The role of pro-inflammatory cytokines in diabetic nephropathy in pregnant women with type 1 diabetes mellitus

Full Text

Сахарный диабет (СД) - группа метаболических (обменных) заболеваний, характеризующихся хронической гипергликемией, которая возникает в результате нарушения секреции инсулина, действия инсулина или обоих этих факторов. Хроническая гипергликемия при СД сопровождается повреждением, дисфункцией и недостаточностью различных органов, особенно глаз, почек, нервов, сердца и кровеносных сосудов. В связи с эффективностью инсулинотерапии и появлением новых методов доставки инсулина, применением рациональной физиологической диеты у большинства больных СД женщин нормализовалась репродуктивная функция [10]. Однако практика показывает, что СД и беременность оказывают отрицательное влияние друг на друга. Явный СД осложняет от 0,2 до 3%, а гестационный СД - от 2 до 12% беременностей, и есть тенденция к увеличению этого показателя [15]. Проблема СД и беременности находится в центре внимания акушеров, эндокринологов и неонатологов, так как эта патология связана с большим количеством акушерских осложнений, высокой перинатальной заболеваемостью, смертностью и неблагоприятными последствиями для здоровья матери и ребёнка [1, 11]. Наиболее частые осложнения течения беременности у женщин с СД - нефропатия, угроза прерывания беременности, многоводие [10]. В настоящее время установлено, что для нормального течения имплантации, роста и развития эмбриона необходимо создание в эндометрии беременной состояния иммунной супрессии, что предотвращает отторжение плода. Физиологическое течение беременности во многом определяется соотношением иммуномодулирующих и иммуносупрессивных эффектов в организме, в реализации которых непосредственное участие принимают регуляторные протеины - компоненты цитокиновой системы. Количественный и качественный состав цитокинов имеет решающее влияние на развитие беременности [12]. Диабетическая нефропатия (ДН) - одно из наиболее частых и прогностически неблагоприятных осложнений при беременности у больных СД. Выборочные эпидемиологические исследования свидетельствуют, что среди больных СД фактическая распространённость поражения почек превышает регистрируемую в 2-3 раза [4]. ДН среди беременных с СД 1-го типа выявляют в 6% случаев, кроме того, сохраняется тенденция к ежегодному увеличению её частоты. Неудовлетворительные результаты лечения ДН связаны со сложностью патогенеза, длительным бессимптомным течением, поздней диагностикой. В числе актуальных задач - определение влияния ДН на течение беременности, а также влияния беременности на прогрессирование ДН, выделение факторов, определяющих темпы развития ДН, и поиск новых ранних маркёров данного осложнения. Ведущую роль в патогенезе ДН играют гипергликемия и связанные с ней нарушения метаболизма: неферментативное гликирование, дислипидемия, а также артериальная и внутриклубочковая гипертензия [4, 44, 46]. Гипергликемия - основной инициирующий метаболический фактор в развитии диабетического поражения почек. Именно гипергликемия приводит к специфическим изменениям почечной ткани при СД, диффузному и узелковому гломерулосклерозу. Гормональные перестройки при беременности, такие как активизация синтеза плацентарного лактогена, гормона роста, стероидов, плацентарной инсулиназы, факторов роста и цитокинов, приводят к формированию и прогрессированию инсулинорезистентности, сложности контроля гликемии [1]. Кроме того, усиленный липолиз с высвобождением свободных жирных кислот, холестерина и триглицеридов индуцирует повреждение липидами эндотелия капилляров клубочков, тубулоинтерстициальные повреждения с дальнейшим склерозированием почечной ткани [14]. Известно, что у больных СД под действием гипергликемии, избытка простациклина и оксида азота происходит дилатация приносящих артериол, а за счёт активации локального почечного синтеза ангиотензина II, эндотелина-1 и катехоламинов - спазм выносящих артериол. Следствием этого становится появление внутриклубочковой гипертензии, сопровождающейся повышением скорости клубочковой фильтрации [14]. Развитие вторичной артериальной гипертензии, как и наличие артериальной гипертензии до беременности, ведёт к прогрессированию ДН, ухудшению качества жизни и прогноза родоразрешения. В настоящее время не вызывает сомнения тот факт, что структурные и функциональные изменения почек появляются уже в первые годы течения СД [8, 44]. Наиболее ранние признаки поражения почек включают гиперфильтрацию и клубочковую гипертрофию, далее развиваются утолщение и нарушение структуры базальных мембран, экспансия мезангия клубочков, перигломерулярный склероз, дистрофические и атрофические изменения канальцев, фиброз интерстиция, артерий и артериол. Начальные признаки фиброзирования клубочков, интерстиция и сосудов почек у больных СД 1-го типа обнаруживают уже на стадии микроальбуминурии. Это обратимые поражения, которые регрессируют при полном устранении гипергликемии. Появление макроальбуминурии подтверждает выраженное и необратимое поражение почек [14]. Таким образом, ранняя диагностика и лечение ДН имеет принципиальное значение для улучшения прогноза у всех больных СД, особенно беременных. В настоящее время стандартом обследования больных СД служит определение альбуминурии. Микроальбуминурия - наиболее ранний маркёр ДН, определяемый в клинической практике [14]. Большинство случаев микроальбуминурии выявляют при длительности заболевания от 5 до 20 лет. Микроальбуминурия - значимый предиктор общей смертности больных СД 1-го типа наряду с продолжительностью СД, предшествующей макроваскулярной патологией, курением, гликемическим контролем и пульсовым давлением [8, 14]. Риск развития микроальбуминурии, а также трансформации микроальбуминурии в протеинурию повышается с ростом содержания гликированного гемоглобина (HbA1c), вариабельности гликемии и артериального давления. К увеличению экскреции альбумина с мочой могут приводить кетоацидоз, высокобелковая диета, чрезмерная физическая нагрузка, лихорадка, хроническая сердечная недостаточность, сопутствующие заболевания почек. Исследования последних лет показали, что альбуминурия коррелирует с выраженностью морфологических изменений в почках, однако начальные структурные признаки ДН появляются уже при нормальной экскреции альбумина с мочой [8, 34]. Выраженность альбуминурии - вариабельная величина, её значимость как предиктора не абсолютна [2]. В связи с этим продолжается поиск диагностических маркёров, которые бы отражали наиболее ранние стадии ДН. Длительное время главные роли в развитии ДН отводили гемодинамическим и метаболическим факторам. В настоящее время важнейшим компонентом ДН считают воспалительный процесс с участием воспалительных цитокинов и хемокинов, заключающийся в миграции моноцитов/макрофагов в почки и развитии гломерулярного и интерстициального фиброза [2, 33]. Выявлена ассоциация ДН с воспалительными маркёрами Проведённые в последние годы исследования подтверждают, что у больных СД с наличием обратимых нарушений функций почек (микроальбуминурией) уже присутствует дисбаланс в содержании факторов, регулирующих обмен коллагена [2, 14, 22, 33]. Важнейшую роль в возникновении нефросклероза играют провоспалительные цитокины - интерлейкин-1β (ИЛ-1β), хемокин, моноцитарный хемоаттрактантный протеин-1 (от англ. monocyte chemoattractant protein-1 - MCP-1) и хемокин, экспрессируемый и секретируемый Т-клетками при активации (RANTES, от англ. Regulated on Activation Normal T-cell Expressed and Secreted - регулятор активности нормальной экспрессии и секреции Т-клеток) [9, 26]. Цитокины - белково-пептидные факторы, осуществляющие короткодистантную регуляцию межклеточных и межсистемных взаимодействий. Цитокины определяют выживаемость клеток, стимуляцию или ингибирование их роста, дифференцировку, функциональную активацию и апоптоз клеток [9]. Гипергликемия, запускающая синтез молекул межклеточной адгезии и провоспалительных цитокинов, перечисленных выше, в клубочковых и канальцевых клетках, - наиболее вероятная причина появления мононуклеарных лейкоцитов в почках при СД [47]. Молекулы адгезии реализуют выход лейкоцитов из сосудистого русла и их проникновение в ткани. Мигрирующие в почки макрофаги, синтезирующие цитокины и факторы роста, участвуют в формировании гломерулярного и тубулоинтерстициального воспаления и фиброза [37]. При этом доказано, что выраженность гломерулосклероза у пациентов с СД зависит от количества макрофагов [44]. Показана взаимосвязь макрофагальной инфильтрации клубочков и канальцев с выраженностью почечного фиброза, альбуминурией и клиренсом креатинина на экспериментальных моделях СД [19]. Известно, что мезангиоциты клубочка играют важную роль в ремоделировании мезангиального матрикса, обеспечивая синтез его компонентов (коллагена, гликозаминогликанов, фибронектина), цитокинов (ИЛ-1β) и факторов роста [трансформирующий фактор роста-β (ТФР-β), фактор роста соединительной ткани, инсулиноподобный фактор роста], а также образование расщепляющих матрикс ферментов (металлопротеиназ). Активизация продукции компонентов матрикса и биологически активных регуляторов в мезангиальных клетках имеет ключевое значение в формировании диабетического гломерулосклероза [23, 29]. Усиление синтетической функции клеток проксимальных канальцев, способных синтезировать компоненты внеклеточного матрикса (коллаген, фибронектин), цитокины, факторы роста и компоненты ренин-ангиотензиновой системы, вносит вклад в развитие интерстициального фиброза при ДН [27]. В то же время, гипергликемия и продукты гликирования запускают активацию внутриклеточных транскрипционных факторов (стимулирование протеинкиназы С и уменьшение экспрессии PPAR-γ) [22], активизируется образование цитокинов, фиброгенных факторов роста (ТФР-β, фактор роста соединительной ткани, инсулиноподобный фактор роста, фактор роста эндотелия сосудов) и вазоактивных факторов (ангиотензин II, эндотелин) [26]. Это приводит к снижению активности металлопротеиназ, чрезмерному образованию тканевых ингибиторов металлопротеиназ [30], что наряду с гликированием коллагена, возникающим при СД, ведёт к подавлению катаболизма коллагена и его аккумуляции в почках. Повышение внутриклеточного содержания глюкозы и обусловленное этим нарушение нормального внутриклеточного метаболизма со стойкими сдвигами внутриклеточного уровня важнейших метабoлитов вызывает генерализованную дисфункцию эндотелия, что лежит в основе усиленного синтеза мезангиальными клетками таких компонентов мезангия, как коллаген IV типа, ламинин и фибронектин. Их накопление в клубочке - важный механизм формирования гломерулопатии. Кроме того, нарушение функций клеток клубочка приводит к количественным и качественным изменениям гликопротеинов и протеогликанов базальной мембраны клубочков, что также играет важную роль в патогенезе ДН [6]. Возникновение хронической гипоксии почек, вызванной прогрессирующим разрастанием соединительной ткани [32], усиление синтеза почечного матрикса, развитие воспалительных реакций в клубочках, гипертрофии и неоваскуляризации клубочков, компенсаторной гиперфильтрации почек, микро- и макроальбуминурии (как результат изменения структуры и функций щелевой диафрагмы, дефицита гепарансульфата в мезангии и базальной мембране [3]) замыкают порочный круг развития диабетического нефросклероза. Центральным медиатором локальных и системных воспалительных реакций является цитокин ИЛ-1 [7]. Биологические свойства ИЛ-1β и ИЛ-1α очень сходны. ИЛ-1α активирует преимущественно Т-лимфоциты, обладает аутокринным и паракринным действием, в то время как ИЛ-1β - многофункциональный цитокин с широким спектром действия, играет ключевую роль в развитии и регуляции неспецифической защиты и специфического иммунитета, один из первых включается в ответную защитную реакцию организма при действии патогенных факторов [16]. ИЛ-1β инициирует и регулирует воспалительные, иммунные процессы, активирует нейтрофилы, Т- и В-лимфоциты, стимулирует синтез белков острой фазы, цитокинов (ИЛ-2, -3, -6, фактора некроза опухоли α), молекул адгезии (Е-селектина, молекул межклеточной адгезии), прокоагулянтов, простагландинов. ИЛ-1β повышает хемотаксис, фагоцитоз, гемопоэз, проницаемость сосудистой стенки, цитотоксическую и бактерицидную активность, оказывает пирогенный эффект. Обнаружено, что в самые ранние сроки после индукции СД в почечных клубочках крыс возрастает экспрессия ИЛ-1β [46]. При высоком содержании ИЛ-1β в крови у больных СД 1-го типа происходит быстрое прогрессирование микроангиопатий [14]. К хемокинам относят большой субкласс цитокинов - растворимых низкомолекулярных гормоноподобных иммуномодуляторов, обладающих свойствами хемоаттрактантов, то есть цитокинов, которые контролируют миграцию различных видов лейкоцитов, имеющих к ним рецепторы, из кровяного русла в ткани, очаги воспаления и аутоиммунного процесса, опухоли. К хемокинам относят около 50 соединений [5]. Стимуляторами их образования могут быть продукты бактерий, вирусов, агенты, возникающие при воспалении, деструкции клеток [24]. MCP-1 проявляет наиболее сильную хемотаксическую активность по отношению к моноцитам и Т-лимфоцитам. Служит промотором миграции циркулирующих лимфоцитов из периферической крови в ткани и очаги воспаления, одновременно влияя на их активацию и прилипание к сосудистой стенке. MCP-1 стимулирует моноциты к синтезу провоспалительных цитокинов и образование аниона перекиси водорода [18]. Особенно большое значение придают роли MCP-1 в патогенезе ДН. Показано, что для больных СД 1-го типа характерно повышение содержания MCP-1 в периферической крови по сравнению со здоровыми людьми [37, 38]. Как известно, лейкоцитарный инфильтрат в поражённых гломерулотубулярных интерстициальных участках почек больных СД почти полностью состоит из макрофагов. Установлено, что тубулярные и мезенхимальные клетки почек секретируют в большом количестве MCP-1 - главный триггер, направляющий поток моноцитов/макрофагов в почки. После адгезии эти клетки выделяют кoмплекс провоспалительных цитокинов (ИЛ-6). Происходит образование молекул межклеточной адгезии, вызывающих в конечном итоге склероз гломерул и фиброз интерстициальной ткани [27, 30, 33, 39]. Выявлено, что у больных с ДН хорошая корреляция между повышением содержания MCP-1 в периферической крови и моче и выраженностью альбуминурии, степенью повреждения почек, а также длительностью заболевания [21, 31, 33]. Доказательством роли MCP-1 в патогенезе ДН служит и тот факт, что «выключение» гена МСР-1 у мышей со стрептозоциновым диабетом замедляет развитие поражения почек [45]. При этом блокада рецептора к MCP-1, который имеет критическое значение в прoгрессировании ДН, улучшает течение гломерулонефроза [36]. RANTES - хемоаттрактант, неотъемлемый модулятор многих иммунологических, аллергических и воспалительных реакций, участвует в миграции и накоплении лимфоцитов, моноцитов и эозинофильных гранулоцитов в воспалительных и патологически повреждённых участках тканей и органов, является медиатором ангиогенеза [17, 20, 35, 43]. Большое значение придают участию RANTES в возникновении ДН [43]. В результате длительной, плохо контролируемой гипергликемии, оксидативного стресса, нарушения фильтрационной спосoбности почек и возникновения микроальбуминурии происходит повышение экспрессии рецепторов хемокинов, а затем и синтез самих хемoкинов, в том числе и RANTES, в почечных канальцах и мезенхимальных элементах почек. В результате этого в воспалённые участки почек мигрирует большое количество лейкоцитов, преимущественно моноцитов/макрофагов, которые секретируют спектр провоспалительных цитокинов (ИЛ-2 и -12, фактор некроза опухоли α, γ-интерферон и др.), вызывающих деструкцию клеток канальцев и окружающих их соединительнотканных элементов, что приводит к склерозу гломерул и фиброзу интерстициальной ткани [21, 29, 45]. Показано, что развитие ДН у больных СД 1-го типа сопровождается значительным повышением экскреции провоспалительных цитокинов и хемокинов: мочевая экскреция ИЛ-1β увеличивается при любой экскреции альбумина с мочой, мочевая экскреция MCP-1 - у больных с микро- и макроальбуминурией, мочевая экскреция RANTES - у больных с макроальбуминурией [8]. Полученные данные свидетельствуют о взаимосвязи между увеличением мочевой экскреции провоспалительных цитокинов и нарастанием тяжести ДН. Высокий уровень мочевой экскреции провоспалительных цитокинов, определяемый у больных с клинически явной ДН, связан со стимулирующим эффектом протеинурии на синтез цитокинов в канальцах. Новый подход к диагностике и прогнозированию течения ДН - и определение медиаторов фиброгенеза. Активация цитокинового каскада в почках находится в тесной взаимосвязи с повышенным синтезом факторов роста, кроме того, они oказывают стимулирующее влияние на синтез друг друга, что, возможно, определяет быстрое прогрессирование нефросклероза [42]. ТФР-β рассматривают как ключевой медиатор в формировании нефросклероза, так как он связан с активацией синтеза коллагена, фибронектина и других компонентов матрикса в почках. Также ТФР-β активирует синтез фактора роста соединительной ткани - мощного стимулятора образования матрикса и предиктора развития уремии [27]. ТФР-β обладает иммуносупрессивными свойствами, подавляет синтез ИЛ-1, -6 и -8, фактора некроза опухоли α, регулирует клеточный рост, адгезию и дифференцировку. Обнаружено, что экспрессия ТФР-β в почках у крыс с индуцированным СД выше, чем у здоровых крыс (p <0,01) [48]. У больных СД 1-го типа с начальными стадиями ДН установлены прямые корреляции между ТФР-β и толщиной базальной мембраны клубочков, а также разрастанием мезангиального матрикса [41]. Доказан и тот факт, что мочевая экскреция ТФР-β у больных СД 1-го типа возрастает по мере увеличения выраженности ДН, причём у больных с микроальбуминурией экскреция повышена в сравнении с контролем и людьми с нормоальбуминурией (p=0,003 в обоих случаях), а у больных с протеинурией экскреция ТФР-β превышает контроль в 4 раза (p=0,0002). Кроме того, обнаружена положительная корреляция между содержанием ТФР-β и количеством гликированного гемоглобина (r=0,48; p=0,02) [8]. Повышение уровня медиаторов фиброза и факторов эндотелиальной дисфункции у больных СД 1-го и 2-го типов с ДН свидетельствует об их определяющей роли в развитии тубулоинтерстициального повреждения, коррелирующего со снижением скорости клубочковой фильтрации [13]. Приведённые данные указывают на тесную взаимосвязь между наличием гипергликемии, чрезмерным синтезом ростовых факторов и развитием нефросклероза при СД. Определение у больных СД, особенно беременных, экскретируемых с мочой провоспалительных цитокинов и фиброгенных факторов роста можно использовать для своевременной диагностики и оценки процессов, протекающих в почках, изучения степени склерозирования и, как следствие, прогнозирования и лечения нарушений функций почечной ткани. Полученные данные об изменении содержания провоспалительных цитокинов и фиброгенных факторов роста, а также возможность коррекции с помощью достижения идеального уровня компенсации углеводного обмена эффективной инсулинотерапией позволят не только планировать и вести беременность при СД на более благоприятном фоне, но и предупреждать негативное влияние беременности на состояние функций почек.

About the authors

G R Gazizova

Kazan State Medical University, Kazan, Russia

Email: gulnaz-med@yandex.ru

References

Supplementary files