Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ПАРАТГОРМОН-РОДСТВЕННЫЙ ПРОТЕИН

Курзанов А. Н., Ледванов М. Ю., Быков И. М., Медведев В. Л., Стрыгина Е. А., Бизенкова М. Н., Заболотских Н. В., Ковалев Д. В., Стукова Н. Ю.,

7.4. Влияние паратгормон родственного протеина на гладкомышечные структуры мочевого пузыря

Существующие представления о роли паратгормон-родственного протеина (ПТГрП) в регуляции фукционального состояния мочевого пузыря базируются преимущественно на результатах немногочисленных экспериментальных исследований разных лет. Информация о причастности этого протеина к формированию дисфункций мочевого пузыря представлена практически единичными сообщениями. В одном из первых экспериментальных исследований посвященных анализируемому вопросу Yamamoto M. et al. (1992) получили доказательства того, что синтез ПТГрП в ткани гладкой мускулатуры стенки мочевого пузыря индуцируется ее механическим растяжением. Результаты экспериментов с использованием мочевого пузыря крысы в качестве модели расширяемого полого органа свидетельствуют, что уровни мРНК ПТГрП изменяются в ответ на растяжение стенки мочевого пузыря в процессе его наполнения. В нормальных условиях уровни мРНК ПТГрП в мочевом пузыре коррелируют с объемом мочи, и соответственно со степенью растяжения мочевого пузыря.

Если мочевой пузырь in vivo поддерживался пустым, то уровень мРНК ПТГрП постепенно снижался, в то время как при наполнении вследствие накопления мочи, уровень мРНК ПТГрП резко возрастал. Когда растяжение ограничивалось только частью мочевого пузыря, увеличение мРНК ПТГрП наблюдалось только в растянутой его части. Это позволило авторам сделать заключение, что роль ПТГрП в контроле сократимости стенки мочевого пузыря обеспечивается по принципу отрицательной обратной связи.

Всесторонний анализ экспрессии генов в модели функции накопления и опорожнения мочевого пузыря in vivo имеет потенциальные преимущества перед моделью in vitro, поскольку при этом учитываются как прямые рефлекторные, так и косвенные факторы, влияющие на транскрипционные изменения в мочевом пузыре, и в том числе растяжение мышц, изменение иннервации, гипоксию и гипоперфузию. Использование этой модели позволило подтвердить факт индукции экспрессии гена ПТГрП растяжением мочевого пузыря (Yamamoto M. et al., 1992).Важным результатом данного исследования явилась констатация того, что рецепторы ПТГрП, преимущественно локализованы в гладкой мускулатуре детрузора где происходит одновременно продукция ПТГрП, что указывает на возможность регуляторного воздействия этого протеина аутокринным и паракринным путем на гладкую мускулатуру. Эти исследования продемонстрировали, что уротелий не является основной мишенью для ПТГрП, поскольку в нем присутствует небольшое количество ПТГрП-рецепторов и уровень ПТГрП остается постоянно небольшим при наполнении мочевого пузыря.

Авторы исследования заключили, что взаимодействие протеина ПТГрП с ПТГ/ПТГрП-рецептором может индуцировать релаксацию гладкой мышцы детрузора в мочевом пузыре и эффекты ПТГрП реализуются через сигнальный путь аденилат-циклаза-cAMФ-протеинкиназа A. Другой вывод этого исследования состоит в том, что ПТГрП сильно подавляет спонтанное сокращение гладких мышц мочевого пузыря, проявляя лишь незначительное ингибирующее действие на холинергически-индуцированное сокращение мочевого пузыря. Иммуногистохимические исследования, проведенные в ткани растянутого мочевого пузыря, указывают на наличие иммунореактивности ПТГрП в клетках гладкой мускулатуры. Реактивность мочевого пузыря in vitro на экзогенный ПТГрП зависела от состояния мочевого пузыря in vivo на момент эксцизии. В мышечных полосках, полученных из опорожненного in vivo мочевого пузыря, ПТГрП-(1-34)-NH2 расслаблял сокращение детрузора, индуцированное карбахолом, дозозависимым образом, но не оказывал влияния на сокращение мышечных образцов из наполненного in vivo мочевого пузыря, которые имели высокую эндогенную экспрессию ПТГрП (Yamamoto M. et al., 1992).

Установлено, что экспрессия мРНК ПТГрП и рецептора с которым ПТГрП специфически связывается (ПТГ/ПТГрП-рецептор) доминирует в гладкой мускулатуре мочевого пузыря где уровень мРНК ПТГрП был более чем в 6 раз, а мРНК ПТГ/ПТГрП-рецептора в 4,4 раза выше чем в уротелии (Turner P.R. et al., 1998). В отличие от динамических изменений уровней ПТГрП, экспрессия транскрипта ПТГ/ПТГрП-рецептора оставалась относительно стабильной при растяжении мочевого пузыря. Показано, что секреция ПТГрП, индуцируемая в мочевом пузыре вследствие его растяжения, препятствует спонтанному сокращению гладкой мускулатуры детрузора, имеющей ПТГ/ПТГрП-рецептор, а также уменьшает амплитуду сокращения мочевого пузыря. Эти данные свидетельствуют о физиологическом значении взаимодействия ПТГрП с ПТГ/ПТГрП-рецептором в регуляции функции мочевого пузыря (Daifotis A.G. et al., 1992; Nishikawa N. et al., 2013).

Подтверждено присутствие в мочевом пузыре ПТГрП-иммунореактивности, увеличивающейся в ответ на его растяжение (Steers W.D. et al., 1998). Гипотеза о том, что продукция ПТГрП может быть увеличена исключительно растяжением, а не другими возможными переменными in vivo была проверена путем растяжения клеток гладкой мускулатуры мочевого пузыря и анализа культуральной среды для этого белка. В ответ на механическое растяжение секреция ПТГрП увеличилась в культуре клеток гладких мышц. Иммунорадиометрический анализ показал максимальные показатели секреции в течение первых восьми часов. Ингибитор синтеза белка циклогексимид ингибировал базальную и индуцированную растяжением секрецию ПТГрП. Констатировано, что повышенная секреция ПТГрП в ответ на растяжение гладких мышц является компонентом аутокринного действия, расслабляющего мочевой пузырь во время наполнения. Предполагается, что ПТГрП также может оказывать паракринное действие на сосуды, регулирующие кровоток во время наполнения мочевого пузыря, или может модулировать нейронную активность (Steers W.D. et al., 1998).

Нейрогуморальную модуляцию сократимости слизистой оболочки мускулатуры мочевого пузыря морских свинок в сопоставлении с мышечной недостаточностью детрузора продемонстрировали в недавней работе Lee K. et al. (2016). Мышечные структуры собственной пластинки слизистой оболочки располагались преимущественно параллельно с кровеносными сосудами. Хотя ПТГрП-рецепторы экспрессировались как в детрузоре, так и в слизистой оболочке, экзогенный ПТГрП (1 нМ) подавлял спонтанные сокращения в детрузоре, но не в слизистой оболочке. Для ингибирования сократимости слизистой оболочки потребовалась более высокая концентрация ПТГрП (10 нМ). Капсаицин (1 мкМ) отменил спонтанные сокращения в слизистой оболочке, но имел возбуждающее действие на сократительную способность детрузора. Совместная локализация мускулатуры слизистой оболочки с субуротелиальными микроциркуляторными структурами стенки мочевого пузыря предполагает, что спонтанные сокращения слизистой оболочки могут функционировать, чтобы предотвратить растяжение микрососудов при раслаблении стенки мочевого пузыря во время фазы накопления. Вероятно, именно ПТГрП избирательно подавляет спонтанные сокращения в детрузоре, но не в слизистой оболочке. Таким образом, эндогенный ПТГрП может значительно увеличивать наполнение мочевого пузыря без связанной с растяжением деформации сосудистых структур слизистой оболочки (Lee K. et al., 2016).

Nishikawa N. et al. (2013) исследовали физиологическую роль ПТГрП, в модели острого расширения мочевого пузыря у самок крыс. Растяжение мочевого пузыря, вызванное инфравезикулярной обструкцией, является часто встречающимся в урологической практике патофизиологическим состоянием, которое вызывает различные морфологические и функциональные изменения в мочевоом пузыре, включая ремоделирование матрикса, мышечную гипертрофию, декомпенсацию сократительной функции мочевого пузыря и его гиперактивность (Imamura M. et al., 2007; Imamura M. et al., 2009; Okutsu H. et al., 2011). Механическое растяжение гладкой мышцы (Adam R.M. et al., 2004; Yang R. et al., 2008) а также гипоксия с гипоперфузией (Okutsu H. et al., 2011; Saito M. et al., 2010) и другие стрессоры могут вызывать транскрипционные изменения, которые в конечном итоге приводят к миогенным изменениям в функции мочевого пузыря (Brading A.F., 1997).

В эксперименте на крысах доказано, что спонтанное сокращение нормального мочевого пузыря является очень локализованным асинхронным процессом (Hashitani H. et al., 2004), но оно становится более синхронизированным и имеет большую амплитуду после пересечения спинного мозга (Ikeda Y. et al., 2007) и обструкции мочеиспускательного канала (Drake M.J. et al., 2003). Такое спонтанное сокращение вызывает воспаление афферентного нерва в мочевых пузырях с гиперактивностью детрузора (McCarthy C.J. et al., 2009) и может лежать в основе аномального увеличения внутрипузырного давления (Meng E. et al., 2008). Ремоделирование мышц при острой или хронической обструкции мочеиспускательного канала часто связано с чрезмерной активностью детрузора при повышенной мышечной возбудимости и сократимости (Imamura M. et al., 2009; Okutsu H. et al., 2011).

ПТГрП может уравновешивать и уменьшать увеличенную сократимость мышц, чтобы избежать повреждения клеток, вызванного чрезмерным растяжением или метаболическим дисбалансом. Таким образом, ПТГрП является мощным эндогенным релаксантом сокращения мочевого пузыря, а аутокринный или паракринный механизм этого ПТГрП-индуцированного эффекта является физиологически релевантным путем, функционирующим в мочевом пузыре. Активацию взаимодействия ПТГрП с его специфическим рецептором ПТГ/ПТГрП предлагается рассматривать как потенциальный терапевтический подход для лечения патологических состояний, связанных с чрезмерной активностью детрузора или обусловленных снижением сократительной функции развивающейся вследствие инфравезикальной обструкции (Nishikawa N. et al., 2013).

В экспериментах на новозеландских белых кроликах Perez-Martinez F.C. et al. (2009) моделировали временную частичную обструкцию мочевого пузыря на 4-недельный срок с последующим устранением обструкции и исследованием продукции и локализации ПТГрП в различные сроки. Продукция и локализация ПТГрП были выявлены в мышцах и слизистой оболочке мочевого пузыря при помощи иммуногистохимичесих реакций с использованием ПТГрП-специфического антитела (Katazawa S. et al., 1992). В контрольной группе наблюдалась низкая экспрессия ПТГрП как в слизистой оболочке мочевого пузыря, так и в мышечных слоях. После 4-недельной обструкции у экспериментальных животных в мышцах и слизистой оболочке мочевого пузыря экспрессия ПТГрП была соответственно в 3,5 и в 2 раза выше, чем в контроле. Выраженное иммуногистохимическое окрашивание ПТГрП сохранялось в мышечном слое через 4 недели после снятия обструкции, но оно возвращалось к контрольному уровню через 8 недель после устранения обструкции. В слизистой оболочке, уровень ПТГрП возвращался к контрольному уровню через 4 недели. Это исследование показало, что ПТГрП увеличивается даже после временной обструкции мочеиспускательного канала и нормализуется после устранения инфравезикальной обструкции.

Таким образом существующая информация о взаимосвязи фукционального состояния мочевого пузыря и продукции в его структурах ПТГрП получена преимущественно в экспериментальных исследованиях. В единичных клинических исследованиях проводилось иммуногистохимическое выявление пептидных фрагментов ПТГрП в тканях нейропатического мочевого пузыря у пациентов с травмой спинного мозга. Показано, что в переходном эпителии нейрогенного мочевого пузыря выявляется повышенное положительное иммуногистохимическое окрашивание для ПТГрП (43-52) и, в меньшей степени для ПТГрП (127-138) по сравнению с уротелием здоровых добровольцев (Vaidyanathan S. et al., 1999). В другом исследовании иммуногистохимически выявляли присутствие ПТГрП в нормальной слизистой оболочке мочевого пузыря в контрольных случаях, в гиперпластическом переходном эпителии и при плоскоклеточной метаплазии в нейрогенном мочевом пузыре. Контрольная группа состояла из архивных биопсий, взятых при отсутствии патологии мочевыделительной системы. В контрольной группе переходный эпителий не показал иммунного окрашивания. Положительное иммуноокрашивание ПТГрП (1-34) наблюдалось в нейрогенных мочевых пузырях во всех биоптатах при нормальном строении переходного эпителия, в 85 % биоптатов при гиперпластическом переходном эпителии и в 80 % случаев при плоскоклеточной метаплазии уротелия. По мнению авторов это наблюдение открывает возможности для разработки инновационной терапии с использованием ПТГрП или его аналогов для коррекции нейрогенной дисфункции мочевого пузыря (Vaidyanathan S. et al., 2000).

Релаксация мышцы детрузора является фундаментальным условием нормального функционирования мочевого пузыря. Несостоятельность этого релаксационного механизма вызывает ухудшение состояния верхних мочевых путей в результате аномального повышения внутрипузырного давления (Ozkan B. et al., 2005). Такая патология обычно наблюдается в случаях с врожденными заболеваниями позвоночника или аномалиями развития мочевых путей, приводящими к инфравезикальной обструкции. Вышеприведенные данные литературы свидетельствуют, что ПТГрП является уникальным эндогенным релаксантом детрузора, который осуществляет свою
функцию через ПТГ/ПТГрП-рецепторы, локализованные в мышечной стенке мочевого пузыря. Предполагается, что подавление связывания ПТГрП с ПТГрП-рецепторами может быть одним из элементов патогенеза заболеваний мочевого пузыря.

Экспрессия ПТГрП-рецепторов в биоптатах мочевых пузырей без патологии и в мочевых пузырях после аугментационной пластики была исследована в отделении урологии Токийского женского медицинского университета (Nishikawa N. et al., 2015). Авторы установили, что цитоплазма мышечных клеток детрузора и кровеносных сосудов в контрольной группе окрашивается положительно на ПТГрП-рецепторы. Во всех аугментированных мочевых пузырях выявлено отрицательное окрашивание к ПТГрП-рецепторам в гладкомышечных клетках детрузора. Однако в большинстве образцов после аугментации выявлялось положительное окрашивание в мышечной стенке кровеносных сосудов. Если экспрессия ПТГрП-рецепторов незначительна, то такой мочевой пузырь может не реагировать на эндогенный ПТГрП, который функционирует как защитный релаксант против чрезмерного растяжения. Таким образом, изменение экспрессии ПТГрП-рецепторов может быть одной из причин избыточной емкости мочевого пузыря (Nishikawa N. et al., 2015). Что касается функциональной роли оси ПТГрП-ПТГ/ПТГрП-рецептор в мочевом пузыре, то не только уровень экспрессии ПТГрП, но и его рецептора вероятно в существенной мере влияют на функционирование и нормального и больного мочевого пузыря. Таким образом, нарушение взаимодействия ПТГрП с его специфическим рецептором может быть вовлечено в патофизиологические реакции мочевого пузыря (Nishikawa N. et al., 2015).

Вышеприведенная информация о взаимосвязи фукционального состояния мочевого пузыря и ПТГрП представлена в немногочисленных публикациях, содержащих результаты экспериментальных и клинических исследований. По мнению большинства процитированных авторов эффекты этого белка обеспечиваютя посредством паракринных механизмов. О системных влияниях ПТГрП на функционирование мочевого пузыря в литературе, доступной авторам этого раздела монографии, сведения отсутствуют. Роль ПТГрП в патогенезе нарушений сократительной функции мочевого пузыря проанализирована в недавнем обзоре (Медведев В.Л., Курзанов А.Н., 2018), в котором впервые выдвинуто предположение о том, что к числу причин, способствующих формированию функциональной недостаточности мочевого пузыря можно также отнести влияние на мышечные структуры детрузора хронически повышенного содержания ПТГрП, циркулирующего в кровотоке. Это предположение базируется на сопоставлении вышеописанных эффектов ПТГрП на фукциональное состояние мочевого пузыря, продемонстрированных как в эксперименте, так и в немногочисленных клинических исследованиях, а также на данных о системных влияниях ПТГрП на гладкомышечные структуры других органов и тканей.