеря Анкориджа клетки к GBM может привести к от downregulation приемного устройства integrin α3β1, главным образом комплекса прилипания который прикрепляет podocyte к GBM ( 16 , 17 , 60 , 61 ). Несколько исследований (62-64) показали, что интегрин α3β1 снижается в подоцитах людей и крыс с сахарным диабетом. Кроме того , высокая концентрация глюкозы в культивируемых подоцитах крыс или человека снижает экспрессию интегрина α3β1 ( 62 , 64 ); это снижение регуляции, возможно, опосредовано повышенным уровнем TGF-β1 ( 65, 66 ).

РОЛЬ АНГ II В ЭКСПРЕССИИ НЕФРИНА И ПОВРЕЖДЕНИИ ПОДОЦИТОВ
Фармакологические вмешательства на животных моделях подтвердили мнение о том, что повышенная активность Анг II участвует в повреждении подоцитов при сахарном диабете. Ингибирование АПФ или при антагонизме 1 рецептора ослабляло расширение ножного процесса подоцитов у крыс с СТЗ-индуцированным сахарным диабетом ( 49 ). В другом исследовании (67) вовлекая СТЗ-индуцированную диабетическую крысу, терапия ингибитором АПФ, но не антагонистом рецептора эндотелина, предотвращала потерю подоцитов и повреждение подоцитов. Аналогично, ингибитор АПФ, но не аминогуанидин, ингибитор образования конечного продукта предварительного гликирования (возраст), ослаблял связанное с диабетом снижение экспрессии нефрина ( 50). Аналогично, антагонист рецептора АТ 1, но не блокатор кальциевых каналов Амлодипин, нормализовал сниженную экспрессию нефрина в подоцитах от спонтанно гипертензивных крыс с наложенным СТЗ-индуцированным диабетом ( 68, 69). Наконец, повреждение почек, возникающее у тучных крыс породы Цукер, более эффективно контролировалось при комбинированном лечении ингибитором АПФ и антагонистом АТ 1 рецептора, чем при любой монотерапии в отдельности ( 70). Таким образом, можно сделать вывод, что подавление экспрессии нефрина в подоцитах может быть вызвано повышением активности почечного ангиотензина II при сахарном диабете, но молекулярные механизмы этого явления изучены недостаточно.

Podocytes express the AT1 and probably the AT2 receptors after injury and therefore could respond to stimulation with ANG II (15,71). Transgenic rats with targeted overexpression of the podocyte’s AT1 receptor showed pseudocysts in podocytes, followed by foot process effacement and local detachment, with subsequent progression to focal segmental glomerulosclerosis (72). High glucose concentrations induce ANG II formation in podocytes through upregulation of angiotensinogen expression (15). Furthermore, ANG II production in podocytes can be activated by proteinuria, likely by the transit of proteins through the filtration barrier (73) and by mechanical stretch, which mimics the hemodynamic effects of intraglomerular hypertension (74). Interestingly, ANG II formation as a consequence of mechanical stretch appears to be independent of ACE (74). As an alternative to ACE for the conversion of ANG I to ANG II, chymase has been shown to be upregulated in the glomeruli of patients with nephropathy due to type 2 diabetes (75). Because chymase is not blocked by ACE inhibitors, glomeruli in the diabetic state may still generate ANG II despite ACE inhibition. Some evidence indicates that the increase in angiotensinogen expression is signaled by intracellular reactive oxygen species (ROS) (74). Oxidative stress is a leading initiator of cellular dysfunction in diabetes complications (76,77), and increased ROS generation can induce podocyte dysfunction (78,79).

РОЛЬ ПРОТЕОГЛИКАНОВ ГЕПАРАНСУЛЬФАТА
Снижение содержания ГБМ отрицательно заряженного ГСПГ способствует потере селективности заряда в барьере клубочковой фильтрации и прогрессированию протеинурии ( 80 , 81 ). Одним из потенциальных механизмов снижения синтеза протеогликанов de novo является повышенное образование АФК ( 81, 82 ). Хотя преобладающий протеогликан в GBM считался перлеканом, стало более ясно, что Агрин является более распространенным HSPG ( 83). Синтез протеогликанов происходит во всех трех типах клубочковых клеток, но подоциты являются особенно важным источником этих отрицательно заряженных молекул. На синтез протеогликанов в подоцитах дифференцированно влияют высокие уровни глюкозы окружающей среды и Анг II ( 83 , 84 ); высокая глюкоза подавляет продукцию основного белка агрина, тогда как Анг II снижает синтез основного белка и уменьшает сульфатацию его боковых цепей ( 83 , 84 ). Подоциты, подвергшиеся воздействию Анг II, уменьшают количество HSPG на своих клеточных поверхностях и во внеклеточном матриксе ( 83); эти результаты могут частично объяснить антипротеинурическое действие ингибиторов АПФ и блокаторов рецепторов ангиотензина при диабетической нефропатии.

РОЛЬ СОСУДИСТОГО ЭНДОТЕЛИАЛЬНОГО ФАКТОРА РОСТА
Потери нефрина и протеогликанов-не единственные патологические изменения, способствующие протеинурии при диабетической нефропатии. Сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF ), выживаемость и ангиогенный фактор с сильными микрососудистыми пермеабилизирующими свойствами ( 85), могут увеличивать проницаемость барьера клубочковой фильтрации к циркулирующим белкам. Наиболее убедительные доказательства того, что гиперэкспрессия VEGF участвует в протеинурии диабета, получены в исследованиях на диабетических крысах 1-го типа (stz-индуцированных) и диабетическом db/db типа 2 мыши. Нейтрализация VEGF системно введенным анти-VEGF антителом снижала экскрецию альбумина с мочой не менее чем на 50% по сравнению с нелеченным диабетическим контролем ( 86 , 87 ). Кроме того, VEGF индуцирует эндотелиальную синтазу оксида азота , тем самым способствуя вазодилатации и гиперфильтрации, которые характерны для ранней диабетической нефропатии ( 86, 88 ).

Экспрессия VEGF в клубочке наиболее выражена в подоцитах, а при экспериментальном сахарном диабете повышается экспрессия мРНК VEGF и белка ( 89 , 90 ). В культивированных подоцитах экспрессия VEGF может стимулироваться высокой концентрацией глюкозы (91), TGF-β1 ( 91, 92) и ANG II , действующим через АТ 1 и АТ 2 рецепторы ( 93, 94). Экспрессия гена VEGF также стимулируется транскрипционным фактором, называемым гипоксия-индуцибельным фактором — 1 (95 ). Мы продемонстрировали в клетках PC12, что экспрессия гипоксически индуцибельного фактора-1α стимулируется ANG II в посттранскрипционном механизме, включающем в себя AT 2 рецепторы (96). Это увеличение вызвано понижением регуляции пролилгидроксилазы (SM-20 / PHD3), фермента, ответственного за инициирование деградации индуцибельного к гипоксии фактора-1α ( 96). Upregulation подоцит-выведенного VEGF в мочеизнурении может зависеть от сигналов по потоку приемного устройства для времени, или гнева ( 90 ). Экспрессия RAGE повышена в подоцитах диабетических мышей db/db ( 90 ), а ингибирование возрастных взаимодействий RAGE с помощью растворимой терапии RAGE значительно подавляет экспрессию VEGF в почках и улучшает альбуминурию и гломерулосклероз ( 90). Предшественники возраста, такие как Амадори-гликированный сывороточный альбумин, могут опосредовать диабетическую протеинурию ( 97 ) и способствовать гломерулярной продукции перекиси водорода ( 98 ). Остается выяснить, стимулирует ли повышенная продукция АФК экспрессию VEGF в подоцитах.

Интригующая концепция, которая привлекла внимание, заключается в том , что подоциты не только продуцируют VEGF, но и действуют на VEGF ( 92, 99 ). Эта аутокринная петля VEGF может играть важную роль в биологии подоцитов, поскольку VEGF снижает внутриклеточную концентрацию кальция и защищает от цитотоксичности ( 99), возможно, через антиапоптотические действия нефрина ( 25 ). Эти цитопротекторные эффекты были обращены вспять, когда эндогенный VEGF был заблокирован либо ингибитором тирозинкиназы класса III PTK787/ZK222584 ( 99), либо моноклональным антителом против VEGF ( 25 ).

VEGF also stimulates the podocyte to produce the α3 chain of collagen IV, a principal ingredient of the GBM; this effect may be mediated by VEGFR-1 signaling (92). When endogenous VEGF secretion by podocytes was stimulated by TGF-β1 treatment, the production of α3 (IV) collagen increased (92). Blockade of endogenous VEGF action by a specific inhibitor of VEGF receptor kinases, SU5416, reduced the TGF-β1–induced expression of α3 (IV) collagen by ∼50%, establishing a pivotal role for the VEGF autocrine system in at least one aspect of the regulation of GBM composition by podocytes (92).

Можно предположить, что VEGF-стимулированная продукция подоцитами коллагена α3 (IV) способствует диабетическому утолщению GBM и его измененной перселективности. Экстраполируя результаты нашей работы in vitro на культивированные подоциты, мы лечили диабетических мышей db / db внутрибрюшинными инъекциями SU5416 в дозе 2 мг / кг массы тела, вводимыми два раза в неделю в течение 8 недель ( 100). Лечение SU5416, которое не имело побочных эффектов, значительно предотвращало сгущение ГБМ и альбуминурию, не влияя на уровень глюкозы в крови (100 и S. H. Sung, S. C., F. N. Z., неопубликованные данные). Эти данные с SU5416 сравнивают благоприятно с тем из антитела анти — VEGF в мышах db / db ( 87); однако, это исследование не сообщило влияние терапии анти — VEGF на сгущать GBM. О том, что SU5416 особенно благотворно влияет на подоциты, также свидетельствует сохранение белка нефрина, анализируемого с помощью иммуностейнинга (S. H. Sung, S. C., F. N. Z., неопубликованные данные). Уровни гломерулярного нефрина, которые обычно снижаются в мышах db/db, были восстановлены почти до нормы с помощью лечения SU5416 (S. H. Sung, S. C., F. N. Z., неопубликованные данные), предполагая, что сохранение нефрина представляет собой еще один механизм, с помощью которого блокада VEGF может улучшить диабетическую альбуминурию.

Роль TGF-β1
TGF-β играет важную роль в патогенезе диабетической нефропатии ( 101 ). Этот фиброгенный цитокин стимулируется диабетическим состоянием, увеличивается в почках во время диабета и способен воспроизводить гипертрофические и склеротические признаки диабетической болезни почек ( 102 ). Повышенные уровни TGF-β были измерены в гломерулах stz-индуцированных диабетических крыс методами микропунктуры ( 103 , 104), и был показаны, что транслоцирует внутриклеточный датчик signaling TGF-β, Smad3, в гломерулярные ядра диабетических мышей db / db ( 105), свидетельствуя о гиперактивности системы TGF-β при диабетической нефропатии. Ингибирование TGF-β панселективным нейтрализующим антителом у диабетических мышей db / db предотвращало диабетическую гипертрофию почек, расширение мезангиального матрикса и развитие почечной недостаточности ( 106 ). Однако, не было никакого значительного влияния на альбуминурию в диабетических мышах (106 ).

Четкая роль TGF-β в патогенезе диабетической альбуминурии в настоящее время не может быть установлена из-за противоречивых исследований. В недиабетических моделях гиперэкспрессия активного TGF-β1 у трансгенных мышей вызывала мезангиальное расширение, интерстициальный фиброз, почечную недостаточность и прогрессирующую протеинурию ( 107 ). Кроме того, увеличение проницаемости альбумина наблюдалось при воздействии ex vivo TGF-β1 на изолированные клубочки от нормальных крыс ( 108 ). Тем не менее, в наших исследованиях по диабетическому типу 2 db/db мышей, мы не смогли увидеть значительное уменьшение в альбуминурии после 8 недель обработки с нейтрализуя антителом анти — ТГФ-β, возможно потому что экспрессия ВЕГФ в коре почки была сдержана повышенной другими диабетическими факторами ( 106 ). Интересно отметить работу Бениньи и др. ( 109) в неинфекционированных СТЗ-индуцированных диабетических крысах показали, что один, но не другой вид антител к TGF–β значительно снижает протеинурию по сравнению с контрольным IgG. Тем не менее, любое антитело может потенцировать антипротеинурический эффект ингибитора АПФ, когда он дается в комбинации ( 109). Другие исследования показали, что когда часть сигнального пути TGF-β была избирательно ингибирована созданием нокаутирующей мыши Smad3, альбуминурия сохранялась, когда мыши были диабетическими с STZ ( 100 ). Однако другая когорта нокаутированных мышей Smad3 с другим штаммом фона показала значительное улучшение альбуминурии при СТЗ-индуцированном диабете ( 110). Тем не менее, обе диабетические модели Smad3 нокаута показали предотвращение расширения мезангиального матрикса (110 и S. C., S. H. Sung, N. J. Laping, F. N. Z., неопубликованные данные). Таким образом, можно диссоциировать альбуминурию от расширения мезангиального матрикса, и патогенез протеинурии может больше относиться к VEGF и нефрину, в то время как патогенез гломерулосклероза может иметь дело в большей степени с TGF-β и другими фиброгенными путями.

Подоцит также подвержен повышенному уровню и избыточной активности внутриглазного TGF-β при сахарном диабете. Как уже говорилось выше, отслойка подоцитов и/или апоптоз могут быть вызваны повышенной активностью TGF-β ( 55 , 58 , 62 ). Кроме того, TGF-β1 стимулирует экспрессию подоцитами α3 (IV) коллагена ( 91), но удивительно, что TGF-β1 подавляет продукцию как α1 (IV), так и α5 (IV) коллагена ( 91), важные исключения из догмы, что TGF-β является равномерно профибротическим. TGF-β1 также стимулирует экспрессию ПОДОЦИТАМИ VEGF (91) что в свою очередь повышает активность аутокринной петли VEGF со всеми сопутствующими эффектами ( 25, 92 , 99 ).

В отличие от других почечных клеток, подоциты могут не реагировать на диабетическое состояние повышением экспрессии ими TGF-β. Продукция TGF-β1 в культивированных подоцитах мыши значительно не была простимулирована высокой глюкозой (91) или ANG II (S. C., F. N. Z., неопубликованные данные). Вместо этого эти метаболические стимулы значительно повышали экспрессию рецептора TGF-β типа II (91 и S. C., F. N. Z., неопубликованные данные), который связывается с лигандом TGF-β и инициирует сигнальный каскад TGF-β (111). В теории, увеличение типа приемного устройства ИИ смогло сделать подоцит более чувствительным к повышенным уровням ТГФ-β в диабетическом государстве, и оно смогло увеличить взаимодействие паракрина между подоцитом и мезангиальной и/или гломерулярной эндотелиальной клеткой.

ВЫВОДЫ
Хотя патофизиология мезангиальных клеток уже давно считается главным фактором развития гломерулосклероза при сахарном диабете 1-го или 2-го типа, более поздние данные свидетельствуют о том, что подоциты также играют решающую роль в ранних функциональных и структурных изменениях диабетической болезни почек. С одной стороны, подоциты являются жертвами патогенетических событий, сопровождающих прогрессирование диабетической нефропатии, включая вредные эффекты высокой глюкозы, возраста, ангиотензина II, АФК, TGF-β и механического растяжения. С другой стороны, подоциты являются виновниками диабетической нефропатии в том, что снижение экспрессии нефрина может привести к расширению и стиранию подоцитов стопы, в то время как повышенная продукция VEGF может усугубить сгущение GBM и протеинурию, что приводит к атрофии канальцев и интерстициальному фиброзу ( Рис.2). 1). Многие из этих событий опосредованы Анг II, локальная концентрация которого повышается при диабетической болезни почек. Анг II в свою очередь подавляет нефрин и индуцирует экспрессию рецепторов TGF-β типа II в подоцитах, возможно, усиливая паракринные эффекты TGF-β, полученные из мезангия или гломерулярного эндотелия. Повышенная активность TGF-β может приводить к апоптозу и/или отслойке подоцитов с подоцитопенией и развитием прогрессирующего гломерулосклероза. Дополнительным следствием этого является избыточная активность VEGF, которая может усиливать гломерулярный гемодинамический стресс, изменять продукцию компонентов GBM и подавлять экспрессию нефрина, все дезадаптивные события, способствующие протеинурии ( Рис.2). 1).

Идеальная терапия для диабетической нефропатии остается неуловимой, но превосходный гликемический контроль и антагонизм ANG II стали основой нынешней терапии. Перспективные новые методы лечения, нацеленные на роль VEGF, TGF-β, нефрина, HSPG, гликированных белков и АФК, начинают появляться на горизонте. В связи с этим защита подоцитов будет иметь первостепенное значение в предотвращении развития и прогрессирования диабетической нефропатии.

ИНЖИР. 1.
Скачать рисунокОткрыть в новой вкладкеСкачать powerpoint
ИНЖИР. 1.
Обзор механизмов повреждения подоцитов, приводящих к диабетической нефропатии. Метаболические факторы в диабетической среде (TGF-β, высокая глюкоза, гликированные белки, АФК и Анг II) и гемодинамические факторы (через механическое растяжение) сходятся на подоците, чтобы увеличить продукцию VEGF и Анг II. Другие влияния включают upregulation типа II приемного устройства TGF-β и downregulation integrins α3β1 поверхности клетки. Подоцитарный VEGF, работающий в аутокринной петле, возможно, через сигнализацию VEGFR-1, стимулирует продукцию коллагена α3 (IV), приводя к сгущению GBM, и подавляет экспрессию нефрина, способствуя апоптозу и расширению/стиранию процесса стопы. Паракринное действие VEGF на эндотелий может повышать проницаемость клубочковых капилляров и расслаблять афферентный артериолярный тонус (через эндотелиальную синтазу оксида азота), создавая гемодинамические силы, которые могут повреждать подоциты. ANG II также подавляет экспрессию нефрина, и он уменьшает продукцию отрицательно заряженного HSPG. Анг II и высокая глюкоза регулируют рецептор TGF-β типа II и могут усиливать ответ подоцитов на паракрин TGF-β, например, поступающий из мезангиальной клетки. Взаимодействие рецепторов TGF-β / type II стимулирует продукцию внеклеточного матрикса подоцитом (способствуя сгущению GBM) и мезангием (приводя к расширению мезангиального матрикса). Система TGF-β в подоците также способствует апоптозу и снижает экспрессию интегрина, что может привести к отслойке подоцитов и подоцитурии. В результате вышеуказанных процессов подоцитопения, расширение ножного отростка с потерей нефрина, дисфункция ГБМ, снижение ГСПГ и гемодинамический стресс провоцируют или усугубляют диабетическую протеинурию. Ухудшение протеинурии в сочетании с профибротическими стимулами (на примере системы TGF-β) индуцируют гломерулосклероз и тубулоинтерстициальный фиброз, что неуклонно приводит к прогрессирующей почечной недостаточности