Введение
Острое повреждение почек (ОПП) − распространенное состояние, которое встречается у 5,0–7,5% госпитализированных пациентов и у 50–60% пациентов в критическом состоянии, являясь независимым фактором высокого риска смертности [1–3]. В настоящее время стандартными критериями диагностики ОПП служат нарастание уровня сывороточного креатинина и/или снижение диуреза в течение фиксированного периода времени [4]. Однако эти индикаторы обладают ограниченной чувствительностью и специфичностью в отношении ОПП, а также отсроченно реагируют на почечное повреждение, поэтому не могут считаться ранним маркером повреждения почек [5]. Ввиду этого в настоящее время пристальное внимание уделяется поиску ранних диагностических биомаркеров ОПП, уровень которых увеличивается еще до повышения уровня креатинина в сыворотке [6–8].
Профилактика развития и прогрессирования ОПП на сегодняшний день ограничивается оптимизацией гемодинамики и водного статуса пациентов из группы риска, а также предупреждением воздействия нефротоксинов [4, 9]. Следует отметить, что ОПП является потенциально обратимым состоянием, поскольку эпителий почечных канальцев обладает высокой способностью к регенерации. Однако поиск специфического фармакологического лечения ОПП затруднен поздней диагностикой, сложной и не до конца выясненной патофизиологией этого состояния [2]. По мнению ряда авторов, ОПП представляет собой гетерогенный синдром с различной этиологией и патофизиологией, обусловленный разнообразными клеточными и молекулярными событиями, без изучения которых затруднено понимание заболевания и, соответственно, поиск эффективных терапевтических стратегий [10–12].
Основными патогенетическими звеньями ОПП являются ишемия, гипоксия, повышение уровня провоспалительных цитокинов и воспаление, активация системы комплемента, лейкоцитарная инфильтрация, снижение уровня аденозинтрифосфата, повышенная генерация активных форм кислорода, дисфункция эндотелия, нарушение микроциркуляции, которые в итоге приводят к повреждению структур нефрона [13, 14]. Известно, что состояние гипоксии и ишемии увеличивает транскрипцию ряда генов [15, 16]. В связи с этим одним из способов изучения какого-либо патологического состояния является поиск генов, уровень экспрессии которых меняется при наличии этого состояния по сравнению с нормой. Предполагается, что генетические факторы обусловливают разную восприимчивость к повреждающим почки факторам, тяжесть течения ОПП и ответ на лечение у разных пациентов [17, 18]. При этом гены, уровень транскрипционной активности которых меняется в тканях при патологии, могут быть вовлечены в патогенез заболевания путем изменения качества своего участия в функциональных процессах или работе сигнальных путей [19]. Многообразие патогенетических механизмов ОПП позволяет предположить существенную вариабельность генетических факторов, отвечающих за тяжесть течения и исход заболевания. Таким образом, изучение молекулярных маркеров ОПП является актуальной задачей современной урологии.
Цель исследования − изучить значимость биомаркеров, уровень экспрессии которых повышается при ОПП гипоксически-ишемического генеза.
Материал и методы
Проведен поиск литературных источников в базах PubMed, Scopus, Springer, Elibrary на русском и английском языках с использованием терминов «острое почечное повреждение», «биомаркеры», «экспрессия генов», «полиморфизм генов» («acute kidney injury», «biomarkers», «gene expression», «gene polymorphism»). В обзор были включены ретроспективные, проспективные, аналитические, описательные исследования, клинические рекомендации, систематические обзоры, мета-анализы по анализируемой теме. Не рассматривались тезисы конференций, описания клинических случаев, диссертационные работы, письма в редакцию журналов. С учетом небольшого числа публикаций в доступных источниках по теме исследования глубина поиска была с 1993 по 2023 г. В итоге в настоящий обзор включены 62 публикации.
Результаты
К белкам, экспрессия которых повышается при ОПП, относятся липокалин, связанный с желатиназой нейтрофилов (NGAL – Neutrophil gelatinase-associated lipocalin, LCN2 – липокалин-2), молекула почечного повреждения почек-1 (KIM-1 – kidney injury molecule), печеночный протеин, связывающий жирные кислоты (L-FABP – Liver-type fatty acid binding protein), интерлейкин-18 [4]. При остром ишемически-реперфузионном повреждении почечной ткани экспрессия генов этих белков в клетках почечных канальцев существенно возрастает, что приводит в течение последующих 6–12 часов к резкому возрастанию их синтеза с многократным увеличением выделения с мочой еще до повышения уровня креатинина в крови [20].
NGAL кодируется геном, расположенным в хромосомном локусе 9q34, и представляет собой белок массой 25 кДа, принадлежащий к суперсемейству липокалинов. Ген NGAL на постоянно низком уровне экпрессирован в нейтрофилах, клетках проксимальных и дистальных почечных канальцев, печени, трахее, легких и других тканях. В физиологических условиях белок циркулирует в плазме крови в небольшой концентрации и определяется в моче в следовых количествах. При ОПП происходит быстрое многократное увеличение синтеза матричной РНК (мРНК), кодирующей NGAL, в клетках проксимальных канальцев и дистальных сегментах нефрона, что приводит к возрастанию синтеза белка уже через 3–6 часов после повреждения почек и повышению его мочевой экскреции. Следует отметить, что при ОПП уровень NGAL в плазме крови возрастает в 7–16 (сывороточный NGAL, sNGAL), а в моче – в 25–1000 раз (NGAL мочи – uNGAL). Кроме того, повышение экскреции NGAL с мочой возникает на 24–48 часов раньше, чем повышение концентрации сывороточного креатинина. Таким образом, sNGAL и uNGAL на сегодняшний день признаны ранними биомаркерами ОПП [21].
В экспериментальном исследовании J. Mishra и соавт. (2003) в модели ишемически-реперфузионного повреждения почек у мышей и крыс выраженное (более чем в 10 раз) повышение уровня мРНК и белка NGAL в моче наблюдалось в раннем постишемическом периоде (через 2 часа после повреждения), коррелировало с выраженностью и продолжительностью ишемии почек и предшествовало появлению других мочевых маркеров, таких как N-ацетил-β-D-глюкозаминидаза и β2-микроглобулин [22].
В работе B. Woodson и соавт. (2013) у крыс отмечалась повышенная экспрессия uNGAL уже через 30 минут после пережатия сосудов ворот почки и сохранялась через 15 и 60 минут [23]. У пациентов после нефрэктомии и резекции почки по поводу рака исследование в динамике уровня NGAL мочи позволяет выявлять ОПП уже через 2 часа, при этом максимальные значения уровня биомаркера отмечаются через 8 часов после хирургического вмешательства [24].
В мета-анализе данных 19 исследований, включивших более 2500 пациентов, было обнаружено, что уровни NGAL в сыворотке и моче не только являются ранними диагностическими биомаркерами ОПП, но и способны предсказывать клинические исходы (чем выше уровень NGAL, тем тяжелее ОПП), необходимость в диализной терапии и смертность пациентов [25].
В исследовании Y. Jiang и соавт. (2022) показано, что уровень sNGAL был значительно повышен у беременных женщин с артериальной гипертензией (АГ) с ОПП и положительно коррелировал с уровнями креатинина сыворотки, азота мочевины, мочевой кислоты, систолическим и диастолическим артериальным давлением, а также с уровнями белка в суточной моче [26].
Известно, что ОПП является достаточно частым осложнением кардиохирургических вмешательств в условиях искусственного кровообращения [27]. В зависимости от исходных характеристик и типа хирургического вмешательства частота ОПП в этих случаях составляет до 39%, причем от 1,0 до 6,5% пациентов нуждаются в заместительной почечной терапии [28]. Ввиду этого пристальное внимание уделяется поиску ранних предикторов острого нарушения функции почек у больных данной категории. Исследования свидетельствуют, что уровень NGAL является чувствительным предиктором развития ОПП после хирургического вмешательства с применением аппарата искусственного кровообращения, а также после проведения коронарографии и, следовательно, его следует учитывать в моделях прогнозирования ОПП после операции на сердце.
Например, M. Bennett и соавт. (2008) обнаружили, что уровень NGAL в моче после операции в условиях искусственного кровообращения увеличивался в 15 раз через 2 часа и до 25 раз через 4–6 часов, а также коррелировал с тяжестью и прогнозом ОПП [29].
Позднее M.G. Friedrich и соавт. (2017) изучили связь экспрессии NGAL в моче пациентов, перенесших кардиохирургическое вмешательство в условиях искусственного кровообращения, с послеоперационной функцией почек [30]. Экспрессия NGAL в моче достоверно увеличилась через 120 минут пребывания пациента на аппарате искусственного кровообращения, а также через 15 минут и 4 часа после него по сравнению с исходным уровнем. Однако корреляции между экспрессией NGAL и тяжестью ОПП авторами исследования не было выявлено.
В недавнем исследовании B. Zhang и соавт. (2023) изучили периоперационные уровни экспрессии KIM-1, NGAL и гемоксигеназы-1 (HO-1) у 80 пациентов через 12, 24 и 48 часов после замены сердечного клапана в условиях искусственного кровообращения [31]. Послеоперационный уровень NGAL у пациентов как с ОПП, так и без него был статистически значимо выше, чем до операции, причем у пациентов с диагностированным ОПП был повышен более существенно.
По данным E. Kidher и соавт. (2014), через 3 часа после искусственного кровообращения уровень sNGAL оказался гораздо более сильным предиктором ОПП и необходимости раннего медицинского вмешательства, чем сывороточный креатинин [32]. Так, уровень sNGAL выше 150 нг/мл через 3 часа после искусственного кровообращения значимо коррелировал с ОПП (r=0,68; p<0,001), а уровень выше 136 нг/мл − с необходимостью раннего медицинского вмешательства (r=0,64; p<0,001).
KIM-1 представляет собой гликопротеин клеточной мембраны I типа массой 104 кДа и является ранним чувствительным диагностическим индикатором ОПП [33, 34]. В 1998 г. в экспериментальном исследовании на крысах был выделен ген Kim-1 (CD365), который оказался полным гомологом HAVcr-1 (hepatitis A virus cellular receptor 1) [35]. В геноме человека HAVcr-1 (Gene ID: 26762) расположен на длинном плече 5-й хромосомы в локусе 5q33.3 и содержит 11 экзонов. В норме ген KIM-1 экспрессируется во многих органах и тканях человека, но уровень его экспрессии низкий, в то время как в почечной ткани содержание транскриптов HAVcr-1 в десятки раз выше [36]. При этом в апикальных клетках проксимальных канальцев здоровых почек мРНК и белок KIM-1 экспрессируются на низком уровне, однако их концентрация резко возрастает в постишемической почечной ткани и, соответственно, в моче и в циркулирующей крови.
Исследования свидетельствуют, что концентрация KIM-1 в моче возрастает спустя 6 часов после ОПП и быстро увеличивается в течение ближайших 24 часов, включаясь в механизм, защищающий почки от острого повреждения [37, 38]. Предполагается, что KIM-1 играет важную роль в восстановлении морфологической целостности почечной ткани и функции постишемической почки, отражая уровень ее репарации [39].
P.L. Zhang и соавт. (2008) показали, что уровень KIM-1 чувствительно и специфично выявляет повреждение проксимальных канальцев и коррелирует со степенью почечной дисфункции [40]. В частности, экспрессия KIM-1 значительно коррелировала с уровнями сывороточного креатинина и азота мочевины крови и была обратно пропорциональна расчетной скорости клубочковой фильтрации в день биопсии почки. Авторы сделали вывод, что экспрессия KIM-1 более чувствительна, чем гистологическое исследование, относительно выявления раннего повреждения почечных канальцев и ее уровень экспрессии в биоптатах трансплантатов отражает возможность восстановления функции почек.
W.K. Han и соавт. (2002) продемонстрировали выраженную экспрессию KIM-1 в биоптатах почек 6 пациентов с острым тубулярным некрозом и обнаружили повышенные уровни KIM-1 в моче в течение 12 часов после ишемического повреждения почек до появления цилиндров в моче [41]. Более того, данная работа показала, что повышенный уровень KIM-1 был связан с более чем 12-кратным повышением риска развития острого тубулярного некроза.
На сегодняшний день в исследованиях доказано, что уровень KIM-1 в моче и плазме крови коррелирует с выраженностью поражения почек различной этиологии [33], в т.ч. лекарственно-индуцированной нефротоксичности [42, 43]. Кроме того, уровень KIM-1 в моче наряду с концентрацией NGAL может служить инструментом прогнозирования острых осложнений после трансплантации почки, способствуя повышению выживаемости трансплантата [44].
По данным мета-анализа 11 исследований с включением 2979 пациентов, чувствительность KIM-1 в моче для диагностики ОПП составляет 74,0% (95% доверительный интервал [ДИ]: 61,0–84,0%), специфичность − 86,0% (95% ДИ: 74,0–93,0%) [45].
Вместе с тем B.D. Humphreys и соавт. (2013) выявили, что длительная экспрессия KIM-1 в клетках проксимальных канальцев трансгенных мышей вызывает хроническое воспаление и интерстициальный фиброз почечной ткани, который сопровождается протеинурией, анемией, гиперфосфатемией, АГ и гипертрофией сердца − симптомами, характерными для гипертензивной нефропатии [46].
Белки, связывающие жирные кислоты (FABP – fatty acid binding protein), представляют собой небольшие (15 кДа) цитоплазматические белки, обильно экспрессирующиеся во всех тканях с активным метаболизмом жирных кислот. В почках человека идентифицировано два типа FABP: FABP печеночного типа (L-FABP) в проксимальных канальцах и FABP сердечного типа (H-FABP) в дистальных канальцах. Свободные жирные кислоты в проксимальных канальцах связываются с цитоплазматическими FABP и транспортируются в митохондрии или пероксисомы, где метаболизируются путем β-окисления [47]. L-FABP специфически экспрессирован в цитоплазме клеток проксимальных канальцев почек, а ген FABP1 локализован на коротком плече p 2-й хромосомы человека.
В экспериментальных исследованиях установлено, что L-FABP гиперэкспрессируется в почечных канальцах и экскреция его с мочой возрастает при различных ситуациях, связанных с тубулоинтерстициальным повреждением: массивная протеинурия, диабетическая нефропатия, АГ, ишемическое или токсическое повреждение почек [48, 49]. Выделение L-FABP с мочой возрастает спустя 8 часов после ишемического повреждения и значимо коррелирует со степенью тубулоинтерстициального повреждения почечной ткани [50, 51]. Вместе с тем в исследовании M. Yanishi и соавт. (2022) увеличение экскреции L-FABP с мочой отмечалось уже в течение первых 6 часов после введения цисплатина пациентам и предшествовало повышению сывороточного креатинина более чем на 2 дня [52]. L-FABP играет существенную роль в развитии окислительного стресса и служит эффективным цитопротектором, направленным на уменьшение негативного действия свободных радикалов. Так, в экспериментальной работе D. Ichikawa (2014) при введении ангиотензина-II параллельно с увеличением мочевой экскреции L-FABP происходило уменьшение оксидативного стресса и тубулоинтерстициального повреждения [53]. Степень экспрессии L-FABP в почках и его уровни в моче увеличивались при активации ренин-ангиотензиновой системы и в совокупности со снижением уровня ангиотензина-I приводили к ослаблению тубулоинтерстициального процесса. Схожие данные получены в эксперименте на мышах K. Osaki и соавт. (2013), которые выявили, что сверэкспрессия L-FABP в проксимальных канальцах может предупреждать развитие солечувствительной АГ, индуцированной ангиотензином-II, путем ослабления активации внутрипочечной ренин-ангиотензиновой системы, снижения выработки активных форм кислорода и уменьшения тубулоинтерстициального воспаления [54].
Уровень L-FABP повышается при некрозе почечных канальцев различной этиологии: сепсисе, введении нефротоксичных препаратов, у пациентов после операций на сердце [55, 56]. При этом у пациентов с ОПП на фоне сепсиса четко прослеживалась связь между повышением экспрессии L-FABP и уровнем смертности.
Е.М. Франциянц и соавт. (2017) на основании собственных исследований предлагают использовать уровень L-FABP в качестве прогностического маркера повреждения почечной паренхимы в раннем послеоперационном периоде у больных, перенесших тепловую ишемию при резекции почки по поводу рака. Авторы рекомендуют при предоперационном уровне L-FABP 40 нг/мл и выше выполнять органосохраняющую операцию на почке длительностью не более 15 минут [57].
В недавнем проспективном исследовании с участием 82 пациентов P.G. Karakaş и соавт. (2022) убедительно показали, что L-FABP наряду с NGAL является эффективным биомаркером для раннего выявления ОПП, а также для прогнозирования клинической тяжести заболевания и необходимости проведения гемодиализа [58].
Интерлейкин-18 (ИЛ-18). Развитие воспаления является важным звеном патогенеза ОПП. В связи с этим много-обещающим представляется изучение полиморфизма генов провоспалительных цитокинов, которые отвечают за течение воспалительной реакции. Одним из наиболее важных провоспалительных генов, экспрессия которого увеличивается при ОПП, является ген, кодирующий цитокин ИЛ-18.
ИЛ-18 представляет собой цитокин, который был идентифицирован как фактор, индуцирующий интерферон-γ (ИФН-γ) в печени мышей, получавших Propionibacterium Acnes и липополисахарид [59]. ИЛ-18 вырабатывается макрофагами и другими клетками организма. Форма-предшественник ИЛ-18 массой 24 кДа расщепляется ИЛ-1β-превращающим ферментом с образованием зрелого белка ИЛ-18 массой 18 кДа. Имеются данные, что на уровень ИЛ-18 оказывают влияние полиморфизмы промотора гена этого цитокина − rs1946518 и rs187238 [60].
ИЛ-18 опосредует развитие острого тубулярного некроза почек [61]. Было показано, что уровень мРНК ИЛ-18 в почках значительно повышается в ранние сроки после ишемически-реперфузионного повреждения почек на фоне воспалительного/аутоиммунного нефрита, при введении цисплатина при отторжении почечного аллотрансплантата [62].
Систематический обзор и мета-анализ 11 исследований, охвативший 2796 пациентов из трех странах, показал высокую значимость ИЛ-18 в качестве биомаркера для раннего (менее 12 часов после повреждения) прогнозирования ОПП [61]. Установлено, что уровень ИЛ-18 в моче более 100 пг/мл свидетельствует о развитии ОПП, причем концентрация этого цитокина повышается на 48–72 часа раньше, чем возрастает уровень креатинина сыворотки крови [8].
Заключение
Современной концепцией здравоохранения является персонализированная (пациент-ориентированная) медицина, нацеленная на лечение пациентов с учетом их индивидуальных особенностей. Реализовать эту идею позволяет изучение генетического профиля пациентов и определение индивидуальных рисков. Многообразие патогенетических механизмов обусловливает участие множества генов в каскаде патологических реакций, которые приводят к ОПП. Прогнозирование развития ОПП на основе раннего выявления биомаркеров почечного повреждения предоставляет возможность для выбора оптимальной превентивной тактики. Однако на сегодняшний день генетические варианты биомаркеров почечного повреждения и их связь с предрасположенностью к ОПП не определены, а диагностические панели экспрессионных генетических маркеров ОПП в рутинной клинической практике не применяются, что может служить предметом дальнейших исследований в этой области.
