Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Медведев В. Л., Ледванов М. Ю., Курзанов А. Н., Быков И. М.,
1.1.2.3. Влияние паратгормон-родственного протеина на гемодинамику почек
Существующие данные подтверждают, что ПТГрП можно рассматривать как фактор регуляции морфофункционального статуса почки, который участвует в регуляции почечного кровотока и скорости клубочковой фильтрации, ограничивая биологическую активность сократительных стимулов в стенке артериальных сосудов почек. ПТГрП, относится к вазоактивным факторам, которые регулируют кровяное давление и почечную гемодинамикучерез изменения тонуса сосудов и секрецию ренина (Clemens T.L. et al., 2001), снижая тонус сосудов и повышая высвобождение ренина. ПТГрП экспрессируется в системной и почечной сосудистой сети. Почечная сосудистая сеть является важной мишенью для ПТГрП. То, что ПТГрП является сосудорасширяющим фактором, было впервые продемонстрировано в изолированной почечной артерии (Winquist R.J. et al., 1987) в изолированной перфузируемой почке (Musso M.J et al., 1989) и в изолированных почечных артериолах (Trizna W., Edwards R.M., 1991). С использованием модели расколотой гидронефротической почки у крыс, которая позволяет визуализировать внутрипочечные артерии in situ, было доказано, что ПТГрП (1-36) расширяет догломерулярные сосуды и увеличивает гломерулярный кровоток (Endlich K. et al., 1995). У нормальных анестезированных крыс интраренальная инфузия ПТГрП (1-36) увеличивала почечный кровоток, скорость клубочковой фильтрации и диурез. Введение ПTГрП вызывало вазодилатацию всех прегломерулярных сосудистых сегментов, в том числе афферентных артериол (Massfelder T. et al., 1996 a). Внутривенное введение ПТГрП здоровым людям в дозе, которая не влияет на системное кровяное давление и не вызывает гипотензивных эффектов, вызывало заметное (примерно на 40 %) увеличение почечного кровотока (Wolzt M. et al., 1997). Таким образом, ПТГрП (1-36) является одним из наиболее мощных почечных вазодилататоров у человека. Сообщалось, что ПТГрП (1-36) и ПТГ (1-34) индуцируют почечную вазодилатацию с аналогичной эффективностью (Endlich K. et al., 1995; Massfelder T. et al., 1996b; Musso M.J. et al., 1989; Winquist R.J. et al., 1987). Укороченные N-концевые фрагменты ПТГрП и ПТГ, являющиеся антагонистами их общего рецептора PTH1R, нивелируют реноваскулярные эффекты ПТГрП (1-36). Таким образом, ПТГрП (1-36) воздействует на почечную сосудистую сеть через PTH1R. Что касается сигнального пути PTH1R, было показано, что ПТГрП (1-36) стимулирует образование циклического АМФ в изолированных почечных микрососудах (Musso M.J. et al., 1989).
Индуцированная ПТГрП вазодилатация почек была продемонстрирована в исследованиях на крысах и кроликах с использованием препаратов почек in vitro (Musso M.J. et al., 1989 a, b). Было исследовано присутствие ПТГрП, в сосудистой сети почки человека и пути передачи сигнала, стимулированные во время ПТГрП-индуцированной вазодилатации почки кролика. В изолированной перфузированной почке кролика прямой ингибитор протеинкиназы ARp-cAMPS, вызывал сравнимое ингибирование ПТГрП-индуцированной вазорелаксации сосудов, предварительно суженных норадреналином. Почечная вазорелаксация и стимуляция аденилатциклазы в микрососудах почек подвергались сопоставимой десенсибилизации после воздействия ПТГрП. Ингибирование оксида азота (NO)-синтазы L-NAME, удаление NO имидазолиноксил-N-оксидом и ингибирование гуанилилциклазы метиленовым синим существенно снижало индуцируемую ПТГрП вазорелаксацию, отменяло вазорелаксацию, вызванную брадикинином, и не устраняло влияние на форсколин-индуцированную вазорелаксацию. Эффекты Rp-cAMPS и L-NAME не были аддитивными к индуцированной ПТГрП вазорелаксации. Повреждение эндотелия путем обработки почки антителом, связанным с фактором VIII, и комплементом, госсиполом или детергентом, не влияло на индуцированную ПТГрП или форсколином вазорелаксацию, но сильно уменьшало вызванную брадикинином вазорелаксацию. Напротив, повреждение эндотелия не изменяло ингибирующее действие L-NAME на вызванную ПТГрП вазорелаксацию. Исследования в изолированной перфузированной почке кролика продемонстрировали участие как циклического АМФ, так и оксида азота неэндотелиального происхождения в сосудорасширяющем действии ПТГрП (1-36) (Massfelder T. et al., 1996 b).
У нормотензивных крыс активация PTHR1 снижает реноваскулярное сопротивление. Однако у спонтанногипертензивных крыс стимуляция PTHR1 не оказывает подобного эффекта, но увеличивает пролиферацию клеток гладких мышц в этих сосудах (Massfelder et al., 2001, 2002).
Несмотря на сильные сосудорасширяющие свойства ПТГрП (1-36), его физиологическая функция в почечной сосудистой сети остается во многом неясной. Антагонисты PTH1R не влияли ни на исходный почечный кровоток у анестезированных крыс, ни на изолированную перфузируемую почку нормотензивных, а также гипертензивных крыс. Это указывает на то, что ПТГрП не влияет на тонус почечных сосудов в исходных условиях (Fiaschi-Taesch N.M. et al., 1998; Massfelder T. et al., 1996 a). Наблюдаемое снижение системного кровяного давления у трансгенных мышей, которые сверхэкспрессируют ПТГрП в гладких мышцах, указывает на то, что ПТГрП способен снижать сосудистое сопротивление (Maeda S. et al., 1999). Следовательно при определенных патофизиологических ситуациях внутрипочечная концентрация ПТГрП может быть достаточно высокой, чтобы вызвать почечную вазодилатацию. Известно, что несколько патофизиологических состояний сопровождаются повышенной экспрессией ПТГрП. Обнаружено, что почечная ишемия, воздействие циклоспорином и моделирование интерстициального повреждения увеличивают канальцевую продукцию ПТГрП (Garcia-Ocana A. et al., 1998; Largo R. et al., 1999; Soifer E.N. et al., 1993), который может воздействовать на соседние сосуды. Усиление экспрессии ПТГрП и длительная выживаемость после блокады ПТГрП были зарегистрированы при эндотоксическом шоке (Funk J.L. et al., 1996). Кроме того, ПТГрП может участвовать в гломерулярной гиперфильтрации при диабете и в компенсаторной гломерулярной гиперфильтрации из-за потери нефронов.
Показано, что ПТГрП (1-36) индуцирует секрецию ренина изолированной перфузируемой почкой крысы, непосредственно из юкстагломерулярных клеток (Saussine C. et al., 1993). В этих исследованиях ПТГ демонстрировал более низкую эффективность, чем ПТГрП, что ставит вопрос о том, вызывает ли ПТГрП высвобождение ренина посредством связывания сPTH1R. Сигнальный путь ПТГрП в юкстагломерулярных клетках изучен не полностью. Было доказано, что так называемый «парадокс кальция», свидетельствующий, что уменьшение, а не увеличение цитозольного кальция вызывает высвобождение ренина из юкстагломерулярных клеток, также подтвержден для процесса, индуцированного ПТГрП (Saussine C. et al., 1993). Поскольку юкстагломерулярные клетки являются миоэпителиальными клетками, допускается, что сигнальные пути ПТГрП сходны в юкстагломерулярных и сосудистых гладкомышечных клетках. Более того, повышенное производство циклического АМФ хорошо известно как общий внутриклеточный сигнал для секреции ренина в юкстагломерулярных клетках. Таким образом, ПТГрП может быть паракринным и/или аутокринным модулятором высвобождения ренина. Следует отметить, что клетки плотного пятна (macula densa), которые участвуют в контроле секреции ренина, как было показано, экспрессируют ПТГрП (Massfelder T. et al., 1996b; Yang T. et al., 1997). Поскольку сосудосуживающие средства и механическое напряжение активируют экспрессию ПТГрП (Hongo T. et al., 199; Noda M. et al., 1994; Pirola C.J. et al., 1993), ПТГрП может ограничивать супрессию ренина, опосредованную вазоконстрикторным и механическим воздействием. Существует гипотеза, что хронически повышенный ПТГрП косвенно увеличивает активность ренина плазмы через его анорексические эффекты, уменьшая потребление хлорида натрия (Atchison D.K. et al., 2012).
Как упоминалось выше, в физиологических условиях мезангиальные клетки не экспрессируют ни ПТГрП, ни PTH1R, а единственным источником ПТГрП в клубочках, по-видимому, являются подоциты. Однако сообщалось, что ПТГрП (1-34) оказывает расслабляющее действие на мезангиальные клетки в культуре, что, вероятно связано с цАМФ и G-белками, а также уменьшением фосфорилирования легкой цепи миозина (Bosch R.J. et al., 1999). Результаты этих исследований свидетельствуют о модулирующем влиянии ПТГрП на функцию клубочков путем противодействия эффектам вазоконстрикторных агентов на мезангиальные клетки. Более того, эти данные подтверждают мнение о том, что ПТГрП оказывает прямое релаксантное действие на мезангий, что может привести к увеличению как коэффициента клубочковой ультрафильтрации, так и скорости клубочковой фильтрации (Bosch R.J., 1999). Кроме того, мезангиальные клетки пролиферируют в ответ на ПТГрП (1-34) (Bosch R.J. et al., 1999; Soifer et al., 1993). Поскольку PTH1R не удалось обнаружить в мезангиальных клетках, было высказано предположение, что мезангиальные клетки обладают другим рецептором, взаимодействующим с ПТГрП (Bosch R.J. et al., 1999). Что касается роли ПТГрП в мезангиальных клетках, Largo R. et al. (1999) показали, что мезангий почек начинает экспрессировать ПТГрП на достаточно высоком уровне в экспериментальной модели тубулоинтерстициального повреждения. Таким образом ПТГрП может участвовать в мезангиальной пролиферации при гломерулосклерозе.
Подоциты экспрессируют как PTH1R, так и ПТГрП. Таким образом, ПТГрПдействует в подоцитах как аутокринный фактор. Более ранние исследования показали, что ПТГрП (1-34) стимулирует продукцию циклического АМФ в изолированных клубочках (Massfelder T. et al., 1993). Показано, что ПТГрП может активировать циклический путь AMP в подоцитахчерез PTH1R, но не увеличивает внутриклеточную концентрацию Ca2+ (Endlich N. et al., 2001). В то время как несколько условий, то есть ишемия, воздействие циклоспорином и тубуло-интерстициальные поражения почек, увеличивают экспрессию ПТГрП в канальцах, ничего не известно о стимулах, которые изменяют уровни ПТГрП в подоцитах. Исследование регионарной гемодинамики у крыс с использованием радиоактивных микросфер показало, что ПТГрП сохранял почечный кровоток, хотя артериальное давление снижалось (Roca-Cusachs A. et al., 1991). ПТГрП индуцировал вазодилатацию в изолированной перфузированной почке крысы цАМФ-зависимым путем, связанным с активацией PTH1R (Musso M.J. et al., 1989). Хотя релаксация была одинаковой in vitro на изолированных афферентных и эфферентных артериолах (Trizna W., Edwards R.M., 1991). ПТГрП увеличивал in vivo почечный кровоток и скорость клубочковой фильтрации, расширяя прегломерулярные сосуды, в то время как вазодилатация уменьшалась на эфферентной артериоле из-за сопутствующей ангиотензин II-индуцированной вазоконстрикции (Endlich K. et al., 1995; Massfelder T. et al., 1996). ПТГрП иPTH1R экспрессируются на всем протяжении внутрипочечного артериального русла. Введение экзогенного ПТГрП (1–36) увеличивает почечный кровоток и скорость клубочковой фильтрации у анестезированных крыс путем преимущественного расширения предгломерулярных сосудов (Endlich K. et al., 1995; Massfelder T. et al., 1996; Massfelder T. et al., 1996) (Massfelder T., Parekh N., 1996; Massfelder T., Stewart A.F., 1996). Кроме того, ПТГрП вызывает вазорелаксацию и высвобождение ренина в изолированной перфузированной почке (Musso M.J. et al., 1989; Saussine C. et al., 1993). ПТГрП стимулировал высвобождение ренина, воздействуя непосредственно на юкстагломерулярные клетки (Saussine C. et al., 1993). Культивируемые клетки гладких мышц артериальных сосудов экспрессируют как ПТГрП, так и PTH1R (Schordan E. et al., 2004). Сообщалось, что у мышей со сверхэкспрессией PTH1R имела место повышенная вазодилатация почек после увеличения объема и торможение вазоконстрикции в ответ на ангиотензин II (Noonan W.T. et al., 2003). Наконец, избыточная экспрессия PTH1R у нормотензивных и гипертензивных крыс индуцированная системной доставкой плазмиды кДНК PTH1R вызывала изменения артериального давления, тонуса почечных сосудов и активности ренина плазмы. (Fritsch S. et al., 2004; Massfelder T. et al., 2002).
Обнаружены тесные эндогенные взаимодействия, которые существуют между системой ПТГ/ПТГрП/PTH1R и ренин-ангиотензиновой системой. Установлено, что избыточная экспрессия PTH1R привела к снижению активности ренина плазмы крови. Это резко контрастирует с ранее описанным стимулирующим действием экзогенного ПТГ и ПТГрП на высвобождение ренина (Saussine C. et al., 1993). Гиперэкспрессия PTH1R у взрослых крыс глубоко изменяет реноваскулярную и ренин-ангиотензиновую системы. В целом, эти результаты подтверждают участие ПТГрП в регуляции почечной и системной гемодинамики. Действительно, различные вазоконстрикторы, включая ангиотензин II (AngII), эндотелин-1 (ET-1) и тромбин, индуцировали экспрессию гена ПТГрП в глакомышечных структурах сосудов крыс (Hongo T. et al., 1991; Pirola C.J. et al., 1993). Ранние исследования показали, что ПТГрП является регуляторным фактором тонуса почечных сосудов действующим через сложные механизмы (Massfelder T. et al., 1996; Vasavada R.C. et al., 1998; Saussine C. et al., 1993).
В исследовании с использованием премутантных мышей штамма ПТГрП (SM-/-), который обеспечивает контролируемый во времени нокдаун ПТГрП в гладких мышцах у взрослых мышей. Воздействие тамоксифеном индуцировало эффективную рекомбинацию флоксированных аллелей ПТГрП и уменьшало экспрессию ПТГрП в клетках гладких мышц сосудов у мышей ПТГрП (SM-/-) (Raison D. et al., 2013). Такой специфический нокдаун ПТГрП гладких мышц был использован для анализа вклада эндогенного ПТГрП врегуляцию сердечно-сосудистых и почечных функций у взрослых мышей с нормальной экспрессией PTH1R. Результаты исследования позволили авторам (Raison D. et al., 2013) констатировать, что условная инактивация ПТГрП в клетках гладких мышц сосудов вызывает почечные реакции, существенно отличающиеся от нефротропных эффектов, зафиксированных в работах, процитированных в начальной части данного раздела обзора. Нокдаун ПТГрП не изменял кровяное давление, но был связан с почечным фенотипом, характеризующимся сужением сосудов почек и уменьшением выделения ренина, что приводило к снижению скорости клубочковой фильтрации и фракции фильтрации. На самом деле концентрация ренина в плазме уменьшалась, а почечное сосудистое сопротивление увеличивалось. Снижение скорости фильтрации свидетельствует о том, что повышение прегломерулярного сосудистого тонуса было выше, чем у постгломерулярных артериол.
Исследование роли эндогенного сосудистого ПТГрП в почечной гемодинамической реакции, вызванной экспериментальной острой перегрузкой почек изотоническим раствором (SVE) показало, что у мышей с нокдауном ПТГрП в гладких мышцах SVE-индуцированная вазодилатация почек нарушается, а также уменьшается фракция фильтрации. У контрольных мышей объемная перегрузка вызвала увеличение почечного плазменного потока без изменения скорости клубочковой фильтрации предполагая, что вазодилатация произошла как на прегломерулярных, так и на постгломерулярных артериолах без изменения гидростатического давления в гломерулярных капиллярах. Этот ответ способствует восстановлению гомеостаза жидкости и натрия. Торможение этого ответа после условного нокдауна ПТГрП гладкой мускулатуры свидетельствует о том, что местно продуцируемый ПТГрП необходим для почечной гемодинамической реакции на объемную перегрузку. SVE может усиливать синтез ПТГрП в сосуде за счет повышения артериального давления, о чем ранее сообщалось в отношении почечных артериол гипертензивных крыс (Massfelder T. et al., 2002) или в результате stretch – стресса, обнаруженного в культуре гладкомышечных сосудистых клеток (Schordan E. et al., 2004). Интересно, что ПТГрП способен индуцировать вазодилатацию как на афферентных, так и на эфферентных артериолах после ингибирования системы ренин-ангиотензин (Endlich K. et al., 1995). Несколько механизмов ингибируют высвобождение ренина во времяо строй перегрузки почек изотоническим раствором (повышение артериального давления, перегрузка натрием, высвобождение натрийуретического пептида в предсердии) и противодействуют стимулирующему действию ПТГрП как такового. Вызванное SVE уменьшение фракции фильтрации является частью почечной реакции, которая способствует повышению экскреции натрия и воды. Представленные результаты демонстрируют, что сосудистый ПТГрП необходим для почечной гемодинамической реакции, чтобы управлять объемной перегрузкой и восстанавливать баланс жидкости и натрия. Вазодилатация почек, индуцированная эндогенным ПТГрП, необходима для этого гомеостатического ответа. В целом, представленные результаты свидетельствуют о том, что эндогенный сосудистый ПТГрП почек с нормальной экспрессией PTH1R способствует регуляции почечной гемодинамики. В этом отношении почечное сосудистое русло отличается от других сосудистых русел.
Показано, что сигнальные пути, включающие оксид азота, а также аденилатциклазу стимулируются во время вазодилатации, вызванной ПТГрП (1-34) в изолированной перфузируемой почке (Musso M.J. et al., 1989b; Simeoni U. et al., 1994). Эти данные являются прямым доказательством того, что экзогенный ПТГрП при отсутствии его системного эффекты, увеличивает почечный кровоток, скорость клубочковой фильтрации мочи в естественных условиях. ПТГрП и ПТГ были эквипотентными в увеличении почечного кровотока, и их реноваскулярные эффекты могли быть существенно ингибированы двумя различными структурными аналогами, что указывает на механизм опосредованный общим PTH1R рецептором (Massfelder T. et al., 1996).
Парадоксальные эффекты ПТГрП наблюдались и в крысиных ГТС-клетках, культивируемых из интраренальных небольших артерий. ПТГрП ингибирует пролиферацию через PTH1R-зависимый механизм и стимулирует пролиферацию через интракринный путь, который, по-видимому, включает в себя ядрышковую транслокацию белка (Massfelder T. et al., 2001). Важно отметить, что в этих исследованиях парадоксальные эффекты ПТГрП на клеточную пролиферацию были выявлены в почечных ГТС клетках, культивируемых из изолированных внутрипочечных артерий спонтанно гипертензивных крыс с установленной гипертензией в условиях рецептор-опосредованной стимуляции интракринного ингибирования клеточной пролиферации. Предполагается, что изменение паракринного пролиферативного эффекта обусловлено преимущественным связыванием PTH1R-рецептора с регуляторным белком Gi в клетках ГТС спонтанно гипертензивных крыс. Механизм, посредством которого стимулирующий пролиферацию клеток ГТС эффект ПТГрП парадоксальным образом трансформируется в ингибирующее действие в клетках почечной ГТС спонтанно гипертензивных крыс остается неясным, но предположительно отражает различия в деформации трофических эффектов, индуцируемых транслокацией пептида в ядрышко. Предполагается, что ПТГрП может участвовать в некоторых из этих событий, влияющих на различные пути между нормотензивными и генетически гипертензивными крысами. В совокупности эти данные показывают, что ПТГрП может играть роль регулятора отрицательной обратной связи гиперплазии стенки сосудов почки, которая способствует прогрессированию гипертензивного состояния в модели спонтанно гипертензивных крыс (Massfelder T. et al., 2001). Из этих результатов вытекает новая концепция, согласно которой одна молекула может оказывать противоположное воздействие на пролиферацию ГТС в физиологических и патофизиологических условиях. Эта концепция объясняет возможную роль ПТГрП в регуляции ремоделирования сосудистой стенки, которая может быть связана с локализацией белка или его фрагмента в ядре клетки in vivo (Clemens T.L. et al., 2001).