Введение
Хроническая болезнь почек (ХБП) является сложным заболеванием и развивается под воздействием многочисленных факторов риска, которые приводят к изменению структуры и функции почек. Эти изменения необратимы и могут прогрессировать бессимптомно в течение месяцев или даже лет, при этом почки медленно и постепенно теряют способность фильтровать отходы и лишнюю жидкость из крови, что приводит к накоплению (уремических) токсинов в организме. Диагноз ХБП основывается на выявлении такого структурного повреждения почки и выявлении хронического снижения функции почек. Основным показателем функции почек является скорость клубочковой фильтрации (СКФ), равная общему количеству жидкости, фильтруемой через нефроны в единицу времени [1]. После необратимой потери нефронов у пациентов с ХБП может развиться терминальная стадия почечной недостаточности (ТПН), также известная как почечная недостаточность. Этот этап особенно сильно влияет на качество жизни, поскольку этим пациентам требуется частый диализ или даже трансплантация почки. ХБП заняла десятое место в списке глобальных причин смерти в 2019 году, на ее долю приходится 12,2 случая смерти на 100 000 человек [2]. Ожидается, что к 2030 году это число достигнет 14 на 100 000 человек [2]. Кроме того, ХБП также связана со значительной заболеваемостью: в 2017 году во всем мире было потеряно 35,8 миллиона лет жизни с поправкой на инвалидность [3].
Рост заболеваемости и распространенности (поздней стадии) ХБП объясняется, среди прочего, старением населения, гипертонией, ожирением и ростом распространенности диабета 2 типа [4] (таблица 1). Кроме того, на данный момент у многих пациентов диагноз диагностируется только на поздних стадиях заболевания, что приводит к задержке назначения и начала терапевтических стратегий [5,6,7].
ХБП также является важным фактором риска других заболеваний, таких как сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) и связанная с ними смертность. И ХБП, и ССЗ являются основными проблемами общественного здравоохранения, которые затрагивают миллионы людей во всем мире [8,9,10] и могут привести к опасным для жизни осложнениям, если их не лечить.
Хотя оба состояния широко изучаются независимо друг от друга, интересно, что между этими двумя состояниями, по-видимому, существует сильная связь, поскольку у пациентов с ХБП значительно повышен риск развития сердечно-сосудистых заболеваний [11,12,13].
Поразительно, что сердечно-сосудистые (СС) события, а не ТХПН, являются основной причиной смерти в этой популяции пациентов с ХБП высокого риска [11,14,15]. Если от ХБП умерло 1,2 миллиона человек, то еще 1,4 миллиона смертей, связанных с сердечно-сосудистыми заболеваниями, можно объяснить нарушением функции почек [3]. Фактически, распространенность ССЗ у пациентов с ХБП выше, чем в общей популяции, на всех стадиях заболевания в любом возрасте, но значительный рост можно наблюдать только на более поздних стадиях заболевания (3–5 стадии ХБП) [11, 16].
Таким образом, ХБП признана основным фактором риска сердечно-сосудистых заболеваний, который, что интересно, довольно независим от других традиционных факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний [17].
Классические факторы риска сердечно-сосудистой заболеваемости и смертности в общей популяции, такие как возраст, пол, гипертония, курение, сахарный диабет и дислипидемия, не полностью предсказывают исходы у пациентов с ХБП [18], что позволяет предположить, что могут быть связаны дополнительные патогенные процессы, связанные с ХБП. в игре, как также показано в Таблице 1.
Патогенез и роль клеточных перекрестных помех
Ранняя стадия ХБП характеризуется снижением плотности микрососудов (микрососудистое разрежение) и атрофией канальцев, которые являются признаками, которые приводят к тканевой гипоксии, воспалению и фиброзу и тем самым способствуют прогрессированию ХБП [23]. Точные патофизиологические механизмы, лежащие в основе микрососудистого разрежения, до сих пор неясны. Поэтому необходимо лучшее понимание, чтобы обеспечить раннее выявление заболеваний и терапевтическое вмешательство. При поражении почек развивается альбуминурия, что связано с системным разрежением капилляров и эндотелиальной дисфункцией [24]. Эндотелиальная дисфункция может быть дополнительно вызвана множеством стимулов, таких как факторы роста (например, TGFβ, VEGF, EGF), провоспалительные молекулы, такие как TNF и IL-6 [25], гиперлипидемия, а также уремические токсины, которые в основном присутствуют на более поздних стадиях ХБП.
Дисфункция эндотелия не только приводит к усилению воспаления и проницаемости эндотелия, но также стимулирует эндотелиально-мезенхимальный переход (EndoMT), что приводит к потере капилляров и усиливает фиброз почек [26].
Аналогично, структурные и функциональные изменения в тубулярных эпителиальных клетках (ТЭК) при повреждении почек приводят к (частичному) эпителиально-мезенхимальному переходу (ЕМТ), тем самым вызывая воспаление, а также фиброз и способствуя прогрессированию ХБП. Общепризнано, что существуют обширные перекрестные помехи между ТЭК почек и перитубулярными эндотелиальными клетками [27], а также между эндотелием/эпителием почки и системной сосудистой сетью.
Однако относительный вклад обоих типов клеток до сих пор в значительной степени неизвестен.
Кроме того, в почечных канальцах несколько стимулов влияют на ТЭК, которые являются основными компонентами почечных канальцев. ТЭК уязвимы к нескольким вредным факторам, таким как гипоксия, токсины и протеинурия. При повреждении почек ТЭК активируют несколько механизмов восстановления.
Однако неадаптивное восстановление, такое как диссоциация перицитов от эндотелия, пролиферация и дифференцировка перицитов, приводит к увеличению количества миофибробластов, что приводит к прогрессирующему отложению коллагена I, постоянному присутствию макрофагов M1 и остановке G2/M тубулярных клеток, вызывая интерстициальную интерстициальную репарацию. воспаление и фиброз, которые в конечном итоге могут привести к ХБП [28].
Помимо локальных межклеточных перекрестных помех, факторы, связанные с ХБП (например, гормоны, ферменты, цитокины, а также уремические токсины), опосредуют системные перекрестные помехи, влияя на системную сосудистую систему, способствуя ускорению атеросклероза, кальцификации сосудов и связанным с ними сердечно-сосудистым осложнениям.
Предполагается, что помимо традиционных факторов риска, некоторые дополнительные механизмы способствуют прогрессированию ССЗ у пациентов с ХБП.
Во-первых, окислительный стресс играет ключевую роль в развитии атеросклероза за счет производства биологически активных молекул, модификации липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), потребления оксида азота, что приводит к дисфункции эндотелия, а также продукции различных окислительных реагентов и диффундирующих свободных радикалов. виды [29,30,31].
Примечательно, что у пациентов с ХБП наблюдалась значительная связь между исходным уровнем окислительного стресса и частотой сердечно-сосудистых заболеваний [32].
Во-вторых, гормоны [33,34,35,36], ферменты и цитокины [37,38,39] высвобождаются в ответ на повреждение почек и/или почек, что приводит к изменениям сосудистой сети.
В-третьих, сосудистому повреждению способствуют медиаторы, ассоциированные с ХБП, например, уремические токсины [40], а также гемодинамические изменения [41].
Однако многие из точных механизмов, лежащих в основе значительно повышенного риска сердечно-сосудистых заболеваний у пациентов с ХБП, все еще остаются неуловимыми и поэтому являются активной областью исследований.
1.2. АДАМы
Процессы, лежащие в основе ХБП и сердечно-сосудистых заболеваний, вызванных ХБП, довольно разнообразны и включают в себя широкий спектр сигнальных путей; однако выделение является основным способом коммутации в клеточных перекрестных помехах между этими патологиями. За последние несколько десятилетий многие исследования в области сердечно-сосудистых заболеваний и гомеостаза почек были сосредоточены на дезинтегрине и металлопротеиназах (ADAM), которые представляют собой конститутивно экспрессируемые цинк-зависимые мембранные протеазы. Интересно, что эти исследования продемонстрировали, что ADAM играют разнообразную роль и контролируют процессы развития, ремоделирование тканей, воспалительные реакции, а также пролиферативные сигнальные пути путем модификации или выделения белков (обзоры приведены в [42,43,44,45,46,47, 48,49,50]). У человека к настоящему времени идентифицирован 21 член семейства ADAM [51], хотя только 12 ADAM (ADAM8–10, 12, 15, 17, 19–21, 28, 30 и 33) действительно проявляют протеолитическую активность [52].
Кроме того, характер экспрессии различных ADAM сильно варьирует, хотя ADAM10 и ADAM17 экспрессируются на существенном базальном уровне почти во всех типах клеток.
Кроме того, экспрессия ADAM регулируется эндогенными белками, известными как тканевые ингибиторы металлопротеаз (TIMP) [50].
Хорошо известно, что ТИМП также регулируют матриксные металлопротеазы (ММП) [53]. Интересно, что, по-видимому, существует связь между ADAM и MMP, поскольку, например, ADAM-опосредованное высвобождение TNF-α индуцирует MMP (MMP-2, -8, -9) через петлю положительной обратной связи [54,55,56].
Более того, экспрессия ADAM может быть вызвана различными стимулами. Например, ADAM10-зависимое выделение может быть индуцировано внутриклеточной передачей сигналов кальция, тогда как активность ADAM17 индуцируется протеинкиназой C [57].
ADAM синтезируются в виде неактивных предшественников (также известных как проферменты), состоящих из семи доменов. Продомен (pro) соединен с доменом металлопротеазы (MP), после чего ADAM содержат домен дезинтегрина (D), за которым следует богатый цистеином домен (C), EGF-подобный домен (EGF; за исключением ADAM10 и ADAM17). ), трансмембранный домен (TD) и, наконец, короткий цитоплазматический домен (CD) [25] (рис. 1).
Чтобы превратить эти предшественники в активные ADAM-протеазы, необходимо ферментативное удаление N-концевого продомена.
Экспрессия и функция ADAM в почках гетерогенны и зависят от многих переменных, таких как основное заболевание, стадия заболевания, локализация протеаз, а также их регуляторов в почках. Двумя наиболее изученными членами семейства ADAM являются ADAM10 и ADAM17 [43,58], которые высоко экспрессируются на клеточной поверхности эпителиальных клеток дистальных канальцев [59], а также эндотелиальных клеток (ЭК), особенно в пораженный эндотелий [60]. Их основная функция — расщепление различных мембраносвязанных белков, включая (рецепторы) многих цитокинов и факторов роста, тем самым выделяя растворимые белки.
Этот процесс выделения представляет собой основной механизм, с помощью которого ADAM10 и ADAM17 влияют на клеточные реакции в самой почке, а также на внутрипочечную и системную межклеточную коммуникацию [61]. ADAM10 и ADAM17 выделяют частично перекрывающиеся субстраты, хотя, по-видимому, они выполняют противоположные функции при атеросклерозе [62,63].
Интересно, что доступно лишь ограниченное количество литературы о роли ADAM10 при заболеваниях почек, и особенно мало исследований, изучающих роль этих ADAM при атеросклерозе, вызванном ХБП, что оставляет эти ADAM и их субстраты в качестве интересной мишени. учиться в этом контексте. Идентифицировано несколько ключевых патофизиологических процессов, в которых ключевую роль играют ADAM10 и ADAM17 (таблица 2).
Наиболее важные из них будут рассмотрены в следующих главах.
Таким образом, в этом описательном обзоре будет обсуждаться современное состояние роли ADAM10 и ADAM17 в ХБП и ССЗ, и впервые прольется свет на участие этих ADAM в ССЗ, индуцированных ХБП.
Роль ADAM10/17 при ХБП
Было признано, что нарушение регуляции ADAM происходит при ХБП, а генетическое воздействие ADAM на различных моделях заболеваний почек у мышей показало, что они могут играть вредную и защитную роль. В частности, выделение субстрата с помощью ADAM10 и ADAM17 приводит к большому разнообразию последствий для структуры и функциональности почек (табл. 2). Основные субстраты и биологический эффект их выделения в контексте ХБП будут обсуждаться ниже.
Исследование in vitro с использованием TEC показало индуцированную альдостероном активацию провоспалительных генов, а также сверхэкспрессию провоспалительных факторов при активации ADAM17/EGFR. В соответствии с этим, блокировка пути ADAM17/EGFR имела противодействующий эффект в ответ на альдостерон и приводила к созданию противовоспалительной среды [157]. Кроме того, условия с высоким уровнем глюкозы способствовали повреждению TEC из-за усиления окислительного стресса, который предотвращался ингибированием ADAM17, что позволяет предположить, что ADAM17 является важным медиатором воспалительных процессов в почечных канальцах [91]. Более того, активация пути ADAM17 приводит к пролиферации TEC и EMT, что определяется усиленной экспрессией клеточного коллагена и фибронектина [61,158]. Устойчивая активация передачи сигналов EGFR с помощью ADAM17 также индуцирует интерстициальный фиброз из-за повышенного высвобождения профибротических факторов [61]. Эти результаты отражают сложность регуляторной сети между TEC и ADAM17 в клеточных процессах, таких как воспаление и фиброз.
Помимо лигандов EGFR, мембраносвязанные хемокины CX3CL1 [102,103,104,105], а также CXCL16 [104,105,108] выделяются в почках ADAM17, а также ADAM10 (рис. 2). Повышение регуляции обоих хемокинов у мышей привело к привлечению моноцитов, NK-клеток и Т-клеток, что участвует в патогенезе воспалительных и фиброзных заболеваний почек [159,160]. Однако выделение может изменить функцию хемокинов из-за превращения мембраносвязанного хемокина с функцией клеточной адгезии в хемоаттрактант в виде растворимого варианта. Таким образом, ADAM17 и ADAM10 могут поддерживать локальную точную настройку рекрутирования клеток, которой способствуют CX3CL1 и CXCL16 [103,104,105]. Однако остается неясным, способствует ли выделение CX3CL1 или CXCL16 повреждение почек или уменьшает его. 2.2. ADAM10 и его роль при ХБП Было продемонстрировано, что ADAM10 играет решающую роль в развитии почек, опосредуя эффекты, индуцированные Notch [161,162,163].
Например, ADAM10-опосредованная передача сигналов Notch жизненно важна для развития сосудистой сети почек, особенно способствуя развитию и созреванию эндотелия клубочков [162,163]. Более того, исследования in vitro показали, что нокдаун Adam10 нарушает развитие проксимальных канальцев [164]. Интересно, что несколько эмбриональных путей, например, передача сигналов Notch, Wnt и Hedgehog восстанавливаются при повреждении почек [165,166]. Обзор некоторых основных субстратов, выделяемых ADAM10, можно найти в Таблице 2.
Интересно, что ADAM10 активируется в почечной ткани пациентов с ХБП, что ясно указывает на то, что он играет ключевую роль в развитии заболевания [167]. Помимо регулирования чувствительности клеток к раздражителям окружающей среды, ADAM10 также управляет высвобождением растворимых медиаторов с (анта)агонистическими, паракринными функциями, участвующими в воспалении, выживании/пролиферации клеток и фиброзе. Вероятно, эти факторы будут опосредовать внутрипочечный клеточный перекрестный контакт между эпителиальными клетками и эндотелием перитубулярных капилляров [27]. На крысиной модели ХБП повышенная экспрессия Adam10 способствовала ЭМП канальцевого эпителия и усилению фиброза почек [167].
Более того, на мышиной модели можно было продемонстрировать, что активация ADAM10 способствует интерстициальному фиброзу почек и, в конечном итоге, почечной дисфункции [164].
Кроме того, предыдущие исследования in vivo показали, что у мышей с эндотелиально-специфичным дефицитом Adam10 наблюдаются сосудистые аномалии в почках, такие как увеличенные и гиперклеточные клубочки с иногда расширенными периферическими капиллярами, а также увеличенное количество мезангиального коллагенового матрикса в клубочках [163].
Также было показано, что выделение дополнительных трансмембранных белков влияет на морфологию почек: например, расщепление CXCL16 с помощью ADAM10 приводило к волчаночному нефриту и острому тубулярному некрозу [107,108], тогда как выделение IL6-R с помощью ADAM10/17 приводило к острому серповидный гломерулонефрит и волчаночный нефрит [114], а выделение Notch с помощью ADAM10/17 приводило к фиброзу почек и гломерулосклерозу [164,168].
Кроме того, выделение TNF-α и TGF-β с помощью ADAM17 приводило к усилению фиброза, гломерулосклероза, воспаления, накоплению белкового матрикса, а также инфильтрации нейтрофилов и макрофагов сигнальными путями как рецептора TNF (TNFR), так и рецептора EGF (EGFR) [47]. ,61,147]. Кроме того, было показано, что субстраты ADAM10/17, такие как меприн, влияют на функцию почек как ингибитор меприна, актинонин, снижают уровень азота мочевины в крови и уровень креатинина в сыворотке при наличии почечного сепсиса [131].
4. ADAM в кардиоренальных перекрестных помехах
Как упоминалось ранее, усиленный атеросклероз наблюдается на животных моделях ХБП [187], а у пациентов с ХБП значительно повышен риск сердечно-сосудистых событий и смерти [11,13]. Однако основной механизм этих кардиоренальных перекрестных помех остается в значительной степени неуловимым. Уремические токсины накапливаются в кровообращении пациентов с ХБП, поскольку они не могут быть достаточно отфильтрованы и тем самым негативно влияют на системную сосудистую систему, приводя, например, к белково-липидным модификациям, активации иммунных клеток и эндотелиальной дисфункции.
Более того, нарушение функции почек усиливает гипертонию и изменяет минеральный метаболизм костной ткани, что приводит к ригидности сосудов и кальцификации [22] (рис. 3).
Более того, выделение и высвобождение различных субстратов в кровообращение могут быть причиной перекрестных помех между почками и сосудистой сетью. Хотя ADAM10 и ADAM17 явно участвуют как в ХБП, так и в сердечно-сосудистых заболеваниях, но более тщательно изучены в контексте сердечно-сосудистых заболеваний, роль ADAM в прогрессировании заболеваний почек и особенно их роль при сердечно-почечных заболеваниях до сих пор остается недостаточно изученной областью исследований.
Четкие указания на участие ADAM в кардиоренальных заболеваниях предоставлены, например, исследованием NEFRONA, в котором уровень циркулирующих ADAM измерялся у 2570 пациентов с ХБП.
Результаты показали, что растворимые ADAM (в основном ADAM17, но потенциально также ADAM8, -9 или -10) являются независимым фактором риска сердечно-сосудистых событий у пациентов с ХБП [69,153].
Удивительно, но добавление витамина D, которое привело к ингибированию ADAM17, предотвратило фиброзные и воспалительные поражения почек, что совпало со снижением системного воспаления и связанной с ним смертности от сердечно-сосудистых заболеваний [156].
Кроме того, определенная активность выделения ADAM10 и ADAM17 связана с ХБП и связанным с ней риском сердечно-сосудистых заболеваний. Например, Klotho расщепляется в почках как ADAM10, так и ADAM17 [121] (рис. 2). Klotho характеризуется как васкулопротекторный/антивозрастной белок, который преимущественно экспрессируется в дистальных канальцах почки, где, что интересно, также наблюдается самая высокая экспрессия ADAM10 и ADAM17 [59]. Известно, что Клото взаимодействует с факторами роста фибробластов 23 (FGF23). Примечательно, что у пациентов с ХБП наблюдались высокие уровни FGF23, что совпадало с высокой экспрессией ADAM17. В свою очередь, FGF23, как известно, является важным индикатором окислительного стресса и связан с повышенным сердечно-сосудистым риском у пациентов с ХБП [188]. Кроме того, растворимый Klotho может оказывать защитное действие против фиброза и воспаления [189] независимым от FGF23 образом [190], тем самым предотвращая прогрессирование ХБП. Более того, Klotho также экспрессируется ЭК [60], что защищает сосудистую сеть от эндотелиальной дисфункции [191].
Таким образом, выделение Klotho с помощью ADAM10/17 может оказывать влияние не только на ХБП, но также на индуцированные ХБП сердечно-сосудистые заболевания [192].
Кроме того, CXCL16 также может играть роль в кардиоренальных заболеваниях, поскольку было замечено, что экспрессия этого хемокина и его рецептора CXCR6 была значительно увеличена в лучевых артериях пациентов с воспаленной ТПН, характеризующихся высокими уровнями С-реактивного белка по сравнению с контрольной группой. пациенты с невоспаленной ТХПН [193].
Интересно, что у этих воспаленных пациентов с ТХПН также наблюдалась повышенная экспрессия ADAM10 в лучевых артериях, что также совпадало с повышенным накоплением пенистых клеток в стенке сосуда [193]. В совокупности эти результаты ясно показывают, что ADAM10 также может играть ключевую роль в кардиоренальных заболеваниях, влияя на путь CXCL16/CXCR6. Вполне вероятно, что высвобождение лигандов EGFR и других воспалительных молекул (IL-6R, TNF(R) и т. д.) в почках также влияет на системную сосудистую сеть [194,195]. Перекрестные помехи внутри почек, особенно при их повреждении, также связаны с высвобождением внеклеточных везикул (ВВ) [196]. ЭВ являются медиаторами сердечно-сосудистых заболеваний [197], а также системной сосудистой кальцификации при ХБП [198]. ADAM могут прямо или косвенно модулировать состав и функцию ЭВ посредством своей активности выделения и/или присутствия в ЭВ, влияя на реакции клеток-мишеней, такие как эндотелиальная (дис)функция и кальцификация СГМК [199,200].
Также было показано, что ЭВ, а точнее микрочастицы, выделенные из атеросклеротических бляшек человека, несут на своей поверхности активный ADAM17 и что такие микрочастицы могут усиливать выделение TNF и его рецептора на ЭК [85], указывая на то, что ADAM17 может оказывать системное воздействие на воспаление. Более того, ADAM10 также присутствует в электромобилях, хотя его точные эффекты до сих пор неизвестны [100,199]. Поэтому вполне вероятно, что, по крайней мере, часть кардиоренальной коммуникации опосредована высвобождением растворимых медиаторов, либо с участием эктодоменов, выделяемых ADAM, либо с высвобождением EV, несущих ADAM или их субстраты.
5.Перспективы будущего
Раннее выявление и лечение как ХБП, так и ССЗ имеют решающее значение для предотвращения их прогрессирования и улучшения качества жизни. Поскольку было показано, что ADAM10/17 влияет на многие медиаторы атеросклероза, индуцированного ХБП, было бы очень интересно углубиться в детальные механизмы действия, поскольку они до сих пор остаются довольно неуловимыми. ADAM10/17 в некоторой степени обладает клеточно-специфичными функциями, будущие исследования должны быть сосредоточены на выяснении этих клеточно-специфичных эффектов ADAM10/17 при ХБП и особенно на мышиных моделях атеросклероза, индуцированного ХБП.
Некоторые предложения по изучению клеточно-специфичных эффектов, которые представляют интерес в этом контексте, включают, например, EC (управляемый Bmx или Tie-Cre), подоциты (управляемый подоцином (Nphs2)-Cre) или эпителиальные клетки почек (управляемые почечным белком). (Ксп)-Кре управлял) нокаутами Адама10/17.
Хотя первые две предложенные мышиные модели не являются нокаутными почечными рецепторами, этот недостаток можно преодолеть путем трансплантации почки от нокаутной мыши реципиенту дикого типа.
Эти исследования могут способствовать пониманию роли этих ADAM при атеросклерозе, вызванном ХБП, и потенциально открывают новые двери для терапевтических подходов на основе ADAM. Это крайне важно, поскольку в настоящее время варианты лечения, позволяющие снизить смертность от сердечно-сосудистых заболеваний у пациентов с ХБП, очень ограничены, а клинические исследования, направленные на снижение смертности от сердечно-сосудистых заболеваний у пациентов с ХБП, еще не оказались успешными.
Примечательно, что исключением является клиническое исследование, в котором статин и эзетимиб назначались недиализным пациентам с ХБП [20,201,202], что привело к снижению на 27% случаев тяжелых событий, связанных с атеросклерозом, хотя польза была довольно ограниченной, поскольку лечение никакого влияния на смертность [203].
Таким образом, необходимы новые идеи и варианты лечения для борьбы с заболеваемостью и смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний, вызванных ХБП.