Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Медведев В. Л., Ледванов М. Ю., Курзанов А. Н., Быков И. М.,
1.1.3.6. Паратгормон-родственный протеин при воспалении и фиброзе почек
1
Воспаление включает в себя сложные молекулярные и клеточные механизмы, которые активируются против повреждающих факторов и обычно служат положительной биологической цели, но оно может иметь пагубные последствия при хронических патологических состояниях, таких как прогрессирующие заболевания почек (Chevalier R.L., 2006; Rees A.J., 2006; Remuzzi G., Bertani T., 1998). Воспаление играет ключевую роль в прогрессирующем рубцевании и фиброгенезе при различных заболеваниях почек (Remuzzi G., Bertani T.N., 1998; Chevalier R.L., 2006; Rees A.J., 2006; Strutz F., Neilson E.G., 2003). Тубулоинтерстициальное воспаление является ключевым событием при различных нефропатиях. Известно, что тубулоинтерстициальное воспаление способствует интерстициальному фиброзу и прогрессированию повреждения почек (Strutz F., Neilson E.G., 1994; Strutz F., Neilson E.G., 2003). После повреждения почек тубулоэпителиальные клетки начинают сверхэкспрессировать провоспалительные цитокины и хемокины, которые способствуют миграции моноцитов/макрофагов и Т-лимфоцитов в почечный интерстиций (Muller G.A. et al., 1992; Rees A.J., 2006). Как инфильтрирующие лейкоциты, так и поврежденные тубулоэпителиальные клетки активируют и индуцируют пролиферацию резидентных фибробластов в тубулоинтерстициальном компартменте. Тяжелое и длительное повреждение определяет устойчивую активацию провоспалительных путей, связанных с избыточной экспрессией профиброгенных цитокинов тубулоинтерстициальными клетками, что приводит к фиброгенезу и потере почечной функции (Strutz F., Neilson E.G., 2003).
Установлено что ПТГрП может действовать как провоспалительный фактор при различных патофизиологических состояниях (Martin-Ventura J.L. et al., 2003). Показано, что ПТГрП может выступать в качестве важного индуктора провоспалительных цитокинов, а именно фактора некроза опухоли и интерлейкина-6, при полиорганном воспалении (Funk J.L., 2001). Продемонстрировано, что ПТГрП активирует ядерный фактор NF-kB и экспрессию NF-kB-зависимых цитокинов и хемокинов и в том числе IL-6 и хемоаттрактантного белка-1 моноцитов (MCP-1) в различных типах клеток (Guillen C. et al., 2002; Martin-Ventura J.L. et al., 2003). Показано, что NF-κB-связанные факторы, по-видимому, играют важную роль в воспалении, связанном с повреждением почек (Gomez-Garre D. et al., 2001; Lee F.T. et al., 2004; Guijarro C., Egido J., 2001; Morrissey J.J., Klahr S., 1997).
Повреждение мезангиальных клеток (MC) является характерной чертой гломерулонефрита. Активированные MC секретируют медиаторы воспаления, которые вызывают апоптоз клеток. ПТГрП является локально активным полигормоном, который повышает выживаемость клеток и активируется провоспалительными факторами во многих типах клеток. Резудьтаты исследования регуляции экспрессии ПТГрП провоспалительными цитокинами и оценка роли, самогоПТГрП в качестве провоспалительного фактора или фактора выживания мышиных мезангиальных клеток в культуре показали, что IL-1β и TNF-α быстро и временно повышали экспрессию ПТГрП в MC (Hochane M. et al., 2018). Эффекты IL-1α были как транскрипционными, так и посттранскрипционными со стабилизацией мРНК ПТГрП человеческим антигеном R. Массивы профиля протеома показали, что сам ПТГрП усиливал цитокины в клеточных лизатах, главным образом, IL-17, IL-16, IL-1α и IL-6. ПТГрП также стимулировал устойчивую экспрессию хемокинов, в основном регулируемых активацией экспрессируемых и секретируемых нормальных Т-клеток (RANTES)/CC-хемокина 5 (CCL5) и макрофагального воспалительного белка-2 (MIP-2)/CXC-мотива хемокинов 2 (CXCL2),/тимусом и активацией регулируемый хемокин (TARC-thymus and activation regulated chemokine)/CCL17, и индуцируемый интерфероном α-хемоаттрактант Т-клеток (I-TAC)/CXCL11. Более того, ПТГрП заметно усиливал экспрессию циклооксигеназы-2 (ЦОГ-2) и вызывал его автоиндукцию посредством активации пути NF-κB. ПТГрП индуцировал выживание MC через продукты COX-2, а избыточная экспрессия ПТГрП в MC уменьшала апоптотические эффекты IL-1β и TNF-α. В целом, эти результаты подтверждают, что ПТГрП действует как стимулятор воспалительных процессов в клубочках и может быть компонентом отрицательной обратной связи, сохраняющей выживаемость MC (Hochane M., 2018). Таким образом ПТГрП может способствовать воспалению, пролиферации и выживанию MC (Hochane M. et al., 2013).
В той же лаборатории исследовали экспрессию и роль ПТГрП в воспалении и заживлении клубочков в экспериментальной модели гломерулонефрита, вызванной внутривенной инъекцией мышам яда змеи Хабу (Hochane M. et al., 2018). Временной анализ показал выраженное повреждение почек в первые дни после введения яда и начало выздоровления в течение 7 дней. Гломерулярная экспрессия ПТГрП (транскрипта и белка) наблюдалась на ранней стадии после введения яда (с 1-го по 3-й день) наряду с воспалительной реакцией. Инактивация секретированного ПТГрП с помощью ПТГрП-нейтрализующего антитела снижала экспрессию маркеров локального воспаления (хемотаксического белка макрофага-1; циклооксигеназы 2; IL-6 и инфильтрации макрофагов) и отменила экспрессию самого ПТГрП. Кроме того, пролиферация клубочковых клеток была заторможена, как и процесс заживления. Эти результаты показали, что ПТГрП обладает антиномическим действием при гломерулонефрите, участвуя как в провоспалительных состояниях, так и в процессе заживления. Эти данные раскрывают существенную роль ПТГрП в раннем восстановлении клубочков в экспериментальной модели гломерулонефрита.
В экспериментах, проведенных (Ramila D. et al., 2008) исследовали функциональные последствия хронической активации ПТГрП в почках мыши после односторонней обструкции мочеточника, характеризующейся ранним воспалительным ответом почек (Chevalier R.L., 2006; Esteban V., Lorenzo O. et al., 2004). Результаты экспериментов с моделированием почечного воспаления на мышах с односторонней обструкцией мочеточника–показали критическую роль ПТГрП в этом состоянии (Ramila D. et al., 2008). Было обнаружено, что ПТГрП активируется даже у мышей с повышенной экспрессией ПТГрП. В отличие от предыдущих наблюдений при ишемическом или нефротоксическом повреждении почек (Ramila D. et al., 2008), PTH1R не подавлялся после обструкции мочеточника у мышей. Кроме того установлено, что после обструкции мочеточника PTHrP активирует некоторые провоспалительные факторы в тубулоэпителиальных клетках и способствует миграции моноцитов/макрофагов. Увеличение нескольких провоспалительных факторов, а именно: белка-хемоаттрактанта моноцитов 1 (МСР-1), рецептора МСР-1 CCR2 (рецептор хемокинов (мотив С-С2), хемокина, выделяемого T-клетками при активации хемоаттрактанта для моноцитов (RANTES), IL-6 и молекулы клеточной адгезии, присутствующей на мембранах лейкоцитов (ICAM-1) было более значительным, связанным с более выраженным повреждением канальцев, у мышей с повышенной экспрессией ПТГрП, чем у контрольных животных. Индукция экспрессии MCP-1, RANTES, IL-6 и CCR2 с помощью ПТГрП зависела, по-видимому, от активации как сигнального пути ERK (extracellular signal-regulated kinase), так и NF-κB в тубулоэпителиальных клетках. Это убедительно свидетельствует о том, что эти внутриклеточные пути участвуют в механизмах, посредством которых ПТГрП может способствовать воспалению почек. Более того, ERK-опосредованная активация NF-kB, по-видимому, является важным механизмом, посредством которого ПТГрП вызывает воспаление почек. Подавление эффектов повышенной продукции ПТГрП на активацию провоспалительных факторов с помощью антагониста ангиотензин 1 рецептора лозартана, который как ранее было показано, устраняет активацию ПТГрП, вызванную нефротоксическим острым повреждением почек у крыс (Ortega A. et al., 2005) было столь же эффективным, как и влияние ПТГрП (7-34), являющегося антагонистом PTH1R, в ингибировании воспаления в почке мышей с обструкцией мочеточника. Эти данные позволили авторам анализируемого исследования предположить, что ПТГрП может рассматриваться как новый маркер воспаления и потенциальная терапевтическая мишень в поврежденной почке (Ramila D. et al., 2008). Наконец, поскольку устойчивое почечное воспаление тесно связано с фиброгенезом, эти данные указывают на то, что ПТГрП является вероятным провоспалительным и профиброгенным фактором в поврежденной почке.
Прогрессирование хронического заболевания почек характеризуется непрерывным накоплением и отложением внеклеточного матрикса, что приводит к распространенному фиброзу тканей. Считается, что почечный интерстициальный фиброз является общей характеристикой хронических заболеваний почек, приводящих к терминальной стадии почечной недостаточности (Liu Y., 2004).Интерстициальные фибробласты являются основным типом клеток, ответственных за фиброгенез, процесс, в результате которого эти клетки пролиферируют и становятся активированными миофибробластами (Ardura J.A. et al., 2008). Известно, что фиброз почки индуцируется как тубулоэпителиальными, так и инфильтрирующими клетками, а также секрецией матриксных соединений, как активированными фибробластами, так и тубулярными клетками. Повышенный синтез и отложение матрикса, а также потеря целостности тубулярной структуры являются первостепенными событиями на более поздних стадиях фиброгенеза (Fan J.M. et al., 1999).
Тубулоинтерстициальный фиброз является первостепенным событием в прогрессировании хронической почечной патологии. Фиброгенный процесс характеризуется атрофией канальцев и накоплением белков внеклеточного матрикса, включая фибронектин, коллагены типов I, III, IV и V, а также ламинин (Chevalier R.L., 2006; Nangaku M., 2004). Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что приток макрофагов в почечный интерстиций является ключевым шагом в развитии хронического воспаления и последующего интерстициального фиброза в поврежденной почке (Vielhauer V. et al., 2001). Фиброгенез также сопровождается увеличением пролиферации почечных интерстициальных клеток и их трансформацией в миофибробласты, основные эффекторные клетки в этой ситуации (Lewis M.P., Norman J.T., 1997; Sato M. et al., 2003). В поврежденной почке миофибробласты могут образовываться из резидентных фибробластов и из циркулирующих клеток, происходящих из костного мозга, а также посредством эпителиально-мезенхимального перехода (EMT), процесса, в результате которого тубулоэпителиальные клетки становятся продуцирующими матрицу миофибробластами (Kalluri R., Neilson E.G., 2003; 27Liu Y., 2004).
Посредством трансдифференцировки α-SMA-позитивных миофибробласто в эпителиальные клетки почечных канальцев продуцируют ряд воспалительных и фиброгенных цитокинов, таких как трансформирующий фактор роста бетта 1 (TGF-β1) и фактор роста соединительной ткани, которые участвуют в дальнейшем развитии почечного интерстициального фиброза (Abbate M. et al., 2002). TGF-β1 является профиброзным регулятором, который может стимулировать эпителиальные клетки канальцев к прохождению эпителиальной мезенхимальной трансдифференцировки, тогда как фактор роста соединительной ткани был признан одним из важных факторов, которые опосредуют фиброзную активность TGF-β1 (Border W.A., Noble N.A., 1997) и как общий фактор, участвующий в развитии почечного интерстициального фиброза (Ito Y. et al., 1998). Исследования показали, что канальцевые эпителиальные клетки подвергаются критической трансформации по механизму эпителиально-мезенхимального перехода (Strutz F. et al., 1995). Показано, что фибробласты возникают в большом количестве локально посредством EMT (Iwano M. et al., 2002) и такие трансдифференцирующие эпителиальные клетки в почечных канальцах могут играть фундаментальную роль, приводя к возможному повреждению почек. Почечный интерстициальный фиброз и эпителиальная трансдифференцировка признаны в качестве ключевых этапов, приводящих к терминальной стадии почечной недостаточности.
ПТГрП проявляет рост-модулирующие и провоспалительные свойства в различных клеточных системах, включая тубулоэпителиальные клетки (Funk J.L., 2001; Ramila D. et al., 2008). ПТГрП сверхэкспрессируется при различных тубулоинтерстициальных нефропатиях, и его избыточная экспрессия коррелирует с развитием протеинурии как у мышей с диабетом, так и у крыс с тубулоинтерстициальным повреждением после перегрузки белком (Izquierdo A. et al., 2006; Largo R. et al., 1999). Исследование на мышах с нефротоксичностью, вызванной фолиевой кислотой, указывает на важную роль ПТГрП в развитии фиброгенеза почек (Ortega A. et al., 2006). Существуют данные указывающие на участие ПТГрП в механизмах, связанныхс прогрессированием повреждения почек. У крыс с хроническим интерстициальным фиброзом, индуцированным циклоспорином, выявлено повышение экспрессии мРНК ПТГрП почки и резкое увеличение иммуноокрашивания ПТГрП в почечной коре (Garcia-Ocana A. et al., 1998). Показано, что большее количество инфильтрирующих макрофагов было связано с повышенной пролиферацией фибробластов в интерстиции почек, поврежденных фолиевой кислотой, у мышей со сверхэкспрессией ПТГрП (Ortega A. et al., 2006). У этих мышей усиленное иммуноокрашивание на α-SMA, маркер активированных фибробластов или миофибробластов (Strutz F. et al., 2002), также наблюдалось в почечном интерстиции после токсического поражения почек фолиевой кислотой. Эти данные, полученные в исследовании in vivo были дополнительно подтверждены результатами экспериментов in vitro, демонстрирующими, что ПТГрП (1-36) может индуцировать α-SMA и стимулировать экспрессию проколлагена и фибронектина 1-го типа в почечной фибробластной клеточной линии и в тубулоэпителиальных клетках. В совокупности эти факты свидетельствуют, что ПТГрП, по-видимому, действует как фиброгенный медиатор при токсическом повреждении почек (Ortega A. et al., 2006).
Кроме того, более интенсивное иммуноокрашивание коллагенов типов I и IV выявлено в почечном интерстиции почек у мышей с обструкцией мочеточника, сверхэкспрессирующих ПТГрП, чем у их нормальных однопометников (Ardura J.A. et al., 2008). Было обнаружено, что ПТГрП (1-36) стимулирует экспрессию обоих типов коллагенов, проколлагена 1-го типа и фибронектина в тубулоэпителиальных клетках и фибробластах почек in vitro. По крайней мере, часть этих эффектов была отменена антагонистом PTH1R (Ortega A. et al., 2006). Тубулоэпителиальные клетки также могут вносить вклад в развитие почечного фиброза путем непосредственной генерации миофибробластов посредством эпителиально-мезенхимального перехода (Ardura J.A. et al., 2008; Liu Y., 2004). Несколько исследований подтверждают важную роль различных профиброгенных факторов в процессе EMT в почках. TGF-β является наиболее известным фактором, изученным в этом отношении, и, по-видимому, включает активацию MAPKs и белков Smad. Кроме того, активация тирозинкиназы рецептора эпителиального фактора роста (EGFR) может запускать EMT в почечных тубулоэпителиальных клетках (Gore-Hyer E. et al., 2002; Grande M. et al., 2002; Liu Y., 2004; Zhuang S. et al., 2004; Zhuang S. et al., 2005). Сообщалось, что ПТГрП стимулирует EMT посредством взаимодействия с фактором роста эндотелия сосудов (VEGF) (Ardura J.A. et al., 2008). Предполагается, что TGF-β может действовать как модулятор действия ПТГрП через PTH1R в почечных клетках. TGF-β способен опосредовать ПТГрП-индуцированную гипертрофию в висцеральных эпителиальных клетках почечных клубочков – подоцитах, где ПТГрП может индуцировать активацию TGF-β (Romero M. et al., 2010). Кроме того, стимуляция PTH1R может привести к трансактивации EGFR, что свидетельствует о важной роли ПТГрП в EMT почек. Показано, что ПТГрП способен вызывать различные фенотипические изменения, связанные с EMT в тубулоэпителиальных клетках (Ardura J.A. et al., 2010). Было обнаружено, что блокада TGF-β уменьшает фиброз почек как на экспериментальных моделях повреждения почек, так и на культивируемых клетках почек. Это позволило предположить, что TGF-β действует как нижестоящий медиатор ПТГрП. Такое же взаимодействие между этими двумя факторами наблюдалось при гипертрофии подоцитов, вызванной ПТГрП. Обнаружено, что два важных медиатора EMT, такие как белки TGF-β и EGFR, были повышены у животных с моделированием воспаления почек путем создания обструкции мочеточника, что связано с направленной сверхэкспрессией ПТГрП в проксимальных канальцах почек. Существующие данные свидетельствуют о том, что ПТГрП, TGF-β, VEGF, а также активация рецептора эпидермального фактора роста могут действовать совместно посредством активации ERK, модулируя EMT в почечных тубулоэпителиальных клетках (Ardura J.A. et al., 2010). В совокупности эти данные демонстрируют важную роль ПТГрП в фиброгенезе почек благодаря способности этого протеина индуцировать экспрессию белков внеклеточного матрикса, а также путем модуляции EMT в почечных тубулоэпителиальных клетках.