Статтю опубліковано на с. 77-85
/77.jpg)
Вступ
Первинні війки — циліндричні органели, присутні на поверхні майже усіх клітин. Вони складаються з мікротрубочок, оточених клітинною мембраною [1]. Мікротрубочки прикріплені до базального тільця, що під час мітозу трансформується в центріоль [2]. Первинні війки виконують свої функції шляхом сприйняття сигналів з позаклітинного середовища: рух позаклітинної рідини згинає війки, що призводить до активації іонами Ca2+ внутрішньоклітинних сигнальних каскадів (механосенсорна функція); також різноманітні рецептори, сприймаючи позаклітинні ліганди, передають сигнал всередину клітини (хемосенсорна функція). Подальші молекулярні зміни всередині клітини реалізуються завдяки Wnt, Hedgehog, Hippo, platelet-derived growth factor (PDGF) сигнальним шляхам [3].
Оскільки первинні війки присутні на поверхні майже усіх клітин, їх дисфункції — циліопатії — мають різноманітні прояви, включаючи ураження нирок, головного мозку, сітківки. Циліопатії спричинені мутаціями генів, які кодують білки війок, призводять до порушення їх функції [4]. У нирках ця група хвороб проявляється прогресуючим утворенням кіст у нефронах та збірних трубочках. Отже, такі пацієнти часто потребують гемодіалізу та трансплантації нирки [5].
Серед інших мутацій, що спричиняють утворення кіст, існує група механізмів, тісно пов’язаних з дерегуляцією Wnt-сигнального шляху. За даними деяких досліджень, існує тісний зв’язок між активацією внаслідок ушкодження Wnt-шляху в дорослій нирці та утворенням кіст. Роль Wnt-сигнального шляху впродовж нефрогенезу та відповіді нирки на пошкодження коротко розглянуті в даній статті з метою пояснення імовірного механізму появи кістозних розширень ниркових канальців у пацієнта з гострим (постінфекційним) гломерулонефритом.
Wnt-/β-катенін-сигнальний шлях
У людини Wnt-сигнальні білки включають 19 підтипів із масою близько 40 кДа. У ссавців ці білки беруть участь у передачі сигналів між клітинами, що розташовані поблизу, а не на відстані одна від одної [6].
Wnt-ліганди зв’язуються із рецептором Frizzled (Fz) та корецептором LRP5/6. Якщо зв’язування Fz/LRP на поверхні клітини не відбулося, β-катенін підлягає протеасомній деградації. Зв’язування Wnt із рецептором Fz призводить до активації Dishevelled (Dvl), що інгібує комплекс білків-інактиваторів β-катеніну: кінази глікогенсинтетази (GKS3β), APC, Axin, CK1. Отже, внаслідок активації Wnt-сигнального шляху відбувається акумуляція β-катеніну в цитозолі з подальшою його транслокацією в ядро, де відбувається зв’язування та активація TCF/LEF факторів транскрипції, що індукує транскрипцію Wnt-таргетних генів [6].
Циліогенез — процес утворення війок — залежить від антероградного та ретроградного транспорту білків kinesin ІІ, dynein 2 та ІFT, що відображено на рис. 1. Wnt-/β-катенін-сигнальний шлях (зліва) активується при зв’язуванні рецептора Frizzled лігандом Wnt за участі LRP. Це активує Dishevelled, що інгібує β-катенінінактивуючий комплекс (GSK3β, APC, Axin).
Активація цього шляху характеризується акумуляцією β-катеніну та транскрипцією таргетних генів. У Wnt-/PCP-шляху (справа) зв’язування Wnt-ліганду веде до активації Frizzled або Dishevelled з подальшою реорганізацією цитоскелету або активацією транскрипції через RhoA або Rac1. Корові молекули (Vangl, Celsr, Scribble) важливі для Wnt-/PCP-сигнального шляху, тоді як ефекторні молекули (Fuzzy, Fat4, Ptk7) — для нефрогенезу [7].
Wnt-сигнальний шлях відіграє ключову роль в індукції мезенхімально-епітеліальної трансформації протягом усього нефрогенезу.
Wnt-/PCP-сигнальний шлях
Wnt-/PCP-сигнальний шлях є менш вивченим, ніж Wnt-/β-катенін-залежний. Мутації деяких білків цього сигнального каскаду відіграють роль у патогенезі захворювань, хоча точний механізм, задіяний у процесі утворення кіст, залишається нез’ясованим. Однак відомо, що Wnt-/PCP-сигнальний шлях бере участь у нефрогенезі: орієнтації площини поділу та подовженні канальцевої системи [5].
Епітеліальні клітини ниркових канальців здійснюють поділ у двох площинах, що є вирішальним для росту канальців у довжину та збільшення їх діаметру. Порушення у Wnt-/PCP-сигнальному шляху призводить до дестабілізації балансу в орієнтації веретена поділу, що веде до збільшення діаметру канальців та формування кістозних розширень [6].
Під час експерименту в мишей, що експресують у епітелії канальців нирок постійно активований внаслідок мутації білок β-катенін, було відзначено формування протягом декількох тижнів після народження фенотипу, характерного для людського автосомно-домінантного полікістозу нирок. Також миші, що мали делецію гену Apc у епітелії канальців, характеризувалися появою множинних кіст у паренхімі нирок. Окрім цього, було встановлено, що мутації гену inversin є причиною автосомно-рецесивного нефронофтизу ІІ типу, що належить до кістозних захворювань нирок. Inversin не лише інгібує β-катенін-залежний шлях, але і є промотором PCP- або β-катенін-незалежного шляху. Отже, мутації inversin можуть стати фактором, що сприяє формуванню кіст шляхом порушення балансу між Wnt-/PCP-шляхом та Wnt-/β-катенін-залежним шляхом на користь останнього. Inversin локалізується в базальному тільці первинних війок клітин епітелію ниркових канальців. Білки РС1 та РС2 локалізуються в первинних війках; мутація їх генів PKD1 та PKD2 призводить до автосомно-домінантного полікістозу нирок [6].
Отже, тонкий баланс між активністю Wnt-/β-ка-тенін- та Wnt-/PCP-сигнальних шляхів є важливим для формування нирки в процесі ембріогенезу, а його порушення відіграє роль у формуванні кіст нирок.
Формування кіст та пошкодження нирок
Хоча багато різновидів кістозних захворювань нирок проявляються майже відразу після народження, більшість пацієнтів із кістами у нирках не мають жодних клінічних проявів до досягнення дорослого віку, коли нирки вже сформовані. Тому припускається, що формування кіст у дорослих можливе саме внаслідок реактивації певних молекулярних механізмів та сигнальних шляхів, що функціонують у клітинах нирок протягом ембріогенезу. Одним із факторів, що можуть бути причиною запуску цих механізмів, вважається пошкодження нирок. Дійсно, пошкодження дорослої нирки може розглядатися як «другий поштовх» для розвитку полікістозної хвороби нирок, що мали мутацію генів, відповідальних за функціонування описаних сигнальних шляхів. Активація експресії мутантних білків, що функціонують під час ембріогенезу, може вважатися проявом дефектної репарації ушкоджень ниркових клітин, оскільки як репарація епітелію ниркових канальців, так і нефрогенез характеризуються високим ступенем проліферативної активності. Тож ембріональні сигнальні каскади, зокрема Wnt, активуються як під час нефрогенезу, так і з метою репарації ушкоджень епітелію ниркових канальців. Дефект цих сигнальних каскадів може спричинити формування ниркових кіст в обох випадках [5].
Клітини епітелію ниркових канальців розвиваються із мезенхіми. Цей процес контролюється Wnt-/β-катенін-залежним сигнальним шляхом. У подальшому він інактивується, і натомість функціонує Wnt-/PCP-сигнальний шлях, відповідальний за ріст трубочок та орієнтацію площини поділу їх епітеліальних клітин. Обидва сигнальні шляхи реактивуються при репарації в дорослій нирці, що зазнала пошкодження. Формування кіст відбувається внаслідок дерегуляції обох шляхів протягом нефрогенезу або репарації [5]. Вищеописаний процес зображено на рис. 2.
Подоцити та ушкодження нирок
Експериментальні дані за останні роки свідчать про роль Wnt-сигнальних шляхів при ушкодженні подоцитів. Зокрема, було показано, що експресія Wnt-лігандів підвищується в подоцитах як в експериментальній моделі, так і в матеріалі біопсій нирок пацієнтів із різними гломерулопатіями [8].
В експериментальних моделях мишей з ушкодженням подоцитів, індукованим адріаміцином (доксорубіцином), було відзначено підвищення експресії Wnt1-лігандів. Також у моделях діабетичної нефропатії відзначалося підвищення гломерулярної експресії Wnt1, Wnt2b, Wnt4, Wnt6, Wnt16. Тож підвищення експресії Wnt-лігандів характерне для людських та тваринних моделей гломерулопатій [9].
Деякими дослідниками вивчалася роль Wnt-сиг-нального шляху в подоцитах шляхом делеції гена β-катеніну або експресії постійно активної його форми виключно в подоцитах. Усі миші виявилися здоровими, що вказує на відсутність впливу даного Wnt-/β-катенін-сигнального шляху на подоцити, однак результати усіх досліджень вказують на шкідливий вплив активності β-катеніну саме під час гострого та хронічного гломерулярного ушкодження, включаючи модель діабетичної нефропатії. Крім того, в іншому експерименті було показано, що інгібітор Wnt-сигнального шляху, який діє на корецептор LRP5/6, зменшує гломерулярне ушкодження [8–10].
Загалом описані дослідження свідчать про шкідливість активації Wnt-сигнального шляху в ушкоджених подоцитах у дорослих мишей. Наслідки активації Wnt-каскаду в подоцитах неоднакові із проявами порушень у канальцевому епітелії. Активація Wnt-сигнального шляху в клітинах ниркових канальців після гострого ушкодження нирки сприяє репарації епітелію, у той час як активація цього сигнального каскаду у подоцитах посилює їх пошкодження.
Імовірний механізм посилення пошкодження подоцитів може бути пов’язаний із транскрипційним фактором Snail, що пригнічує експресію нефрину, подоцит-специфічного білка, який є важливим для гломерулярного фільтраційного бар’єра. Інші дослідження свідчать, що Wnt1-ліганд пригнічує експресію нефрину в культурі подоцитів мишей шляхом індукції транскрипційного фактора Snail. Результатом пригнічення експресії нефрину може бути дисфункція фільтраційного бар’єра, що призведе до протеїнурії. Розглядається імовірність посилення експресії Wnt-таргетних генів, у результаті чого Wnt та Snail формують порочне коло з прогресуючим пошкодженням подоцитів [6]. Отже, найімовірніше, Wnt-сигнальний шлях відіграє важливу роль у диференціації подоцитів під час нефрогенезу, однак має бути інгібований у дорослій нирці.
Клінічний випадок
Пацієнт Х., 20 років, надійшов у нефрологічне відділення зі скаргами на набряки обличчя та нижніх кінцівок, збільшення живота, слабкість, головний біль, підвищення тиску. З анамнезу відомо, що пацієнт перехворів на гострий гайморит близько місяця тому, після чого з’явилися набряки обличчя та нижніх кінцівок, протеїнурія у межах сечового синдрому. Була виконана біопсія нирок, за її результатами встановлено: гострий (постінфекційний) гломерулонефрит з вираженим тубулярним та помірним інтерстиційним компонентом (рис. 3). Біохімічний аналіз крові встановив тяжку гіподиспротеїнемію; на ехокардіографії — уремічний (фібринозний) перикардит. Ураховуючи дані клінічного дослідження, була проведена пульс-терапія метилпреднізолоном. Однак, незважаючи на лікування, виражені набряки, асцит, слабкість, задишка продовжували наростати на фоні тяжкої протеїнурії до 34,4 г/добу. У подальшому прогресувала уремія із такими фатальними ускладненнями: анемією, коагулопатією (венозні тромбози правих підключичної, яремної, стегнових вен) та набряком мозку. На розтині було підтверджено діагноз гострого постінфекційного гломерулонефриту та при мікроскопічному дослідженні виявлена велика кількість кістозно розширених ниркових канальців — як у корковому, так і в мозковому шарах (рис. 4).
/80.jpg)
Ми припускаємо імовірний механізм, що призвів до формування кіст та прогресуючого погіршення функції нирок у описаному випадку. Wnt-сигнальні шляхи обох типів: Wnt-/β-катенін-залежний та Wnt/PCP відіграють важливу роль у нефрогенезі та є інгібованими у нормальній нирці в дорослому стані. Внаслідок дії пошкоджуючих факторів відбувається реактивація Wnt-сигнального шляху у подоцитах та клітинах епітелію ниркових канальців з метою подальшої репарації. Однак, у пошкоджених подоцитах активація Wnt-/β-катенін-залежного каскаду є небажаною: порушення фільтраційного бар’єру внаслідок інгібування експресії нефрину транс-крипційним фактором Snail, призвело до вираженої протеїнурії. З іншого боку, активація у епітелії канальців Wnt-каскаду, імовірно, дефектного внаслідок мутації одного з білків, пов’язаних із первинними війками, призвела до формування кіст у нирках описаного пацієнта. Таким чином, регенерація клітин ниркових канальців була порушеною і, як наслідок, виникло кістозне розширення ниркових канальців.
У описаному випадку розвиток гострого (постінфекційного) гломерулонефриту розглядається як тригер, який діяв на нефрони із вже існуючою мутацією генів, що кодують білки первинних війок та описаних сигнальних каскадів, і, як наслідок, порушена репарація епітелію канальців нирок призвела до фатального погіршення ниркової функції та летального виходу.
Висновки
1. Первинні війки — це органели, що залишались недостатньо вивченими до останніх десятиліть. Дослідження вказують на важливу роль первинних війок у нефрогенезі та репарації клітин ниркових канальців у відповідь на пошкодження.
2. Первинні війки тісно пов’язані з Wnt-сиг-нальними шляхами. Мутації генів, відповідальних за Wnt-/β-катенін-залежний та Wnt-/PCP-сигнальні шляхи, призводять до дефектної регенерації епітелію канальців нирок із подальшим утворенням кіст та зниженням стійкості подоцитів до пошкоджень.
3. Експериментальні дослідження відповіді подоцитів на пошкодження дозволили нам припустити, що гострий (постінфекційний) гломерулонефрит у пацієнта із ймовірною мутацією генів Wnt-сигнального шляху міг стати аналогічним до експериментальних пошкоджуючим чинником, оскільки активація Wnt-каскаду є універсальною відповіддю нирок на пошкодження. Це призвело до вираженої протеїнурії та формування кістозних розширень ниркових канальців в описаному клінічному випадку.
4. На сьогодні залишається багато нерозв’язаних питань стосовно ролі Wnt-сигнальних шляхів та пошкодження нирок у нефрогенезі, зокрема і в описаному клінічному випадку, що потребує подальших досліджень.
Конфлікт інтересів. Конфлікт інтересів не заявлений.
Коментар спеціаліста
Рецензия
на статью Е.А. Дядык, Л.Г. Некрасовой, М.Д. Ивановой
«Циліопатії, роль Wnt-сигнального шляху
в перебігу гострого (постінфекційного) гломерулонефриту:
огляд літератури та власне спостереження»
Описанный в статье клинический случай представляет значительный научный интерес, в первую очередь для нефрологов и патоморфологов. На сегодня остается множество вопросов касательно патогенеза и этиологии кистозных поражений почек, которые являются гетерогенной группой заболеваний. Манифестация некоторых форм происходит в детском возрасте, тогда как другие могут не проявляться клинически до зрелого возраста, в связи с чем вопросы лечения и диагностики поликистоза почек актуальны также и в детской нефрологии. Ввиду разнородности и недостаточной изученности патогенеза кистозных заболеваний почек методы этиотропной терапии не разработаны, и в некоторых случаях пациенту может быть необходима почечно-заместительная терапия.
В описанном клиническом случае основные изменения представлены выраженной гипопротеинемией, коагулопатиями, уремией как проявлениями прогрессирующего течения острого (постинфекционного) гломерулонефрита, на который была направлена патогенетическая терапия. Острый гломерулонефрит у данного пациента развился на фоне скомпрометированной функции почек, патогенетическая сущность которой недостаточно ясна.
Авторы статьи описывают возможный молекулярный механизм снижения почечной функции у данного пациента, основываясь на экспериментальных данных последнего десятилетия в области цилиопатий. Вероятно, экспериментальная проверка данной гипотезы и дальнейшее изучение молекулярно-генетических механизмов патогенеза цилиопатий, проблемы ответа почек на повреждение позволят разработать новый терапевтический подход к данной группе заболеваний.
Доцент кафедры нефрологии
и почечно-заместительной терапии
НМАПО имени П.Л. Шупика
к.м.н., доцент С.В. Кушниренко
Коментар спеціаліста
Рецензия
на статью Е.А. Дядык, Л.Г. Некрасовой, М.Д. Ивановой
«Циліопатії, роль Wnt-сигнального шляху
в перебігу гострого (постінфекційного) гломерулонефриту:
огляд літератури та власне спостереження»
Данная статья, в которой описан клинический случай, представляет особый интерес ввиду стремительного развития молекулярной медицины, геномики и протеомики. Исследования в вышеуказанных областях обозначают новый этап в понимании патогенеза и морфогенеза, закономерностей развития различных болезней почек.
Интерес к пониманию молекулярных механизмов развития заболевания, основывающийся на наших познаниях об эмбриогенезе почечной ткани, растет вместе с появлением новых технологий и методов изучения.
На сегодняшний день сигнальные пути Wnt и Wnt/PCP, описанные авторами в статье, приближают нас к пониманию сути процесса и являются перспективными направлениями для исследований и почвой для научных дискуссий. Приведенные оригинальные схемы и комментарии авторов представляют собой ценный вклад в понимание проблемы. Известно, что зародыши с недостаточным развитием данных сигнальных путей не могут пройти процесс нормальной эпителиально-мезенхимальной трансформации (ЭМТ), связанной с гаструляцией. Воспаление промотирует ЭМТ путем активации TGF-β, PDGF, EGF, and FGF-2 и приводит к развитию «недееспособной» соединительной ткани в месте повреждения. TGF-β-индуцированный фиброз был неоднократно смоделирован и исследован в лабораторных условиях. Будучи еще не до конца изученным, еще больший интерес представляет обратный механизм — мезенхимально-эпителиальной трансформации (МЭТ), который при должном подходе позволит в будущем управлять способностью клеток и тканей к регенерации, восстанавливать поврежденные органы и их функцию, что может быть решающим для многих, в том числе нефрологических, пациентов.
Феномен ЭМТ — роста соединительной ткани на месте поврежденного эпителия — продолжает играть ключевую роль в развитии многих заболеваний и их хронизации.
Отдельного внимания заслуживают приведенные данные о подоцитопатиях, так как эта проблема в настоящее время ставится во главу угла при рассмотрении многих гломерулярных заболеваний и в то же время порождает много дискуссий. Роль Wnt/β-катенинового пути в повреждении подоцитов доказана во многих экспериментах.
Применение новейших методов исследований, использование электронной микроскопии, финансирование геномных/протеомных/молекулярных областей медицины и науки является многообещающим шагом, который позволит более эффективно диагностировать, лечить и, что более важно, пред-отвращать развитие заболеваний почек и других органов. И хотя протеомные исследования мочи и ткани почки на данный момент не способны в полном объеме заместить морфологию, метод может быть широко внедрен в качестве вспомогательного уже сегодня.
Заведующий кафедрой патологической
анатомии и судебной медицины
Запорожского государственного
медицинского университета,
д.м.н., профессор, заслуженный деятель
науки и техники Украины
В.А. Туманский
/79.jpg)