Хроническая болезнь почек: маркеры воспаления

Хроническая болезнь почек — состояние, характеризующееся сниженной функцией почек. Она определяется скоростью клубочковой фильтрации (СКФ) < 60 мл/мин на 1,73 м2, или с присутствующими признаками повреждения почек, или и тем, и другим на протяжении более 3 месяцев, и с последствиями для здоровья.

Маркеры повреждения почек определены как аномалии осадка мочи, электролитные и другие нарушения, связанные с заболеваниями почечных канальцев, альбуминурия, аномалии, обнаруженные при гистологическом исследовании, и структурные дефекты, выявленные при визуализации.

Классификация хронической болезни почек

В европейских странах хроническую болезнь почек классифицируют по категориям в зависимости от скорости клубочковой фильтрации в диапазоне от G1 до G5 (СКФ при G1 ≥ 90, G2 60–89, G3a 45–59, G3b 30–44, G4 15–29 и G5 ≤ 15 мл/мин/1,73 м2), а альбуминурию учитывают в категориях от A1 до A3 (экскреция альбумина). Норма в А1 < 30, А2 30–300 и А3 > 300 мг/24 ч.

Патомеханизм хронической болезни почек представляет собой сложный процесс, который может развиваться по разным причинам. Клиническая картина заболевания зависит от этих причин, и каждая из них может привести к почечной недостаточности. Во многих странах основными факторами риска развития хронической болезни почек считаются сахарный диабет (СД) и артериальная гипертензия (АГ).

Глобальная распространенность хронической болезни почек на всех стадиях, зарегистрированная в 2017 году, составила 697,5 млн человек, и в этом же году от этого заболевания умерли 1,2 млн больных. Пациенты часто болеют бессимптомно или имеют неспецифические симптомы, включая:

• потерю аппетита;
• зуд;
• утомляемость.

Поэтому диагноз обычно ставится путём оценки скорости клубочковой фильтрации с использованием нескольких доступных уравнений или, реже, путём измерения этого показателя с помощью экзогенных маркеров.

Также диагноз может быть поставлен путем проведения биопсии почки, обычно выявляющей клубочковый склероз, атрофию канальцев и интерстициальный фиброз. Один из отличительных признаков хронической болезни почек, приводящих к ее развитию, прогрессированию и осложнениям, — стойкое воспаление низкой степени выраженности.

Воспаление при хронической болезни почек

Воспаление — это естественная и необходимая реакция организма на различные раздражители. Оно отвечает за миграцию клеток иммунной системы к месту воздействия раздражителя в результате ряда шагов, облегчающихся и координирующихся цитокинами, хемокинами и белками острой фазы.

В острой фазе этот процесс направлен на устранение проблемы и восстановление исходного состояния. Однако хроническое воспаление может вызвать повреждение тканей и фиброз. Оно связано с множеством заболеваний, включая хроническую болезнь почек.

Ученые только начинают постигать этот сложный и тонко регулируемый механизм, и исследования в этой области продолжаются. К настоящему времени было открыто несколько различных путей воспалительной реакции, включая: 

• p38-митоген-активируемую протеинкиназу (p38 MAPK), 
• интерлейкин-6 (IL-6) /Янус-киназу (JAK)/ преобразователь сигнала и активатор транскрипции 3 (STAT3), 
• фосфоинозитид-3-киназу (PI3K). 

Также были обобщены последние данные о маркерах воспаления при хронической болезни почек, включающих цитокины, интерлейкины (ILs), фактор некроза опухоли (TNF), интерферон (IFN), трансформирующий фактор роста (TGF), хемокины и молекулы клеточной адгезии (CAMs)).

Цитокины

Цитокины представляют собой небольшие белки (15-20 килодальтон), играющие важную роль в развитии и функционировании иммунной системы. Они выполняют функцию эффекторов и посредников, участвуя в различных видах передачи сигналов: аутокринных, паракринных и эндокринных. 

Цитокины характеризуются коротким периодом полураспада и это означает, что они быстро выводятся из организма, обеспечивая ограниченную биологическую активность. Однако в случае необходимости они могут оказывать системное воздействие.

Острая фаза обычно длится недолго и её хватает для устранения повреждений. Однако, если воспаление продолжается долго из-за постоянной стимуляции биологическими, химическими или физическими факторами, или если организм реагирует на собственные антигены аномально, это приводит к хроническому воспалению.

Роль интерлейкинов в развитии хронической болезни почек

Интерлейкины представляют собой группу цитокинов, экспрессирующихся в лейкоцитах. Эти соединения были разделены на семейства в соответствии с их взаимодействием с рецепторными комплексами. 

Наиболее важными семействами считаются:

• суперсемейство IL-1;
• семейство IL-6;
• семейство IL-10;
• семейство IL-12;
• семейство IL-17.

Интерлейкин 6. Цитокины семейства интерлейкина 6 состоят из IL-6, интерлейкина 11 (IL-11), цилиарного нейротрофического фактора (CNTF), фактора, ингибирующего лейкемию (LIF), онкостатина М (OSM), кардиотрофина 1 (CT-1), кардиотрофин-подобного цитокина (CLC) и интерлейкина 27 (IL-27).

IL-6 считается одним из наиболее изученных цитокинов при заболеваниях почек, известным своим провоспалительным действием, включая стимуляцию В-клеток и индукцию белков острой фазы печени. Также интерлейкин 6 участвует в метаболических и регенеративных процессах. По большей части он известен своей ролью при аутоиммунных заболеваниях, включая ревматоидный артрит, при котором уровень IL-6 в сыворотке крови может повышаться в тысячи раз.

Проведенное исследование среди людей с хронической почечной недостаточностью (CRIC) продемонстрировало, что повышенные уровни IL-6 у больных с хронической болезнью почек приводят к значительному снижению расчетной скорости клубочковой фильтрации (рСКФ), но теряют свою значимость после корректировки на альбуминурию.

Один из основных механизмов, ответственных за роль IL-6 в развитии хронической болезни почек, — атеросклероз. У больных, находящихся на диализе, уровень IL-6 связан с повышением жесткости центральной части аорты, измеряемой по каротидно-бедренной скорости распространения пульсовой волны (PWV).

Другая возможная роль интерлейкина 6 — усиление транскрипции фактора роста фибробластов 23 (FGF23) при остром повреждении почек и хронической болезни почек, что связано с повышенной заболеваемостью и смертностью. Также, он способствует развитию анемии при ювенильной форме заболевания по железонезависимому пути, вызывая фиброз почек и изменяя эритропоэтинную систему.

Также у взрослых наблюдалась его роль в эритропоэзе. Повышенные уровни IL-6 независимо связаны со снижением чувствительности к терапии препаратами, стимулирующими эритропоэз (ESA), у пациентов, находящихся на гемодиализе.

Интерлейкин 1. Семейство IL-1 состоит из 11 членов, 7 провоспалительных агонистов (IL-1α, IL-1β, IL-18, IL-36α, IL-36β, IL-36γ и IL-33) и 4 антагонистов (IL-1RA, IL-36Ra, IL-37 и IL-38) с противовоспалительными свойствами. Они имеют фундаментальное значение в индукции и модуляции врожденного иммунного ответа, включая ненаправленный фагоцитоз, активацию комплемента или активацию рецепторов врожденного иммунитета, где дисбаланс приводит к усилению воспалительных реакций. Также данные свидетельствуют о том, что эти интерлейкины играют дополнительную роль в формировании врожденного иммунитета и аутоиммунных расстройствах. 

Интерлейкин-1 бета (IL-1β) — один из наиболее хорошо изученных интерлейкинов. Он связывается с рецептором IL-1 и приводит к активации иммунитета и повышению температуры. Также он участвует в образовании Т-хелперных клеток 17, имеющих важное значение в патогенезе аутоиммунных заболеваний, включая псориаз и ревматоидный артрит. Его транскрипция приводится в действие активацией toll-подобного рецептора (TLR), рецептора IL-1 или TNF. Кроме того, для расщепления его в зрелую форму требуется каспаза-1, инфламмасома.

Интерлейкин 18. IL-18 — цитокин, сходный с IL-1, поскольку для активации он должен расщепляться каспазой-1, и использует тот же путь для активации ядерного фактора каппа – усилителя легких цепей активированных В-клеток (NF-κB). В основном этот цитокин секретируется миелоидными клетками, и его связывание с рецептором IL-18 вызывает увеличение выработки гамма-IFN (IFNγ). Поэтому он повышается при аутоиммунных заболеваниях, включая системную красную волчанку, псориаз и воспалительные заболевания кишечника. Однако, предполагается, что он более специфичен для патофизиологии почек, особенно при диабетической нефропатии, где его экспрессия положительно коррелирует с альбуминурией и прогрессированием заболевания.Отмечалось, что IL-18 в моче потенциально может быть использован в качестве биомаркера острого повреждения почек.

Интерлейкин 17A — член семейства IL-17, состоящего из IL-17A и IL-17F, участвующих в воспалении тканей, где он оказывает положительное влияние при кожных бактериальных и грибковых инфекциях. Кроме того, он участвует в развитии аутоиммунных и воспалительных заболеваний, включая псориаз, анкилозирующий спондилоартрит и псориатический артрит, при которых возможным вариантом лечения рассматривается ингибирование IL-17.

Некоторые данные свидетельствуют о его ингибирующей роли в развитии трансформирующего фактора роста бета (TGF-β), индуцирующего интерстициальный фиброз почек. Несколько исследований показывают, что повышенные уровни IL-17 присутствуют при волчаночном нефрите и иммуноглобулин А-нефропатии, а также при экстракапиллярном гломерулонефрите. Отмечалось, что он может быть использован в качестве биомаркера для оценки активности заболевания волчаночным нефритом и прогнозирования ответа на лечение.

Интерлейкин 10 — член семейства IL-10, имеющий значение в качестве противовоспалительного медиатора. Он вырабатывается в основном иммунными клетками, а также тканевыми эпителиальными клетками.

Была тщательно исследована его роль в процессе фиброгенеза, также включающем фиброз почек. Взаимодействие IL-10 с другими сигнальными молекулами изучается как новая потенциальная антифиброзная терапевтическая стратегия. Мета-анализ полиморфизмов гена IL-10 свидетельствует о защитном действии некоторых однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) на риск развития диабетической нефропатии при сахарном диабете 2 типа.

Инфламмасомы

Инфламмасомы — это крупные молекулярные комплексы, выполняющие разнообразные функции. Наиболее известна их роль в активации протеолитического пути, известного как каскад каспазы-1. При хронической болезни почек этот каскад не только способствует воспалительной реакции, но и имеет тесную связь с другими важными процессами, такими как пироптоз, регуляция митохондрий и дифференцировка миофибробластов.

Как интерлейкин-1 (IL-1), так и интерлейкин-18 (IL-18) активируются доменом олигомеризации нуклеотидов (NOD), богатыми лейцином повторов (LRR) и инфламмасомой белка 3, содержащей пириновый домен (NLRP3). Их активация в почечных фагоцитах и подоцитах приводит к высвобождению IL-1 и IL-18, вызывающих воспаление при хронической болезни почек.

В исследованиях наблюдались роли криопирина NLRP3 в развитии фиброза почек, диабетической нефропатии, заболеваний почек, связанных с ожирением, хронического гломерулонефрита, иммуноглобулин А-нефропатии, кристаллической нефропатии и повреждения почек, вызванного гипергомоцистеинемией.

Исследования показывают, что в процессе развития хронической болезни почек NLRP3 выполняет ряд функций, не связанных с работой инфламмасом. Он участвует в регуляции клеточного апоптоза, тканевого ремоделирования и митохондриальной активности. Нефрокальциноз и гипероксалурия — это состояния, также связанные с NLRP3. В их развитии важное значение имеют сигнальные пути рецептора TGF и поляризация макрофагов.

Также ряд исследований продемонстрировал, что подавление активности NLRP3 может стать новым направлением в лечении, способным оказывать положительное воздействие на работу почек, предотвращать развитие почечного фиброза, а также снижать риск гипертонии, атеросклероза и сахарного диабета.

Значение фактора некроза опухоли в функции почек

Фактор некроза опухоли (ФНО, TNF) — член семейства цитокинов, продуцируемый иммунными клетками, в частности моноцитами и макрофагами. Семейство лигандов TNF кодируется восемнадцатью известными генами человека, а его родственный фактор роста нервов (NGF) дополнительно кодируется 29 генами. Однако в регуляции тканевого гомеостаза играют роль не только лиганды, но и рецепторы фактора некроза опухоли (TNFR).

Было идентифицировано около тридцати представителей этих рецепторов, представляющих собой трансмембранные белки типа I. Эти семейства лигандов и рецепторов выполняют несколько важных функций:

• контроль гибели клеток;
• управление воспалением;
• моделирование тканей;
• контроль адаптивного иммунитета.

Помимо этого, они участвуют в нескольких менее изученных механизмах, связанных с контролем функций мозга, включая восприятие, повышение температуры, анорексию, сон и т.д. Также эти рецепторы играют важную роль в развитии аутоиммунных заболеваний, рака, инфекционных заболеваний и реакции трансплантат против хозяина.

Отмечается, что один из возможных способов воздействия на хроническую болезнь почек — повышение уровня фактора роста фибробластов 23 (FGF23), регулирующего фосфатный гомеостаз, вызывающего минеральные и костные нарушения.

Исследования показывают, что у пациентов с сахарным диабетом уровень TNF-α выше по сравнению со здоровыми людьми, причем его показатель увеличивается при обострении диабетической нефропатии. Более высокие значения растворимого рецептора фактора некроза опухоли также были связаны с диабетической болезнью почек, где он независимо предсказывал возникновение сердечно-сосудистых заболеваний.

Когда было выявлено значение рецепторов фактора некроза опухоли в развитии диабетической нефропатии, в проведенных изучениях обратили внимание и на другие почечные заболевания. В одном из исследований было обнаружено, что высокий уровень циркулирующего TNFR связан с ухудшением функции почек и негативными гистологическими изменениями у пациентов с иммуноглобулин А-нефропатией. Исходные значения предсказывали последующее прогрессирование почечной недостаточности. 

Аналогичные результаты были получены и в отношении TNF-α. Его высокие концентрации в сыворотке крови могут служить потенциальным биомаркером для оценки тяжести заболевания, поскольку они связаны с протеинурией и снижением функции почек.

Интерфероны

Интерфероны (ИФН, IFN) представляют собой класс цитокинов, которые были открыты благодаря их способности подавлять размножение вирусов в организме. Эти уникальные белки выполняют разнообразные функции, начиная с регулирования иммунного ответа, связанного с аутоиммунными заболеваниями, и заканчивая участием в онкогенезе. Интерфероны подразделяются на три основных типа:

• тип I, включает интерферон альфа (IFN-α) и интерферон бета (IFN-β), экспрессирующихся клетками врожденного иммунитета;
• тип II, также называемый интерфероном гамма (IFN-γ), экспрессируется естественными клетками-киллерами и Т-лимфоцитами;
• интерферон III типа, также называемый интерфероном лямбда (IFN-λ) или первоначально IL-28 и IL-29, распределяется в тканях и воздействует на поверхности эпителия.

Интерфероны I типа связываются с альфа- и бета-рецепторами, состоящими из двух субъединиц: IFNAR1 и IFNAR2. Эти рецепторы передают сигнал через активацию тирозинкиназы 2 (TYK2) и JAK1, соответственно. Интерфероны III типа также активируют тот же сигнальный каскад. Однако IFN-λ связывается с другими рецепторами: IL28-R и IL-10R2. Интерферон-γ связывается с двумя типами рецепторов: IFNGR1 и IFNGR2. Эти рецепторы активируют JAK1 и JAK2, соответственно, для передачи сигнала.

Значение интерферонов в развитии хронической болезни почек изучено недостаточно хорошо. Однако, они играют важную роль при некоторых внепочечных вирусных инфекциях, включая гепатит С, который также может вызывать мембранопролиферативный гломерулонефрит. Также их значение было отмечено при иммуноглобулин А-нефропатии, волчаночном нефрите и почечном васкулите.

Трансформирующий фактор роста бета

Трансформирующий фактор роста бета (TGF-β) — это важный цитокин, который играет ключевую роль в регуляции клеточного роста. Как видно из его названия, он может как стимулировать, так и ингибировать деление клеток. Этот фактор играет ключевую роль в поддержании гомеостаза иммунных клеток. Кроме того, он вовлечен в патогенез ряда заболеваний, таких как нарушения соединительной ткани, фиброз и рак.

В результате исследования геномной последовательности было обнаружено 33 белка, относящихся к семейству TGF-β. Эти белки взаимодействуют с различными рецепторами и внутриклеточными эффекторами, известными как белки Smad. Они играют ключевую роль в передаче внутриклеточных сигналов, что в свою очередь приводит к регуляции экспрессии генов-мишеней. Мутации в генах, отвечающих за регуляцию и высвобождение трансформирующего фактора роста бета, связаны с нарушениями в соединительной ткани и заболеваниями скелета.

Некоторые хронические заболевания почек, такие как мембранозная и диабетическая нефропатия, нередко приводят к терминальной стадии почечной недостаточности из-за развития почечного фиброза.

Считается, что один из ключевых факторов, способствующих этому процессу, — TGF-β. Он инициирует переход от эпителиального слоя к мезенхиме, стимулирует синтез белков, отвечающих за формирование матрикса, замедляет разрушение этого матрикса и меняет взаимодействие между клетками, что в свою очередь способствует образованию рубцовой ткани. 

Молекулы клеточной адгезии

Молекулы клеточной адгезии (CAMs) играют ключевую роль в процессе взаимодействия клеток. Они подразделяются на пять основных групп: интегрины, селектины, кадгерины, суперсемейство иммуноглобулинов (IgSF) и другие, включая муцины. Каждая из этих групп характеризуется своей уникальной структурой, способностью связываться с лигандами и типом этого взаимодействия.

Селектины подразделяются на Р- (тромбоцитарные), Е- (эндотелиальные клетки) и L- (лейкоцитарные) селектины. Кадгерины, полученные из кальций-зависимых адгезивных белков, разделяются на классические кадгерины (I и II типов), протокадгерины и атипичные кадгерины.

Наиболее обширным семейством считается IgSF, включающим в себя главный комплекс гистосовместимости (MHC) классов I и II, а также белки, образующие комплекс Т-клеточных рецепторов (TCR). К ним относятся молекулы внутриклеточной адгезии (ICAMs), молекула клеточной адгезии сосудов (VCAM), молекулы адгезии клеток слизистой оболочки (MAdCAM-1) и молекула адгезии активированных лейкоцитов (ALCAM).

К настоящему времени идентифицированы наиболее важные молекулы клеточной адгезии, связанные с атерогенезом, — это VCAM-1, ICAM-1, молекулы адгезии тромбоцитов-эндотелиальных клеток-1 (PECAM-1), E-селектин и P-селектин.

При хронической болезни почек наблюдается повышение уровня различных биомаркеров, которые свидетельствуют о дисфункции эндотелия. К ним относятся ICAM, VCAM и Е-селектин. Кроме того, в уремической среде может происходить увеличение количества эндотелиальных микрочастиц, которые покрыты различными молекулами адгезии, такими как кадгерины, ICAM, Е-селектин и интегрины. Эти молекулы вызывают провоспалительные процессы и связаны с развитием атеросклероза.