Механізми розвитку та прогресування діабетичної нефропатії

Діабетична нефропатія (ДН) є одним з найсерйозніших мікроваскулярних ускладнень цукрового діабету (ЦД). Патологічні зміни виникають у різних клітинах, зокрема в подоцитах, мезангіальних і ендотеліальних клітинах, гломерулярній базальній мембрані, епітелії канальців, а також у фібробластах інтерстицію та судинному епітелії. Тобто ушкодження стосуються як клубочків нирок, так і тубуло-інтерстиціальної тканини [1].
Патогенез ДН комплексний і включає спадковий, метаболічний (гіперглікемія, гіперліпідемія, гіперурикемія тощо), гемодинамічний (внутрішньоклубочкова гіпертензія, артеріальна гіпертензія (АГ) компоненти, гормональні (гіперінсулінемія, активація локальної ниркової ренін-ангіотензинової системи (РАС) тощо), імунні (дисбаланс продукції про- та протизапальних цитокінів, факторів росту тощо) порушення та ін.
В успадкуванні, або генетичній схильності, ДН бере участь численна група генів, які тією або тією мірою залучені в розвиток ДН. До таких генів належать: ген ангіотензинперетворювального ферменту (АПФ) [2]; ген рецептора до ангіотензину ІІ й ангіотензину [3], ген реніну [4], ген NO-синтетази [5], ген колагену ІV типу [6], ген ТФР-β (трансформуючий фактор росту) [7], ген альдозоредуктази [8], гени ароА та ароЕ [9], ген ІЛ-1β [10] тощо.
Гіперглікемія – основний ініціювальний метаболічний чинник у розвитку діабетичного ураження нирок. За відсутності гіперглікемії змін ниркової тканини, характерних для ЦД, не виявляють. До того ж, за тривалого підтримання нормоглікемії відбувається зниження рівня мікроальбумінурії (МАУ), протеїнурії [11].
Вплив гіперглікемії на внутрішньоклітинні сигнальні шляхи може бути подібним для більшості клітин організму [12]. Але є й диференційована активація різних сигнальних шляхів залежно від типу клітини, наприклад активація альдозоредуктази та міоінозитол-оксидази в клітинах ниркових канальців і протеїнкінази С (ПКС) -α та -β ізоформ у клубочках нирок. Узагалі, на клітинному рівні у разі гіперглікемії відбуваються активація поліолового шляху обміну глюкози, гексозаміну; нагромадження кінцевих продуктів глікозування (КПГ); збільшення активаціїї ПКС, ТФР-β-Smad-мітогенактивованої протеїнкінази (TGF-β-Smad-MAPK) і G-протеїнів; зміна експресії ферментів, які регулюють деградацію матриксу та їх інгібіторів з нагромадженням радикалів кисню. Все це зумовлює збільшення утворення та нагромадження екстрацелюлярного матриксу (ЕЦМ) [13]. Збільшення утворення радикалів кисню як у клітинних мембранах, так і в мембранах мітохондрій може також активувати РАС. Це призводить до подальшого погіршення функції нирок. Згідно з результатами нещодавніх досліджень, синхронна взаємодія певних чинників, зокрема гіперглікемії та активації РАС, може посилювати вплив на різні сигнальні шляхи, що зрештою призводить до виникнення та прогресування ДН (див. рисунок) [14] (адаптовано з Kanwar Y.S. Diabetic nephropathy: mechanisms of renal disease progression / Y.S. Kanwar, J. Wada, L. Sun [et al.] // Exp. Biol. Med. – 2008. – № 233. – Р. 6).
Гіперглікемія може також посилювати експресію судинного ендотеліального фактора росту (СЕФР) у подоцитах [15], що значно підвищує судинну проникність [16]. Однак гіперглікемію не вважають єдиним чинником, відповідальним за виникнення ДН. Про це свідчать результати досліджень, у яких нирки від донорів без ЦД пересаджували пацієнтам із ЦД, а нефропатія розвивалася незалежно від контролю рівня глюкози [17].

Виділяють три механізми, що пояснюють, як гіперглікемія спричинює ушкодження тканин:
• неферментативне глікозування, що зумовлює збільшення вмісту КПГ [18];
• активація ПКС [19];
• прискорення активації альдозоредуктази [20].
Оксидантний стрес вважають загальним для всіх трьох шляхів [21].
Глікозування тканинних білків робить свій внесок у розвиток ДН та інших мікроваскулярних ускладнень. У разі хронічної гіперглікемії деякий надлишок глюкози з’єднується із циркулюючими вільними амінокислотами або тканинними білками. Цей неферментативний процес уражує клубочкову базальну мембрану та інші компоненти матриксу клубочка і в початкових стадіях призводить до утворення ранніх оборотних КПГ, а пізніше – необоротних КПГ. Збільшення кількості цих продуктів може відігравати певну роль у патогенезі ДН через зміну інформації сигнального перетворення внаслідок змін рівнів розчинних агентів, таких як цитокіни, гормони та вільні радикали. Підвищені рівні КПГ встановлено у хворих на ЦД як за наявності ниркової недостатності, так і в разі нормальної функції нирок [22]. Наслідком цього є нагромадження в тканинах підвищеної кількості КПГ (частково шляхом утворення міжмолекулярних зв’язків із колагеном), що призводить до ниркових та інших мікроваскулярних ускладнень [23]. Крім того, унаслідок поєднання впливу збільшеної кількості КПГ та специфічних рецепторів КПГ дозозалежно зменшується концентрація оксиду азоту [24].
Іншим механізмом, за допомогою якого гіперглікемія сприяє розвитку ДН, є активація ПКС [25]. Це призводить до збільшення секреції судинорозширювальних простаноїдів, що є причиною розвитку клубочкової гіперфільтрації. Завдяки активації TФР-β1 ПКС може також збільшувати продукцію ЕЦМ мезангіальними клітинами [26]. Механізм, за допомогою якого гіперглікемія призводить до активації ПКС, включає de novo нагромадження діацилгліцеролу й оксидантний стрес [27]. Активація ПКС індукує активність МАРК у відповідь на позаклітинні стимули шляхом подвійного фосфорилювання запасів треоніну та рештків тирозину. Коактивація ПКС і МАРК за високих концентрацій глюкози свідчить про те, що ці два ферменти взаємопов’язані [28].
Поліоловий шлях також бере участь у розвитку ДН. У деяких дослідженнях встановлено зменшення екскреції альбуміну із сечею у тварин, які отримували інгібітори альдозоредуктази, але в людини ці агенти широко не вивчали, і результати їхнього застосування є непереконливими [29].
Порушення обміну ліпідів. Згідно з гіпотезою щодо нефротоксичної дії ліпідів, гіперліпідемія призводить до ушкодження ендотелію капілярів нирок та відкладення ліпідів у мезангії. Мезангіальні клітини зв’язують та окиснюють ліпопротеїди низької щільності (ЛПНЩ), що стимулює проліферацію мезангія та розвиток гломерулосклерозу. Крім того, ліпопротеїди, що фільтруються в клубочках, осаджуються в канальцях та індукують тубулоінтерстиційні процеси, склероз інтерстицію та розвиток ниркової недостатності [30].
Встановлено аналогію між процесом нефросклерозу (гломерулосклерозу) і механізмом розвитку атеросклерозу судин [30]: окиснені ЛПНЩ проникають через ушкоджений ендотелій капілярів ниркових клубочків, захоплюються мезангіальними клітинами з утворенням пінистих клітин, навколо яких починають формуватися колагенові волокна.
Крім того, глікозування апобілків ЛПНЩ при ЦД прискорює розвиток атеросклеротичного ураження судин. Ступінь глікозування ароВ корелює з нагромадженням у макрофагах ефіра холестерину, що зумовлює прискорене формування атеросклеротичних бляшок [31].
У пацієнтів з ДН часто виявляють численні порушення обміну ліпопротеїдів [31].

У пацієнтів з МАУ та явною протеїнурією, як правило, виявляють підвищені рівні ліпопротеїдів дуже низької щільності (ЛПДНЩ), ЛПНЩ та тригліцеридів (ТГ) плазми. Рівень ліпопротеїдів високої щільності (ЛПВЩ) у хворих з МАУ нижчий, ніж у пацієнтів з нормоальбумінурією. Крім відхилень у кількості ліпопротеїдів спостерігають зменшення діаметру частинок ЛПНЩ у пацієнтів з ДН [32] порівняно з особами без нефропатії. Всі вищезгадані відхилення в обміні ліпопротеїдів стають вираженішими у разі збільшення рівня альбумінурії та порушення функції нирок. У хворих на ЦД з нефротичним синдромом характер дисліпопротеїнемії не відрізняється від такого у пацієнтів без ЦД [33].
Гіперхолестеринемія, зумовлена порушеннями дієти, індукувала у тварин розвиток фокального гломерулосклерозу [34], а ліпідознижувальна терапія у щурів Zucker асоціювалася зі зменшенням ушкодження гломерул [35]. Дослідження на тваринах також продемонстрували ушкоджувальну дію гіперліпідемії на тубулоінтерстицій [36], який зазнає ураження при ДН і стан якого є предиктором ниркової дисфункції [37]. Нещодавні дослідження продемонстрували, що гіперліпідемія та гіперглікемія діють синергічно, посилюючи ушкодження нирок у мишей з недосконалими рецепторами до ЛПНЩ [38]. Дисліпідемія може також зумовлювати розвиток або поглиблювати ДН. Цей ефект реалізується різними шляхами: змінами у системі згортання крові, проникності мембран, ушкодженням епітеліальних клітин та поглибленням атеросклерозу [39].
Механізми, за участі яких ліпіди індукують ушкодження нирок, до кінця не вивчено. Продемонстровано, що нативні й окиснені ЛПНЩ посилюють продукцію супероксиду в щойно ізольованих гломерулах щурів із ЦД [40], а продукти реактивного окиснення посилюють продукцію ендотеліну-1 у гломерулах щурів із ЦД in vitro та in vivo [41]. Інші фактори, такі як ТФР-β1, також розглядають як важливі медіатори у разі ліпідіндукованого ушкодження нирок при ДН [42]. Гіперглікемія спричинює збільшення експресії ТФР-β1 в гломерулах у щурів із стрептозотоциніндукованим ЦД [43]. Діабетичний гломерулосклероз характеризується збільшенням мезангіального матриксу, а подібність патогенезу гломерулосклерозу й атеросклерозу дала змогу зробити припущення про участь ліпідів у розвитку ДН. Проліферація та збільшена продукція супероксиду мезангіальними клітинами розпочинається з прогресуванням ДН [44].
Роль цитокінів. Активація цитокінів, профіброзних елементів запалення та судинних факторів росту, таких як СЕФР, може сприяти нагромадженню ЕЦМ при ДН [45-49]. Зазначають, що СЕФР збільшує проникність клубочкового фільтраційного бар’єру для білків [50], але його активність буває зниженою у пацієнтів із ДН. Отже, вплив СЕФР на розвитoк нефропатії до кінця не з’ясовано.
Гіперглікемія стимулює експресію СЕФР, що сприяє ушкодженню ендотелію при ЦД у людини [45, 46]. У пацієнтів із ДН ступінь неоваскуляризації був збільшений і корелював з експресією СЕФР та ангіопоетину [94-96]. Однак пізніше було встановлено, що рівні і-РНК СЕФР у пацієнтів з ДН були знижені [52].
На користь патогенної ролі СЕФР при ДН свідчать результати спостережень, згідно з якими блокада СЕФР знижує показники альбумінурії в експериментальних моделях [46, 47]. Дослідження на тваринах, в яких використовували нейтралізувальні антитіла до СЕФР, продемонстрували причетність цього ростового фактора до гломерулярної гіпертрофії та нагромадження ЕЦМ [46, 53]. Високі рівні глюкози, ТФР-β1 та ангіотензину ІІ стимулюють експресію СЕФР, що призводить до синтезу в ендотелії оксиду азоту. Це сприяє вазодилатації та гіперфільтрації, які є ранніми ознаками ДН. CEФР також стимулює продукцію α-3-ланцюга колагену IV типу, який є важливим компонентом базальної мембрани клубочка. Є непрямі докази того, що підвищена продукція саме цього ланцюга колагену спричинює стовщення гломерулярної базальної мембрани, яке спостерігають при ДН. Як було показано на тваринних моделях ЦД, призначення антитіл до СЕФР зменшувало альбумінурію порівняно з групою тварин, які не отримували такого лікування [49].
З іншого боку, результати кількох досліджень спростовують роль високих рівнів СЕФР у розвитку та прогресуванні ДН. Натомість, вони свідчать про несприятливий вплив низьких рівнів СЕФР. Eremina і співавт. [54] показали на моделях мишей, що СЕФР продукується подоцитами і є необхідним для розвитку та диференціювання як гломерулярних ендотеліальних, так і мезангіальних клітин. Експресія гена СЕФР знижена у хворих на ДН [55], але залишається нез’ясованим, чи пов’язано це із втратою подоцитів, що, своєю чергою, зумовлює зменшення продукції СЕФР. Baelde et al. [52] встановили, що концентрація і-РНК СЕФР була зниженою в клубочках пацієнтів із ДН та корелювала зі зменшенням кількості подоцитів і прогресуванням ушкодження нирок.
Під впливом гіперглікемії в клубочках відбувається збільшення експресії ТФР-β1 [56]. У клубочках щурів зі стрептозотоциніндукованим ЦД рівні ТФР-β1 були підвищеними, а застосування нейтралізувальних ТФР-β1-антитіл запобігало розвитку змін у нирках, характерних для ДН. Крім того, сполучнотканинний фактор росту та білки теплового шоку, які кодуються ТФР-β1-індуцибельними генами, виявляють фіброгенний вплив на нирки у пацієнтів з ДН [57]. Доведено, що ТФР-β1 сприяє клітинній гіпертрофії та збільшує синтез колагену при ДН [47, 57]. Внесок ТФР-β1 у розвиток ДН доведено в дослідженні, в якому антитіла до ТФР-β1 разом з інгібіторами (іАПФ) нормалізували рівні протеїнурії у щурів з ДН; протеїнурію під час застосування лише іАПФ вдавалося коригувати лише частково [58]. Вираженість гломерулосклерозу та тубуло-інтерстиціального ушкодження також зменшувалася у разі комбінованої терапії.
Призначення фактора росту гепатоцита, який є специфічним блокатором профіброзної активності ТФР-β1, покращувало перебіг ДН у мишей [59].
Прозапальні цитокіни також впливають на розвиток і прогресування ДН, особливо ІЛ-1, ІЛ-6 та ІЛ-18, а також фактор некрозу пухлин (ФНП). Концентрація цих цитокінів була підвищеною в моделях ДН. Це спричинювало розвиток захворювання внаслідок активації різних механізмів.

Кожен із цитокінів має кілька різних ефектів. ІЛ-1β змінює експресію хемотаксичних факторів і молекул адгезії; впливає на внутрішньоклубочкову гемодинаміку (внаслідок зміни синтезу простагландинів мезангіальними клітинами); може збільшувати проникність ендотеліальних клітин судин та стимулювати продукцію гіалурону нирковим тубулярним епітелієм (що, своєю чергою, збільшує клітинність клубочка) [60]. Є тісний взаємозв’язок між рівнем ІЛ-6 і ущільненням гломерулярної базальної мембрани, а також можливий зв’язок з підвищенням ендотеліальної проникності та проліферацією мезангіальних клітин. ІЛ-18 індукує продукцію інших прозапальних цитокінів, таких як ІЛ-1β, інтерферон-γ та ФНП, а також може ініціювати апоптоз ендотеліальних клітин. ФНП має найширший спектр біологічної активності, завдяки чому впливає на розвиток ДН. Важливим є те, що він справляє пряму ушкоджувальну дію на нирки як цитотоксин, а також індукує апоптоз, впливає на внутрішньоклубочкову гемодинаміку, ендотеліальну проникність та адгезію клітин між собою. Це може мати важливе значення в розвитку гіпертрофії та гіперфункції елементів нефрону в ранніх стадіях ДН [49].
Внутрішньоклубочкова гіпертензія (високий гідравлічний тиск у капілярах ниркових клубочків) є провідним гемодинамічним чинником прогресування ДН. Причина формування цього «гідравлічного стресу» – висока активність ниркової РАС, а саме висока активність ниркового ангіотензину ІІ. Цей вазоактивний гормон відіграє ключову роль у порушенні внутрішньониркової гемодинаміки та розвитку структурних змін тканини нирок при ЦД.

Важливість локальної РАС було доведено Price [68], який встановив, що, незважаючи на низький рівень активності реніну плазми, після застосування блокатора рецепторів ангіотензину (БРА) ірбесартану збільшення ниркового току плазми було достовірно вищим при ЦД 2 типу порівняно з групою контролю. Однак цей ефект доведено лише за наявності гіперглікемії [56]. Встановлено, що локальна ниркова концентрація ангіотензину ІІ в 1 000 разів перевищує його вміст у плазмі. Тому навіть в умовах низької активності реніну плазми саме автокринні/паракринні ефекти локально синтезованого ангіотензину ІІ відіграють основну роль у патофізіологічному ремодулюванні тканин і судин при ЦД [69].
Важливою роллю локальної РАС можна пояснити, чому криві доза–відповідь є різними для зниження артеріального тиску (АТ) та зменшення протеїнурії. Для максимального зменшення протеїнурії необхідні вищі дози як в експериментах на тваринах, так і в людини [70]. Цікаво, що максимальні для зниження АТ дози еналаприлу [71] недостатні для зниження концентрації інтерстиціального ангіотензину ІІ. Необхідні дуже великі дози іАПФ або БРА для максимальної блокади локальної РАС.
Альдостерон відіграє незалежну роль у стимулюванні прогресування хвороб нирок [72]. Блокада рецепторів мінералокортикоїдів [73] додатково знижує альбумінурію, незважаючи на відсутність додаткового зниження АТ.

Ренін і проренін. Зазначають важливу роль реніну та його попередника прореніну в розвитку і прогресуванні ураження нирок [75-78]. При хронічних захворюваннях нирок, зокрема зумовлених ЦД 2 типу, з протеолітичним шляхом активації реніну починає конкурувати так званий непротеолітичний шлях його активації [75, 76]. Непротеолітична активація свідчить про можливість набуття прореніном ферментативної активності, властивої реніну, без відокремлення пропептидного ланцюжка. Це відбувається завдяки зв’язуванню прореніну з так званими прореніновими рецепторами [77, 78], що призводить до активації каталітичної активності прореніну [76]. Після взаємодії з прореніновим рецептором проренін може безпосередньо брати участь в синтезі ангіотензину І, таким чином різко збільшуючи активність РААС в цілому [77]. Відбувається активізація внутрішньоклітинного протеїнкіназного шляху та реалізується ангіотензин ІІ-незалежний профіброгенний ефект [79]. Стимуляція проренінового рецептора призводить до активації MAPK та фосфорилювання позаклітинної сигнал-регульованої кінази (ERK1/2) з подальшою індукцією експресії гена ТФР-β і залежних від нього генів, які кодують інгібітор активатора плазміногена типу 1 (РАІ-1), фібронектин та колагени, а також активацію проліферації мезангіоцитів [79]. Так, уведення експериментальним тваринам 10-амінокислотного ланцюжка, що блокує центр зв’язку проренінового рецептора, зумовлювало гальмування прогресування діабетичного ураження нирок [80]. У лінії мишей, що в надлишку експресують людський прореніновий рецептор, спостерігають формування глобального нефросклерозу та протеїнурію, які зменшуються у разі застосування блокатора центру проренінового рецептора [81].
Артеріальна гіпертензія, що виникає вторинно внаслідок діабетичного ураження нирок, стає найпотужнішим чинником прогресування ниркової патології, що за силою свого ушкоджувального впливу в багато разів перевищує вплив метаболічних чинників (гіперглікемію та гіперліпідемію).

Точка зору C.E. Mogensen [82], згідно з якою антигіпертензивне лікування не лише ефективніше, ніж контроль глікемії, а і забезпечує швидший результат, є загальновідомою серед лікарів. Тоді постає питання, чи не є пацієнти з ЦД чутливішими до впливу АТ навіть у межах нормальних його значень.
При ЦД 2 типу АГ як один із компонентів метаболічного синдрому випереджає розвиток захворювання на роки та навіть десятиріччя.

Понад те, добре відомо, що зниження АТ саме по собі запобігає розвитку та прогресуванню захворювань нирок при ЦД 2 типу, незалежно від антигіпертензивного засобу, що його використовують [85]. Це є ознакою того, що ЦД сенсибілізує судинну систему до ушкоджувальної дії АГ. При ЦД 2 типу в поєднанні з АГ та ожирінням виявляли виражені ушкодження нирок порівняно зі змінами у нирках при ЦД 1 типу та нормальному рівні АТ, а при ЦД 2 типу та нормальному АТ ушкоджень нирок майже не було [86]. U. Janssen довів, що приєднання сільзалежної АГ у Goto Kakizaki щурів з гіперглікемією провокує розвиток протеїнурії та гломерулосклерозу [87]. Він висунув припущення, згідно з яким гіперглікемія, вірогідно, шляхом утворення реактивних продуктів окиснення сенсибілізує ендотеліальні та інші клітини до ушкоджень, спричинених підвищеним АТ. Цей ефект, можливо, посилюють інші патологічні зміни. Мікроциркуляція в сітківці, шкірі, ниркових клубочках чутливіша до підвищення тиску через погіршення авторегуляції вазодилатації, у випадку нирок – у приносній клубочковій артеріолі. Крім того, недостатнє зниження АТ вночі призводить до недооцінки навантаження на органи-мішені внаслідок високого АТ. В решті-решт, через склерозування аортальних судин при ЦД показники АТ у центральних артеріях (зокрема, аорті та ниркових артеріях) є вищими, ніж у разі вимірювання АТ на плечовій артерії, що також спричинює недооцінку ушкоджувального впливу АГ. Тому відоме твердження, що «немає такого поняття, як діабетик з нормальним АТ», є цілком вірним [88].

Список літератури – в редакції