science-review.ru
Регуляция функций почек и артериального давления имеет жизненно важную роль для организма человека, в связи с чем усилия многих исследователей направлены на открытие новых регуляторных молекул и изучения их конкретной физиологической роли. Тесная связь функционального состояния почек и артериального давления известна давно. Так, при ослаблении функции почек отмечается нарастание объема циркулирующей крови, что приводит к повышению артериального давления [1]. В свою очередь, высокое артериальное давление приводит к усилению скорости клубочковой фильтрации и повышению диуреза, что способствует снижению объема циркулирующей крови и нормализации артериального давления. Процессы регуляции артериального давления и диуреза могут нарушаться, что лежит в основе ряда опасных патологических состояний: артериальная гипертензия, атеросклеротические формы сердечно-сосудистых заболеваний (ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда) сердечная недостаточность, гломерулопатии, хроническая болезнь почек (ХБП) и др. [2–4]. Благодаря достижениям методов молекулярной биологии и биохимии в последнее время было открыто множество пептидов, мишенями которых являются клетки почек и сосудов. К числу наиболее значимых регуляторных пептидов относятся молекулы эндотелинов и их рецепторов, которые образуют эндотелиновую систему.
Эндотелиновая система оказывает глубокое влияние как на сосудистую, так и на канальцевую функцию почек и играет ключевую роль в контроле потребления соли и воды. В дополнение к эндотелиальным клеткам, из которых первоначально был выделен эндотелин-1 (ET-1), было показано, что большинство типов клеток в почках продуцируют и связывают ET-1, причем эпителиальные клетки почечных канальцев, особенно внутреннего медуллярного собирательного протока, имеют большое значение [5]. Из трех эндотелиновых пептидов (ET-1, ET-2 и ET-3) ET-1 обычно рассматривается как основная циркулирующая изоформа, она была наиболее широко изучена. Однако следует отметить, что как ET-1, так и ET-3 продуцируются канальцевыми клетками и могут способствовать внутрипочечному действию эндотелиновой системы [5]. Данные об экспрессии ET-2 менее обширны, но, по крайней мере на уровне мРНК, ET-2, по-видимому, присутствует в почках большинства видов. Высвобождение эндотелинов из поляризованных клеток происходит аблюминально [6], что подчеркивает важность этой системы как паракринного/аутокринного модулятора функции почек.
Эндотелины действуют через два рецептора, связанных с G-белком, ETA и ETB, которые высоко экспрессируются в почках. Экспрессия рецепторов ETB преобладает в канальцевых эпителиальных клетках и, как правило, считается единственным рецептором эндотелина, экспрессируемым эндотелием, тогда как гладкие мышцы сосудов почек экспрессируют как рецепторы ETA, так и ETB. Рецептор ETA связывает пептиды с разной силой сродства (ET-1 ≥ ET-2 ≥ ET-3), а рецептор ETB связывает все три пептида с аналогичным высоким сродством. Эти рецепторы задействуют множество внутриклеточных сигнальных путей специфичным для типа клетки образом [7, 8]. Так, рецепторы ETA и ETB на гладкомышечных клетках сосудов увеличивают внутриклеточную концентрацию Ca2+ и вызывают сужение сосудов, что является доминирующим эффектом ET-1 в большинстве сосудистых русел. Эндотелиальные рецепторы ETB оказывают сосудорасширяющее влияние посредством выработки оксида азота (NO) и сосудорасширяющих простаноидов и эйкозаноидов. Рецептор ETB также служит рецептором «клиренса» для эндотелинов, опосредуя их интернализацию и деградацию. Соответственно, фармакологическая блокада или дисфункция рецептора ETB увеличивает доступность эндотелинов для связывания с рецептором ETA. Рецепторы ETB, расположенные на канальцевых эпителиальных клетках, индуцируют сигнальные пути, конечным эффектом которых обычно является ингибирование реабсорбции соли и воды. Как продукция ET-1, так и плотность рецепторов выше в мозговом веществе почек, чем в коре, при этом рецепторы ETB преобладают, однако соотношения рецепторов ETA и ETB различаются у разных видов [7, 8].
Цель данной статьи заключается в систематизации информации о роли эндотелиновых рецепторов в регуляции функции почек и артериального давления.
Материалы и методы исследования
Для достижения поставленной цели нами проведен анализ зарубежной литературы по базам данных Embase и PubMed. В общей сложности было проанализировано порядка 130 опубликованных литературных источников.
Результаты исследования и их обсуждение
ET-1 как мощный сосудосуживающий медиатор для почек
ET-1 уже давно был признан мощным сосудосуживающим медиатором [9], и сосудистая сеть почек чрезвычайно чувствительна к его действию [10]. Примечательно, что вазоконстрикция почечных сосудов в ответ на ET-1 необычайно длительна по сравнению с другими вазоконстрикторами, такими как ангиотензин II, который вызывает временное снижение почечного кровотока при болюсном введении. В качестве возможного объяснения было предложено необратимое связывание ET-1 с его рецепторами, но другое исследование показало, что ET-1 индуцирует дифосфорилирование регуляторной легкой цепи миозина в афферентных артериолах с последующим более медленным дефосфорилированием этого белка, потенциально опосредующим длительную вазоконстрикцию, индуцированную ET-1 [10]. Есть некоторые доказательства того, что кальцитонин-ген-родственный пептид (КГРП) может служить физиологическим антагонистом связывания ETA-рецептора ET-1 в почечном и некоторых других сосудистых руслах, что позволяет остановить сокращение гладкомышечных сосудистых клеток и, соответственно, уменьшить вазоконстрикцию [11]. Чувствительность сосудистой сети почек к сосудосуживающему действию ET-1 может способствовать развитию артериальной гипертензии, а также модулируется высоким потреблением соли.
В отличие от выраженных сосудосуживающих эффектов эндотелина на почечный кортикальный и общий почечный кровоток, болюсная инъекция ET-1 крысам и кроликам вызывает временное опосредованное рецептором ETB увеличение мозгового кровотока в почках [12]. Значение этого медуллярного сосудорасширяющего влияния эндотелина заключается в концепции, отстаиваемой A. Cowley et al [13], что гемодинамические изменения в мозговом кровообращении почек (либо шунтирование кровотока из коры в мозговое вещество, либо относительно плохая ауторегуляция мозговой микроциркуляции в ответ на повышение артериального давления) лежат в основе механизма «давление – натрийурез», при котором повышенный мозговой кровоток увеличивает интерстициальное гидростатическое давление и способствует выведению солей и воды. Система эндотелина особенно хорошо подходит для того, чтобы служить усилителем этого механизма, при этом этот паракринный/аутокринный медиатор вырабатывается и способен воздействовать как на канальцевые, так и на сосудистые элементы мозгового вещества почек, что позволяет осуществлять перекрестные взаимодействия. Важно отметить, что ET-1, полученный из собирательных протоков, регулирует активность синтазы оксида азота (NOS) в мозговом веществе таким образом, что выработка NO, которая имеет решающее значение для регуляции давления, ослабевает, что приводит к ослаблению натрийуреза у мышей с нокаутом ET-1, специфичным для собирательных протоков [14]. Относительная резистентность к индуцированной ET-1 медуллярной вазоконстрикции также, по-видимому, способствует большей опосредованной ET-1 диуретической и натрийуретической реакциям у самок крыс по сравнению с самцами [15]. Активация рецепторов ET на канальцевых эпителиальных клетках ингибирует реабсорбцию жидкости [5], и поэтому медуллярная эндотелиновая система обеспечивает координацию сосудистых и канальцевых действий для стимулирования выведения соли и воды in vivo.
ET-1 в почечных клубочках
Клубочковая экспрессия ET-1 повышается при различных заболеваниях почек. В дополнение к стимулированию пролиферации мезангиальных клеток и способности изменять СКФ посредством воздействия на предгломерулярные и постгломерулярные микрососуды [5], недавние исследования показывают, что ET-1 через рецептор ETA напрямую увеличивает проницаемость клубочков для альбумина. Это было продемонстрировано с использованием изолированных клубочков ex vivo [16] и с использованием двухфотонной микроскопии in vivo [17]. Двухфотонная микроскопия также показала, что отфильтрованный альбумин поглощается проксимальными канальцами, обеспечивая дополнительное патологическое действие эндотелина, поскольку ряд исследований показывают, что повышенное поглощение альбумина проксимальными канальцами оказывает повреждающее действие. Другое недавнее исследование продемонстрировало, что хроническая инфузия субпрессорной дозы ET-1 увеличивает окислительный стресс в клубочках и что высокое потребление соли усиливает экспрессию ET-1 в эндотелиальных клетках клубочков и окислительный стресс в клубочках через рецепторы ETA [18]. Два недавних исследования клеток подоцитов показали, что, во-первых, активация рецептора ETA способствует фенотипическим изменениям в подоцитах до более мезенхимального состояния, и это может способствовать образованию гиперпластического поражения [19], а во-вторых, специфичный для подоцитов нокаут рецепторов ETA и ETB защищает мышей от вызванного диабетом повреждения клубочков и потери подоцитов [20]. Вместе эти результаты расширяют наше понимание механизмов, с помощью которых эндотелиновая система способствует развитию протеинурических заболеваний почек.
В дополнение к опосредованному повреждению клубочков эндотелины, действующие преимущественно через рецептор EТА, также участвуют в повреждении почечной паренхимы, приводящем к прогрессированию хронической болезни почек (ХБП). Было показано, что на модели реноваскулярного заболевания свиней блокада рецептора ETA в значительной степени предотвращает или обращает вспять микрососудистое повреждение, фиброз и атрофию стенозированной почки, а также улучшает перфузию и функцию почек [21].
Роль эндотелина в регуляции диуреза и натрийуреза
Преобладающий канальцевый эффект эндотелинов заключается в противодействии реабсорбции соли и воды, способствуя диурезу и натрийурезу [5, 21]. Собирательный проток является ключевым местом для этого эффекта, что подтверждается задержкой натрия и чувствительностью к соли кровяного давления в результате удаления ET-1 из клеток собирательного протока. Удаление рецепторов ETB из клеток собирательного протока также способствует развитию чувствительной к соли гипертензии [5]. Это открытие, вполне вероятно, отражает существование важного паракринного действия ET-1 в собирательных протоках. Работы за последние несколько лет показывают, что множественные, преимущественно опосредованные рецептором ETB сигнальные пути снижают активность эпителиального натриевого канала (ENaC) в собирательном протоке, а также повышают деградацию ENaC [22]. Кроме того, ET-1 снижает чувствительность собирательных протоков к действию аргинина-вазопрессина, который усиливает реабсорбцию воды [22]. Считается, что толстая восходящая часть петли Генле также способствует пронатрийуретическим эффектам эндотелинов посредством ET-1 через рецепторы ETB, способствующие выработке оксида азота (NO), однако конкретный механизм данного влияния пока не изучен [23].
Синергизм между канальцевым и сосудистым эффектами эндотелинов в стимулировании выведения соли и воды особенно очевиден в условиях высокого потребления соли. Опубликованные данные показывают, что выработка и высвобождение ET-1 почками увеличиваются в ответ на высокое потребление соли [24]. Исследования in vitro и in vivo показали, что увеличение осмолярности может служить сигналом для увеличения выработки и высвобождения эндотелина и усиления регуляции критических нижестоящих медиаторов в мозговом веществе почки, таких как NOS3 [23]. Недавние исследования сосредоточились на напряжении сдвига, возникающем при увеличении потока в трубах, в качестве стимула для выработки ET-1 в почечных канальцах. Увеличенный поток сам по себе увеличивает выработку ET-1 в собирательном канале [24]. Более того, усиленная канальцевая доставка натрия, ENaC-опосредованный вход натрия и митохондриальный обмен Na-Ca2+ также способствуют синтезу ET-1 в собирательном канале [25]. Высокое потребление соли усиливает расширение сосудов и уменьшает сужение сосудов юкстамедуллярных эфферентных артериол в ответ на ET-1, а также усиливает реакцию мозгового кровотока на пептид-предшественник ET-1. Эти эффекты усиливают прямое ET-1-опосредованное ингибирование реабсорбции канальцевой жидкости.
Недавние исследования показывают, что рецептор ETA также играет роль в усвоении почками соли и воды, способствуя феномену задержки жидкости, наблюдаемому у пациентов, получающих антагонисты рецептора ETA. Экспрессия рецептора ETA в канальцах низкая по сравнению с рецептором ETB [5]. Недавнее исследование продемонстрировало, что рецепторы ETA могут способствовать ингибирующему действию ET-1 на активность ENaC и реабсорбцию натрия кортикальным собирательным протоком [26]. При разрушении рецептора ETA по всему нефрону взрослых мышей отмечалась небольшая задержка жидкости в организме, которую было легче обнаружить, когда мышей помещали на диету с высоким содержанием натрия [27]. Удаление рецепторов ETA из гладкомышечных клеток мышей также обеспечивало защиту от задержки жидкости, индуцированной антагонистом рецептора ETA. Это исследование свидетельствует о том, что сосудорасширяющий эффект, возникающий в результате блокады рецептора ETA, также может способствовать задержке жидкости [28, 29]. Рецепторы ETA были вовлечены в натрийуретический эффект интрамедуллярной инфузии ET-1 у самок крыс [15], но было ли это опосредовано конкретно канальцевыми рецепторами ETA, неизвестно.
Что касается регуляции артериального давления, то вклад канальцевых рецепторов эндотелина также требует уточнения. В одном из исследований сообщалось, что ни клеточно-специфическая, ни полная делеция рецептора ETA в нефроне не влияют на кровяное давление ни при нормальной, ни при диете с высоким содержанием соли [27]. Однако комбинированная основная клеточная делеция как рецепторов ETA, так и ETB приводит к большему солезависимому повышению артериального давления, чем нокаут только рецепторов ETB [30]. Это может свидетельствовать о существовании функциональной кооперации и даже гетеродимеризации между рецепторами ETA и ETB, что подчеркивает возможность того, что рецепторы ETA могут играть более важную роль в условиях нарушения функции рецепторов ETB.
Циркадные ритмы эндотелина
Важность суточных колебаний артериального давления, подчеркнутая повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний, наблюдаемых при так называемом «неснижении ночного артериального давления», в настоящее время хорошо известна. Также появляется все больше свидетельств того, что многие аспекты функции почек имеют циркадные колебания [31]. Недавние исследования начали давать представление о молекулярных механизмах, управляющих этими суточными ритмами, называемыми циркадными часами, и было показано, что эндотелиновая система находится под ее контролем, как в почках, так и в других органах [32]. Сам ген ET-1 является мишенью для часового белка Per1, который подавляет транскрипцию ET-1 в собирательном протоке. У мышей с нокаутом Per1 наблюдается повышение уровня ET-1 в почечной ткани [33]. Что касается суточных изменений, почечная мРНК ET-1 была высокой во время активной фазы и низкой во время неактивной фазы сна, что соответствует реципрокному паттерну экспрессии Per1, тогда как уровни пептида ET-1 были выше во время неактивной фазы [33]. мРНК рецепторов ETA и ETB также имеют суточные вариации в почках, которые, по-видимому, не зависят от Per1, причем ETA выше во время неактивной фазы, тогда как экспрессия рецептора ETB была выше в коре головного мозга во время неактивной фазы [32]. Per1 также усиливает экспрессию альфа-субъединицы ENaC [33], канала, который ингибируется ET-1 в собирательном протоке, что приводит к стимулированию натрийуреза. Соответственно, измененная функция циркадных часов может вызвать нарушение регуляции эндотелиновой системы, как внутри почек, так и за их пределами, что влияет на солевой и водный гомеостаз, а также контроль артериального давления.
Существуют клинические доказательства того, что циркадные ритмы в эндотелиновой системе изменяются и способствуют возникновению патологических состояний у людей. Например, недавно было показано, что нарушение нормальных суточных колебаний артериального давления у пациентов с ХБП по крайней мере частично связано с активацией эндотелиновой системы, при этом блокада рецептора ETA усиливает «ночное снижение» артериального давления [34]. По мере роста фундаментального научного понимания того, как циркадные часы регулируют эндотелиновую систему, несомненно, будет расти и наше понимание того, как измененная функция биоритмов может способствовать возникновению различных заболеваний.
Эндотелин как фактор, влияющий на артериальную гипертензию
Вскоре после открытия эндотелина в сосудах интерес исследователей был обращен к потенциальной роли ET-1 в развитии гипертонии. На данный момент известно, что блокада рецептора ETA или обоих рецепторов ETA и ETB снижает кровяное давление у людей с гипертонией [35] и ослабляет или устраняет гипертензию на нескольких экспериментальных животных моделях гипертензии в результате инфузии ангиотензина II [36], крысах соль-чувствительной линии Даля и дезоксикортикостерон-индуцированной гипертензии [37], а также при других заболеваниях, таких как преэклампсия и системная красная волчанка [5].
На системном уровне повышенная экспрессия и высвобождение ET-1 в сосудах, приводящие к сочетанию вазоконстрикции и ремоделирования сосудов, увеличивая общее периферическое сопротивление, могут лежать в основе сосудистого вклада ET-1 в гипертонию [8]. Эти преимущественно опосредованные рецепторами ETA эффекты на сосудистую сеть сопровождаются окислительным стрессом, эндотелиальной дисфункцией и воспалением, а также сложными изменениями внутриклеточных сигнальных путей и наблюдались как на животных моделях, так и в биопсиях у людей с артериальной гипертензией [8]. Делеция ET-1 вызывает умеренное снижение артериального давления [38], а увеличение выработки ET-1 в сосудах может приводить к гипертензии. Кроме того, у мышей со сверхэкспрессией ET-1 в эндотелии наблюдалось ремоделирование сосудов, воспаление и окислительный стресс. При введении диеты с высоким содержанием соли сосудистый фенотип ухудшался, и у мышей с избыточной экспрессией ET-1 развивалась выраженная гипертензия, также подчеркивая роль ET-1 в формировании чувствительной к соли гипертензии [39].
Действия эндотелина вне почек, несомненно, могут способствовать развитию гипертонии, но внутрипочечные действия также, вероятно, играют более важную роль. Повышенная почечная мРНК ET-1 и повышенная экскреция ET-1 с мочой [40, 41] при гипертензивных состояниях являются убедительными доказательствами того, что почечная продукция ET-1 увеличивается при гипертонии. Также было обнаружено повышенное содержание пептида ET-1 в самой почке при артериальной гипертензии [42]. Преимущественно действия, опосредованные рецептором ETA, были связаны с артериальной гипертензией. К ним относятся опосредованное рецептором ETA повышение сосудистого сопротивления почек в исследованиях как на животных, так и на людях [43–45]. ET-1 также может способствовать образованию активных форм кислорода в почках [46], а повышенные уровни ET-1 сами по себе способствуют воспалению почек через активацию рецептора ETA [47]. Кроме того, в настоящее время широко признано, что Т-клетки способствуют развитию гипертонии. Активация рецептора ETA увеличивает инфильтрацию коркового вещества почек мышей Т-клетками при гипертензии, индуцированной ангиотензином II, а недавние исследования in vitro продемонстрировали, что активация рецептора ETA усиливает выработку CD4+ Т-клетками интерлейкина-17 (IL-17) [48], цитокина, который вовлечен в патогенез гипертензии [49]. Было выдвинуто предположение, что активация рецептора ETA может способствовать воспалению почек или инфильтрации паренхимы иммунными клетками через стресс эндоплазматического ретикулума [50], что является еще одним новым механизмом при гипертонии.
Заключение
Таким образом, эндотелиновая система играет важную роль в регуляции функции почек и артериального давления, контролируя водно-солевой гомеостаз организма и тонус (диаметр просвета) артериальных сосудов. Нарушение регуляторных эффектов эндотелиновой системы способствует развитию артериальной гипертензии. Кроме того, эндотелиновая система участвует в патогенезе почечных заболеваний, способствуя повреждению клубочков и прогрессированию хронической болезни почек. Необходимы дальнейшие исследования для подтверждения и уточнения молекулярных механизмов регуляции функций почек и артериального давления, что поможет разработать новые группы лекарственных препаратов для лечения заболеваний почек и артериальной гипертензии.