Генетические факторы наследственных фенотипов пузырно-мочеточникового рефлюкса и рефлюкс-нефропатии
Сотрудники «Научно-исследовательский институт педиатрии им. академика Ю.Е. Вельтищева» представили обзор литературы, посвященный генетически обусловленным пузырно-мочеточниковому рефлюксу (ПМР) и рефлюкс-нефропатии, которые сопровождают определенные фенотипы системных или локальных форм наследственной дисплазии соединительной ткани (синдромы Элерса–Данло, Марфана, Вильямса, вялой кожи).
Рефлюкс везикоуретрального соустья, ПМР – нередкая педиатрическая проблема, частота которой составляет 1% в общей популяции и 30% – у детей с инфекцией мочевых путей. Это врожденный или генетически обусловленный дефект мочевых путей с аномальным строением везикоуретрального соустья, выявляемого с помощью цистографии. Причиной ПМР чаще всего является первичный или вторичный дефект устья мочеточника и/или мочевого пузыря. Основной причиной служит первичный дефект везикоуретрального соустья, при котором не происходит его закрытие во время мочеиспускания. Вторичный ПМР обусловлен повышением давления в везикоуретральном соустье и мочеточнике при анатомической обструкции заднего уретрального клапана, а также при функциональной патологии мочевого пузыря (нейрогенный мочевой пузырь). Оба варианта встречаются как изолировано, так и как часть синдрома САKUТ (congenital anomalies of the kidney and urinary tract). Наследственный ПМР, как установлено в настоящее время, обусловлен мутацией одного или нескольких генов, кодирующих внеклеточные белковые компоненты вези- коуретрального соустья и других частей мочевыводящих путей. Генетически обусловленный ПМР характерен для лиц с наследственной дисплазией соединительной ткани.
Cтруктурные компоненты, участвующие в биомеханических функциях везикоуретрального соустья. Везикоуретральное соустье – важнейшая структура в мочевых путях, защищающая верхние мочевые пути с низким давлением от высокого давления в мочевом пузыре, возникающем при мочеиспускании. Везикоуретральное соустье предупреждает ретроградный ток мочи к почке, что обеспечивается закрытием его просвета. Такая функция везикоуретрального соустья обусловлена различными факторами: 1) адекватной длиной дистального (внутрипузырного) отдела мочеточника, в норме составляющего 0,5 см у новорожденных и 1,5–2,5 см у старших детей и у взрослых; 2) участием в «закрытии» не только мышц мочеточника, но и детрузора (сочетанное сдавливающее воздействие); 3) участием внеклеточного микроокружения, действующего синергично с мышечными структурами и участвующего в сокращении устья мочеточника в норме. Аномалии в любом из этих элементов создают высокий риск ПМР. Однако многочисленные исследования показали, что у 50–65% детей ПМР без клинических проявлений претерпевает обратное развитие с возрастом.
В тяжелых случаях рефлюкса и рецидивирующего пиелонефрита возникают паренхиматозное перерождение и фиброзное рубцевание почек – рефлюкс-нефропатия. Картина рефлюкс-нефропатии описана F. Tokhmafshan и соавт. как при врожденных, так и при генетически обусловленных формах ПМР и нередко наблюдается и без пиелонефрита. Рефлюкс-нефропатия – частая причина хронической почечной недостаточности, наблюдающаяся в 10–15% случаев у детей с необходимостью длительного проведения гемодиализа или трансплантации почек.
Гистологически рефлюкс-нефропатия характеризуется интерстициальной инфильтрацией и хроническим воспалением, утолщением тубулярных и канальцевых мембран, атрофией и дилатацией канальцевого эпителия, утолщением интимы и мезангиума вокруг артерий и артериол, фиброзом вокруг гломерул и канальцев. Фиброз связывают с активацией миофибробластов, количество которых увеличивается в связи с переходом в миофибробласты предшественников других клеток в ответ на действие провоспалительных цитокинов (TGFb1), что служит основой патогенеза ренального и мочеточникового фиброза и стимуляции избыточной продукции компонентов внеклеточного матрикса. В норме соотношение мышечных клеток и внеклеточного матрикса составляет 1:0,3, а при ПМР – 1:3 с заменой дегенеративных мышечных волокон на коллагеновые волокна не только в области везикоуретрального соустья, но и в соседнем с ним детрузоре.
Биомеханические свойства компонентов внеклеточного матрикса везикоуретрального соустья. Если мышечные клетки обеспечивают продвижение мочи по мочевыводящим путям, то их участие в функции везикоуретрального соустья во многом дополняется компонентами внеклеточного матрикса. От его специфического состава зависят сократительные способности везикоуретрального соустья в ответ на внутренние и внешние воздействия. Выделяют 3 основные свойства внеклеточного матрикса: 1) сила натяжения, обеспечивающая устойчивость ткани к деформации, перерастяжению и разрыву (это свойство зависит от количества, организации и типа коллагена); 2) податливость (комплаентность) ткани к расширению; 3) способность ткани возвращать оригинальные размеры и форму (сокращение) после воздействия внешних или внутренних сил, что обеспечивается количеством и качеством эластических волокон.
Из коллагенов всех типов в функции внеклеточного матрикса везикоуретрального соустья и мочевыводящих путей принимают участие в основном коллагены 4 типов: I, II, III и V, кодируемые генами COL1A1, COL1A2, COL2A1, COL3A1, COL5A1, COL5A2, COL5A3. Коллаген I типа входит в состав внеклеточного матрикса органов мочевой системы, а также печени, сухожилий, кожи, артерий, дентина, клапанов сердца, роговицы глаза. Мутация генов коллагена I и II типов обусловливает гипермобильность суставов, гиперрастяжимость кожи, деформации скелета, зубов, клапанов сердца, патологию глаз, сколиоз. Нарушается расщепление проколлагена в коллаген после секреции предшественника коллагена во внеклеточный матрикс; коллаген II типа содержится во внеклеточном матриксе вместе с коллагеном I типа. Оба коллагена определяют резистентность везикоуретрального соустья к растяжению (сила натяжения). Коллаген III типа определяет форму и толщину коллагеновых фибрилл, входит в состав внеклеточного матрикса не только везикоуретрального соустья, но и артерий, кожи, паренхиматозных органов. Коллаген III типа образует более тонкие и более растяжимые фибриллы, чем коллаген I типа, и встречается в большем количестве в сосудистых стенках. Толстые фибриллы коллагенов I и II типов определяют силу натяжения, а тонкие фибриллы коллагена III типа, имеющие между собой более тесную внутреннюю перекрестную связь, определяют резистентность к гиперрастяжению. Коллаген V типа – тонковолокнистый компонент основного вещества сосудистой стенки, регулирует размер и диаметр коллагеновых фибрилл. В составе внеклеточного матрикса везикоуретрального соустья этот коллаген представлен в меньшем количестве, чем I и II типы. Известно, что мутация генов коллагенов I–V типа приводит к дефициту гидроксилизина в их молекулах. Кроме того, недостаток гидроксилизина может быть обусловлен мутацией гена лизилгидроксилазы (PLOD1), обеспечивающей гидроксилирование лизина в молекулах коллагена. Это приводит к снижению стабильности коллагеновых волокон, дегенеративным изменениям соединительной ткани из-за нарушения синтеза коллагена и снижения прочности перекрестных связей между фибриллами.
Кроме того, значительную роль в функции клеточных элементов органов мочевой системы играет нефибриллярный коллаген IV типа (ген COL4A1), образующий сетчатые «строительные леса» в базальных клеточных мембранах, в том числе базальных гломерулярных мембранах, является уникальным компонентом внеклеточного матрикса большинства клеточных образований (эпителий, эндотелий, миоциты, шванновские клетки, адипоциты) и содержит значительно больше оксипролина, чем другие коллагены. Коллаген IV типа обеспечивает связь молекул внеклеточного матрикса с клетками, а также между компонентами самого матрикса, включая факторы роста, ламинины, протеогликаны, обеспечивает адгезию, миграцию, созревание и регенерацию клеток, заживление ран, иммобилизацию ферментов. Большинство мутаций генов коллагена IV типа обусловливают полисистемные болезни и часто приводят к эмбриональной летальности, синдрому Альпорта, глухоте, почечной недостаточности.
Помимо коллагенов к главным фибриллярным компонентам внеклеточного матрикса везикоуретрального соустья относятся эластические волокна, образующиеся путем переплетения эластина, составляющего ядро, с микрофибриллами фибулина и фибриллина, входящими в семейство гликопротеинов внеклеточного матрикса. Образующиеся эластические волокна обеспечивают сохранность оригинальной формы и размеры (сокращение) ткани везикоуретрального соустья после повторных циклов «раздувания». Это свойство теряется с возрастом. Кроме того, эластические волокна участвуют в адгезии, пролиферации клеток внеклеточного матрикса. Фибриллин играет ключевую роль в регуляции сигнальной системы трансформирующего фактора роста β, а также образует основу для депозиции эластина. Образованию и перекрестному связыванию эластина в микрофибриллы фибриллина способствуют члены семейства фибулинов – фибулин-4 и фибулин-5. Белок тропоэластин, кодируемый геном эластина (ELN), является фундаментальным компонентом эластина. Вновь трансплантируемые мономеры тропоэластина секретируются во внеклеточный матрикс, где они, перекрестно связываясь, образуют эластин. Экспрессия гена эластина начинается еще с 17 нед гестации, что способствует своевременному развитию и созреванию тканей, необходимых для эластического «сжатия», экспрессия эластина с возрастом снижается, наблюдается потеря сократительной способности тканей.
Процесс накопления коллагена во внеклеточного матриксе регулируется различными факторами, главные из которых – факторы роста, в частности TGFβ1 (ген TGFB) – мощный профиброзирующий цитокин, усиливающий избыточную продукцию коллагена, снижающий деградацию внеклеточного матрикса и генерирующий приток фибробластов при прогрессировании фиброза. Основными молекулярными компонентами фиброзной ткани служат коллагены I и III типов, продуцируемые фибробластами. TGFβ1 – член суперсемейства факторов роста β, белок, синтезируемый многими клетками и обладающий многими функциями, включая контроль роста, пролиферацию, дифференцировку клеток и апоптоз. Этот цитокин в норме подавляет воспалительную реакцию и синтез провоспалительных цитокинов, участвует в контроле тонуса сосудов, повышая синтез эндотелина-1 и ренина. Активный TGFβ1 влияет на функции Т- и В-лимфоцитов и клетки миелоидного ряда. Дисрегуляция активности этого цитокина и его сигнального пути может обусловить усиление апоптоза. Вариант полиморфизма Leu/Pro гена TGFB приводит к замене в его молекуле лейцина на пролин, что увеличивает риск развития артериальной гипертонии, нефропатии, ретинопатии, бронхиальной астмы. Частота этого нуклеотидного варианта составляет 43–55%, тип наследования – аутосомно-доминантный. Однако TGFβ1 может оказывать провоспалительное действие на клетки миелоидного ряда (макрофаги, моноциты), функционируя как хемоатрактант в ответ на некоторые патогены. Действуя на Т-лимфоциты, TGFβ1 может повышать экскрецию провоспалительных цитокинов, особенно в незрелых клетках, а через В-лимфоциты – усиливать апоптоз и снижать пролиферацию, экспрессию образования антител и трансферрина в зрелых и незрелых клетках. Под действием TGFβ1 может повышаться экспрессия моноцитарных цитокинов – ИЛ1α, ИЛ1β и TNF-α и снижаться продукция Т-хелперов в макрофагах и моноцитах.
Показано, что стимуляция эпителиомезенхимального перехода при прогрессировании фиброза происходит в результате связывания C-конца неактивного TGFβ1 с тенасцином, который играет большую роль во внеклеточном матриксе. Тенасцин взаимодействует с коллагенами I, III, V, XII–XIV типов через EGF-подобный, FNIII-подобный и фибриноген-подобный домены. Важность этих контактов подчеркивается при мутации гена TNXB, ведущей к гиперподвижности суставов, гиперрастяжимости кожи. При этом состоянии коллагеновые фибриллы в ткани некомпактно, неплотно упакованы, расположены отдельно друг от друга, что сочетается со снижением количества и качества эластичных фибрилл, их перегибами и фрагментацией. В таких нарушениях задействованы тропоэластин – основной предшественник эластина, а также С-концевой домен, FNIII-домен и фибриногенглобулярный домены тенасцина. Подчеркивается, что 95% мутаций тенасцина затрагивают домены фибронектина III (FNIII). Таким образом, тенасцин влияет на обеспечение биомеханических свойств тканей через регуляцию образования и стабильности как коллагеновых, так и эластических фибрилл. В дополнение к сохранению тканевой архитектуры тенасцин играет регулирующую роль в клеточных контактах, «обороте» матрикса, биоактивности TGFβ1, активируя его латентные формы. Однако тенасцин может проявлять антиадгезивные свойства, оказывать отрицательное действие на активность матричных металлопротеиназ (ген ADAMTS2), модулируя «оборот» внеклеточного матрикса, а через EFG и FNIII-домены способствовать пролиферации эндотелиальных клеток.
Частое выявление ПМР у лиц с наследственной дисплазией соединительной ткани, а также крайняя необходимость участия компонентов стенок мочеточника и мочевого пузыря, включая мускулатуру и внеклеточный матрикс везикоуретрального соустья, в антирефлюксном механизме подтверждают, что дефекты этих структур могут обусловить развитие рефлюкса. Изучение мутаций генов компонентов внеклеточного матрикса при ПМР и рефлюкс-нефропатии позволили определить варианты наследственных дисплазий соединительной ткани с высоким риском развития этих болезней. Как правило, к таким болезням относятся синдромы Элерса–Данло, Марфана, Вильямса, вялой кожи. Не описаны случаи ПМР при несовершенном остеогенезе, возможно, в связи с недостаточным количеством наблюдений, хотя в генезе этого синдрома участвуют мутации генов коллагена I и II типов.
Заключение. Нормальная функция мочевого тракта нуждается в деликатном балансе сил натяжения и сократительной способности тканей, что обеспечивается качественным и количественным составом коллагеновых и эластических волокон. При генетической или врожденной патологии с нарушением этого баланса возрастает частота дефектов структуры и функции мочевыводящих путей. Так, активация сигнального пути трансформирующего фактора роста β2 потенцирует фиброз внеклеточного матрикса с преобладанием сил натяжения (накопление коллагена I типа), в результате чего повышается давление внутри мочеточников, препятствующее току мочи, с нарушением закрытия пузырно-мочеточникового соустья и развитием рефлюкса. С повреждением структуры и дисфункцией мышц мочевого пузыря (гиперрефлекторный мочевой пузырь) повышается риск нарушения градиента давления между мочевым пузырем и везикоуретральным соустьем во время мочеиспускания, что способствует появлению ПМР. Характерная для классических вариантов синдрома Элерса–Данло гипермобильность суставов может свидетельствовать о снижении сил натяжения и сократительной способности тканей и наличии ПМР. Мутация гена тенасцина – крупного многофункционального гликопротеина внеклеточного матрикса, обусловливает уменьшение как сил натяжения, так и сократительной способности тканей при гипермобильности суставов с развитием ПМР. По мнению ряда авторов, сочетание ПМР и дивертикулов мочевого пузыря является результатом наследственной дисплазии соединительной ткани, в связи с чем целесообразны дальнейшие генетические исследования у больных с ПМР и рефлюкс-нефропатией.
Юрьева Э.А., Длин В.В., Воздвиженская Е.С.
Российский вестник перинатологии и педиатрии, 2020; 65:(3)
Метки: научные исследования
09.03.2021