Inflammatory cytokines in pathogenesis, diagnosis and treatment of diabetic nephropathy


I.A. Bondar’, V.V. Klimontov, A.I. Simakova

Role of cytokines in diabetic nephropathy in development and progression of diabetic nephropathy is discussed. Perspectives of pharmacological influence on inflammatory cytokines in retardation of progression of diabetic nephropathy are shown

Диабетическая нефропатия (ДН) – одно из наиболее частых, тяжелых и прогностически неблагоприятных осложнений сахарного диабета (СД). В последние годы ДН заняла лидирующие позиции среди причин хронической болезни почек в индустриально развитых странах [1]. Неудовлетворительные результаты лечения ДН во многом связаны с длительным бессимптомным течением, сложностью и недостаточной изученностью ее патогенеза.

Долгое время ДН рассматривали как невоспалительное и неиммунное поражение почек и лишь в последние годы стала обсуждаться роль воспаления в развитии этого осложнения. Показано, что при СД в почках развивается хроническое воспаление низкой интенсивности (англ. термин “low grade inflammation”). В основе этого варианта воспаления лежат сложные нарушения кооперации между клетками клубочков и канальцев и мигрирующими в почки мононуклеарами (прежде всего моноцитами/макрофагами). По-видимому, воспалительные реакции при ДН являются вторичными по отношению к гипергликемии и нарушениям метаболизма. Тем не менее они могут вносить свой вклад в развитие диабетического нефросклероза [2].

Процесс миграции мононуклеарных клеток и реализация их активности в почках осуществляются в тесном взаимодействии с клетками клубочков и канальцев, а также с внеклеточным матриксом. Важнейшую роль в этих процессах играют цитокины [3], которых в настоящее время известно несколько десятков, причем все они существенно различаются по структуре и физио­логическим свойствам. По эффектам в развитии воспаления цитокины делятся на провоспалительные, обеспечивающие мобилизацию воспалительного ответа, и противовоспалительные, ограничивающие развитие воспаления. К первой группе относятся, в частности, интерлейкины (IL)-1, -6, -18, фактор некроза опухолей-альфа (TNF-α: tumor necrosis factor α), интерферон-γ и хемокины, ко второй – IL-4 и IL-10 [4].

В последние годы накоплены данные об участии цитокинов в развитии ДН, в связи с чем предпринимаются попытки использовать их в качестве диагностических и прогностических маркеров и потенциальных мишеней для нефропротекции. Обобщение этих данных стало целью нашего обзора. Поиск источников осуществлен по ключевым словам в базах данных Pubmed/Medline и eLibrary за 1990–2010 гг.

Хроническое воспаление при ДН

Морфологически хроническое воспаление в почках при СД проявляется мононуклеарной инфильтрацией клубочков и интерстиция. Увеличение числа мононуклеаров в клубочках [5–7] и интерстиции почек [5, 8] обнаружено у животных с экспериментальным СД. Чаще всего исследователи наблюдали аккумуляцию моноцитов и макрофагов, реже – Т-лимфоцитов. Макрофагальная инфильтрация зафиксирована и у пациентов с СД. Наибольшее количество макрофагов в клубочках выявлено у больных с умеренным гломерулосклерозом [9]. У больных с выраженной ДН обнаружена макрофагальная инфильтрация интерстиция [10]. По нашим данным, увеличение числа моноцитов/макрофагов в интерстиции почек у больных СД 1 типа (СД1) наблюдается уже на микроальбуминурической стадии нефропатии; инфильтрация клубочков на этой стадии еще отсутствует [11]. По данным D. Nguyen и соавт. (2010), количество макрофагов в интерстиции почек у пациентов с ДН коррелирует с клиренсом креатинина, протеинурией и выраженностью интерстициального фиброза [12].

Развитие нефропатии у больных СД сопровождается повышением концентрации воспалительных маркеров в крови, что косвенно подтверждает роль воспаления в формировании ДН. В частности, установлена взаимосвязь между альбуминурией и концентрацией С-реактивного белка [13–15], фибриногена [13], сывороточного амилоидного пептида А [13, 14], молекул межклеточной адгезии ICAM-1 [16], Е-селектина [17]. В европейском исследовании осложнений диабета (EURODIAB Prospective Complications Study) маркеры воспаления: С-реактивный белок, TNF-α и IL-6, показали сильную и не зависимую от других факторов риска взаимосвязь с альбуминурией при СД1 [18].

ПРОВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ ЦИТОКИНЫ В ПАТОГЕНЕЗЕ ДН

Развитие лейкоцитарной инфильтрации в ходе воспаления регулируется хемотаксическими цитокинами или хемокинами. Наиболее известный из них – моноцитарный хемоаттрактантный белок (МСР-1: monocyte chemoattractant protein-1), входящий в подсемейство CC-хемокинов. Установлено, что синтезировать МСР-1 способны клетки клубочков, в частности мезангиоциты [19–21], а также эпителиоциты канальцев [22]. Клетками-мишенями МСР-1 помимо моноцитов являются Т-клетки памяти, базофилы, NK-клетки, гемопоэтические предшественники [4].

Как показали эксперименты, экспрессия МСР-1 в почках при СД повышена [5, 6, 23–25]. По некоторым данным, это повышение наиболее заметно в канальцах [5]. У больных с выраженной ДН MCP-1-позитивные клетки обнаружены в интерстиции [10]. Высокий уровень глюкозы стимулирует экспрессию МСР-1 в мезангиальных клетках [20, 26]. Влияние глюкозы усугубляют ранние [20] и поздние [19] продукты гликирования, а также внутриклубочковая гипертензия [21]. Липопротеиды низкой плотности также стимулируют продукцию МСР-1 в мезангиоцитах. Это привлекает в мезангий моноциты, которые захватывают большое количество липопротеидов и превращаются в “пенистые” клетки [27]. Моноциты и макрофаги также способны вырабатывать МСР-1. Изменения продукции МСР-1 этими клетками в “диабетических” почках не изучены, однако известно, что мононуклеары периферической крови больных СД продуцируют большее количество МСР-1, чем клетки здоровых людей [28].

Функциональная роль МСР-1 не ограничивается привлечением макрофагов. Показано, что МСР-1 стимулирует продукцию молекул адгезии ICAM-1 и IL-6 клетками эпителия канальцев. Таким образом, МСР-1 индуцирует воспалительный ответ канальцевых клеток и может играть важную роль в развитии тубулоинтерстициального склероза [22]. У больных с ДН в подоцитах повышена экспрессия рецептора 2 СС хемокинов (CCR2), через который действует МСР-1. Показано, что МСР-1 снижает экспрессию белков щелевой диафрагмы подоцитов – нефрина и синаптоподина [29]. Под действием MCP-1 происходит перестройка актинового цитоскелета подоцитов и увеличивается проницаемость почечного фильтра для белка [30]. В мезангиоцитах МСР-1 стимулирует синтез мощного фиброгена – трансформирующего фактора роста β (TGF-β: transforming growth factor β), а также фибронектина [31]. В свою очередь блокада CCR2 уменьшает стимулирующий эффект на синтез компонентов внеклеточного матрикса [32].

Важную роль в привлечении мононуклеаров играет хемокин RANTES (regulated upon activation, normal T-cell expressed and secreted) – хемоаттрактант, индуцирующий экспрессию лейкоцитарных интегринов, взаимодействующих с ICAM. Cинтез RANTES, как и MCP-1, в канальцах и собирательных трубках у крыс с ДН стимулируется TGF-α [33]. Установлено, что повышение продукции RANTES в канальцах у больных СД 2 типа (СД2) с ДН коррелирует с протеинурией и инфильтрацией интерстиция [34].

Недавно показано, что высокий уровень глюкозы в клетках проксимальных канальцев запускает синтез макрофагального воспалительного белка 3α (MIP3α: macrophage inflammatory protein-3 alpha) – хемокина, привлекающего Т-лимфоциты памяти. Данный эффект глюкозы опосредован через TGF-α [35]. Изменения продукции других хемокинов при ДН не изучены.

После индукции диабета в корковом веществе почек крыс возрастает экспрессия IL-1β [25, 36]. Поскольку данный цитокин индуцирует синтез молекул адгезии (E-cелектина, ICAM-1) и хемокинов (включая МСР-1) в эндотелии [4], повышение его продукции в клубочках может иметь важное значение для миграции мононуклеаров. In vitro показано, что IL-1β оказывает стимулирующее действие на продукцию фибронектина мезан­гиальными клетками [37] и эпителиоцитами канальцев [38]. Еще один механизм профиброгенного действия IL-1β связан с индукцией трансдифференцировки эпителиоцитов клубочков и проксимальных канальцев в миофибробластоподобные клетки, активно продуцирующие коллаген [38].

Показано, что высокий уровень глюкозы запускает синтез TNF-α в мезангиоцитах [26]. Данные экспериментов указывают на повышение продукции TNF-α в почках у животных с СД [26, 36, 39, 40]. TNF-α – цитокин с мощными провоспалительными свойствами. Рост экспрессии TNF-α и IL-6 в почках крыс с СД коррелирует с альбуминурией [36]. Имеются данные, что увеличение уровня TNF-α в интерстициальной жидкости почек и в моче крыс со стрептозотоциновым СД опережает повышение экскреции альбумина с мочой [40].

Таким образом, в условиях гипергликемии в клетках клубочков и канальцев почек возрастает синтез провоспалительных цитокинов. Это способствует привлечению в клубочки и интерстиций моноцитов/макрофагов, а также Т-лимфоцитов, развитию хронического воспаления и фиброза почек.

ЦИТОКИНЫ КАК ВОЗМОЖНЫЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ И ПРОГНОСТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ ДН

Развитие нефропатии у больных СД сопровождается изменениями концентрации провоспалительных цитокинов в крови и моче. Обнаружено, что больные СД1 с микроальбуминурией имеют более высокое содержание MCP-1 в плазме крови по сравнению со здоровыми лицами и с пациентами с нормоальбуминурией [41]. У больных СД2 возрастание уровня МCP-1 наблюдалось на стадии макроальбуминурии [42]. Как показали наши исследования, мочевая экскреция MCP-1 у больных СД1 повышается даже при нормальной экскреции альбумина с мочой. По мере роста альбуминурии экскреция данного цитокина нарастает. Начиная со стадии микроальбуминурии, у больных СД1 повышается экскреция IL-1β и RANTES. На ранних (допротеинурических) стадиях нефропатии экскреция указанных цитокинов коррелирует с толщиной базальных мембран клубочков и канальцев почек. Наиболее высокий уровень экскреции цитокинов обнаруживается у больных ДН с протеинурией [11]. В настоящее время протеинурия рассматривается как важный фактор ремоделирования тубулоинтерстиция, запускающий синтез цитокинов и факторов роста в эпителиоцитах канальцев и ускоряющий формирование тубулоинтерстициального воспаления и фиброза [43].

В ряде работ выявлена взаимосвязь между повышением уровня IL-6 в крови и альбуминурией [13, 41, 44, 45]. Обнаружена прямая корреляция между толщиной базальной мембраны клубочков и содержанием IL-6 в крови у пациентов с СД2 [13]. Другие исследователи зафиксировали корреляции между мочевой экскрецией IL-6, IL-8 и альбуминурией при СД2 [45]. Имеются данные о положительной корреляции между содержанием в плазме IL-18, CCL2, CXCL8, CXCL9, CXCL10 и альбуминурией у больных СД2 [46].

Установлено, что содержание TNF-α в крови у больных СД1 и СД2 выше при наличии нефропатии [11, 47, 48]. При этом уровень TNF-α прямо коррелирует с альбуминурией [45, 49, 50] и обратно – со скоростью клубочковой фильтрации (СКФ) [50, 51]. Содержание растворимых рецепторов TNF-α (sTNFR1 и sTNFR2) в плазме крови у больных СД2 с микроальбуминурией и протеинурией выше, чем у пациентов с нормальной экскрецией альбумина [52]. Уровень sTNFR2 при этом является предиктором снижения СКФ [53].

Концентрация воспалительных маркеров в моче может быть прогностическим маркером последующего снижения функции почек. В проспективном исследовании развития микроальбуминурии при СД1 (First Joslin Study of the Natural History of Microalbuminuria in Type 1 Diabetes) показано, что мочевая экскреция IL-6, IL-8, МСР-1, интерферон-γ-индуцибельного протеина и макрофагального воспалительного протеина-1Δ выше у тех больных СД1 с нормо- и микроальбуминурией, у которых в дальнейшем снижается функция почек. Риск раннего снижения функции почек у пациентов с увеличенной экскрецией двух или более воспалительных медиаторов оказался повышен в 5 раз [54].

Полиморфные варианты генов провоспалительных цито­кинов могут быть маркерами риска развития ДН в различных популяциях. Аллель А в полиморфном участке 2518 гена MCP-1 оказалась связанной с развитием почечной недостаточности у корейцев с СД2 [55]. Наличие аллеля 28G в гене RANTES ассоциировано с ДН у японцев с СД2 [56]. Генотип 59029A гена хемокинового рецептора CCR5, через который действует RANTES, оказался предиктором ДН при СД2 в разных популяциях [56–58, 62]. Показано, что риск макроальбуминурии у японцев с СД2, имеющих аллель 28G в гене RANTES и аллель 59029A в гене CCR5, повышен в 3 раза по сравнению с больными, не имеющими этих аллелей [56]. Еще одним маркером предрасположенности к ДН может быть вариант 634G/G гена IL-6 [60].

Приведенные данные указывают на тесную связь уровня провоспалительных цитокинов в крови и моче с выраженностью изменений в почках у пациентов с СД. Аллельные варианты генов некоторых цитокинов ассоциированы с развитием диабетического поражения почек. Это позволяет рассматривать цитокины в качестве перспективных диагностических и прогностических маркеров ДН.

ЦИТОКИНЫ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ МИШЕНИ ДЛЯ НЕФРОПРОТЕКЦИИ

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что блокада синтеза или эффекта провоспалительных цитокинов, вовлеченных в развитие ДН, может снижать темпы развития поражения почек. В частности, у мышей со стрептозотоциновым диабетом развитие нефропатии можно замедлить с помощью нокаутирования гена МСР-1. “Выключение” этого гена препятствует развитию макрофагальной инфильтрации клубочков и интерстиция, а также формированию фиброза почек [5]. Блокада действия хемокинов и задерживает развитие ДН. В частности, антагонист CCR2 у мышей линии db/db уменьшает инсулинорезистентность, альбуминурию и препятствует развитию гломерулосклероза [61]. Антагонист хемокинового рецептора 1 (ССR1) в той же модели СД не оказывает влияния на патологию клубочков и протеинурию, однако уменьшает синтез TGF-α и коллагена в тубулоинтерстиции [62]. Введение с помощью плазмиды супрессора цитокинового сигнала 1 (SOCS-1) тормозит синтез TGF-α и МСР-1 в почках у мышей со стрептозотоциновым СД [63].

Имеются данные, что синтез провоспалительных цитокинов в почках при ДН можно уменьшить с помощью сахароснижаю щих препаратов, антагонистов ренин-ангиотензиновой системы и гиполипидемических средств. Показано, что интенсивная инсулинотерапия снижает мочевую экскрецию МСР-1 у больных СД2 с микроальбуминурией [64]. Агонист PPAR-γ росиглитазон у крыс со стрептозотоциновым СД уменьшает синтез в почках и экскрецию c мочой MCP-1 [65].

У животных с экспериментальным диабетом антагонист рецепторов ангиотензина II валсартан снижает продукцию MCP-1 и макрофагальную инфильтрацию в почках [5]. Уменьшение экспрессии IL-1β, IL-6 и TNF-α в почках у крыс с экспериментальным СД зафиксировано при применении эналаприла [36]; экспрессия TNF-α была менее выраженной на фоне валсартана [66]. Уменьшение мочевой экскреции MCP-1 у больных СД2 с микро- и макроальбуминурией зафиксировано при лечении лизиноприлом [19]. Описано снижение экскреции MCP-1 и IL-6 и повышение экскреции IL-10 у больных СД2 с ДН при назначении антагонистов рецепторов ангиотензина II [67]. Таким образом, в реализации нефропротективных эффектов ингибиторов ренин-ангиотензиновой системы, доказанных в многочисленных исследованиях, могут иметь значение их противовоспалительные свойства.

По экспериментальным данным, ингибитор ГМГ-КоА-редуктазы церивастатин уменьшает гиперэкспрессию МСР-1 и TGF-α в почках при СД, что сочетается с уменьшением мак­рофагальной инфильтрации и экспансии мезангия. Описанные эффекты не связаны с липид-снижающим действием и отно­сятся к числу т. н. плейотропных эффектов [26]. Уменьшать мочевую экскрецию MCP-1 у больных СД2 с дислипидемией способен колестимид – секвестрант желчных кислот нового поколения [68].

Таким образом, изучение влияния лекарственных средств на продукцию цитокинов позволяет уточнить механизм нефропротективного действия препаратов, уже используемых в клинике, а также наметить принципиально новые подходы к лечению ДН.

Заключение

Представленные данные свидетельствуют о важной роли провоспалительных цитокинов в развитии хронического воспаления и почечного фиброза при ДН. Продукция цитокинов в “диабетических” почках возрастает на ранних стадиях нефропатии и усиливается по мере ее прогрессирования. Повышение уровня провоспалительных цитокинов в крови и моче у больных с СД взаимосвязано с выраженностью структурных и функциональных изменений в почках. Это определяет перспективы для использования цитокинов в качестве диагностических и прогностических маркеров ДН. Вместе с тем цитокины можно рассматривать как потенциальные мишени для нефропротекции. В экспериментах нейтрализация некоторых цитокинов (в частности, MCP-1) замедляет темпы развития ДН. Изучение патогенетической, диагностической и терапевтической значимости цитокинов при диабетическом поражении почек – перспективная область для дальнейших исследований.

Работа выполнена в рамках научного проекта, поддержанного грантом Президента Российской Федерации по государственной поддержке молодых российских ученых – докторов наук (грант МД-5725.2010.7).


Similar Articles


Бионика Медиа