Введение
В мире сахарным диабетом (СД) 1 и 2 типа страдают более 8% населения планеты (около 350 миллионов человек).Так же как и в других странах мира, в Российской Федерации (РФ) отмечается неуклонный рост распространенности СД - с 2000 г. численность пациентов с СД увеличилась более чем в 2 раза. В работе Дедова И.И. с соавторами приведены данные Росстата, которые указывают на увеличение количества пациентов с СД в РФ до 5 млн 168,8 тыс. человек на период окончания 2021 года [1]. По данным Международной федерации диабета, предполагается, что к 2045 году более 10,5% взрослого населения во всем мире будут болеть СД, что приведет к повреждению почек у 100-250 миллионов человек [2]. По данным Федерального регистра СД от 2022 года, в РФ общая численность пациентов с СД и хронической болезнью почек (ХБП) составляет около 1 млн [3]. За последние годы одной из основных причин развития терминальной почечной недостаточности (ТПН) выступает поражение почек при СД. Показано, что примерно 12–55% случаев ТПН вызваны диабетом [4]. Диабетическая нефропатия (ДН) - одно из основных микрососудистых осложнений СД, характеризуется структурными и функциональными изменениями.Морфологические изменения, наблюдаемые в почках при ДН, затрагивают почти все структуры нефрона: гликокаликс и клубочковые эндотелиальные клетки, гломерулярную базальную мембрану (ГБМ), подоциты и щелевые мембраны, мезангиальный матрикс, почечный интерстиций и почечные канальцы. Утолщение ГБМ, мезангиальная экспансия и гиалиноз артериол относятся к самым ранним морфологическим признакам развития ДН. Поражение клубочков происходит вместе со специфическими поражениями сосудов, включая артериолярный гиалиноз, в результате накопления гиалинового материала, продукта экссудации белков плазмы, который обычно имеет место как в структуре афферентных, так и эфферентных артериол [5]. В результате хронической гипергликемии развиваются патологические изменения в сосудистой стенке, увеличивается частота микро- и макрососудистых осложнений, связанных с заболеваемостью и смертностью среди пациентов с СД. Однако точный механизм сосудистых осложнений в настоящее время ясен не полностью [6]. Было показано, что окислительный стресс является результатом гипергликемии, а продукция и секреция провоспалительных цитокинов жировой тканью приводит к развитию воспаления и эндотелиальной дисфункции. Именно эндотелиальная дисфункция играет ключевую роль в запуске развития механизмов воспаления, которые связаны с сосудистыми осложнениями у пациентов с СД 2 типа [7]. Активация эндотелия за счет повышенного высвобождения цитокинов и экспрессии молекул адгезии способствует активации тромбоцитов и их адгезии к активированному эндотелию. В развитии микрососудистых осложнений при СД большое значение отводится молекулам клеточной адгезии, таким как молекула межклеточной адгезии-1 (ICAM-1), молекула сосудистой клеточной адгезии-1 (VCAM-1) и селектины (E-селектин, L-селектин и P-селектин) [8].
ICAM-1 является трансмембранным гликопротеином суперсемейства иммуноглобулинов и характеризуется пятью различными иммуноглобулино-подобными доменами, цитоплазматическим хвостом и экспрессируется в эндотелиальных клетках и лейкоцитах. Эта молекула играет решающую роль в стабилизации межклеточных взаимодействий и содействии эндотелиальной трансмиграции лейкоцитов [8]. Стимуляция повышенной экспрессии ICAM‐1 происходит в ответ на несколько видов стимулов, включая провоспалительные цитокины, окислительный стресс, активацию протеинкиназы С и конечные продукты расширенного гликирования (AGEs), изменения гемодинамики [9]. Большинство опубликованных в мире работ посвящено изучению содержания молекул клеточной адгезии и селектинов в периферической крови. Также имеются исследования, проведенные на животных (экспериментальный диабет). В то же время мало данных по изучению экспрессии этих молекул непосредственно в ткани почки человека.
Целью исследования было провести исследование экспрессии ICAM-1 в почечной ткани у пациентов СД 2 типа с ДН, а также изучить роль ICAM-1 в развитии морфологических изменений ткани и скорости их прогрессирования.
Пациенты и методы
Исследование биопсийной ткани почки было проведено в период с 2021 по 2023 год у 50 пациентов: женщины преобладали над мужчинами в соотношении 2:1 (женщин 35 человек; мужчин 15 человек) с СД 2 типа, осложненным ДН. Возраст пациентов варьировал в небольшом диапазоне, средний возраст пациентов был 66,5±3,2 года. Анамнез СД 2 типа составлял 17,7 ± 0,3 года. Период времени от появления стойкой микроальбуминурии до проведения биопсии почки и верификации ДН составил 1,6±0,3 года. Для оценки тяжести морфологических изменений использовалась классификация ДН, разработанная Научным комитетом Общества патологии почек в 2010 г. (Pathology Society, США) [10].
Оценка гистологических изменений биопсии почки по данным световой микроскопии проводилась с использованием стандартных окрасок (гематоксилин-эозин, реактив Шиффа, трихром по Массону, конго-красный, серебро по Джонсу), анализировались общепринятые показатели (изменения в клубочках, тубулоинтерстициальные и сосудистые повреждения, в том числе степень интерстициального фиброза) согласно балльной системе (0-3).
Согласно международной классификации, у больных были идентифицированы все четыре класса ДН. Включенные образцы почечной ткани распределились следующим образом: IIa класс выявлен у 12 больных, IIb класс - у 14 больных, III класс - у 19 больных, IV класс - у 5 больных. Помимо стандартного иммунофлюоресцентного анализа, всем больным оценивали экспрессию ICAM-1 (CD54), используя моноклональные антитела, меченные Fitc (FITC anti-human CD54 Antibody, клон HCD54 Cat#322720 Biolegend, США). Интенсивность свечения определяли полуколичественным методом по шкале от 0 до 4. Также оценивали характер и локализацию ICAM-1 в гломерулярном эндотелии и в перитубулярных капиллярах. По данным морфологического исследования, данных за какой-либо вариант гломерулонефрита у пациентов получено не было.
Для проведения статистической обработки полученных данных использовали программный пакет IBM SPSS Statistics, 26 версия (Armonk, NY: IBM Corp.). Данные представлены в виде средних значений и их стандартных отклонений. Для анализа данных использовались параметрические и непараметрические методы. Для сравнения двух независимых групп по количественному признаку был использован U-критерий Манна-Уитни. Также проводился регрессионный линейный анализ. Для всех видов анализа статистически значимыми считались значения p<0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
Анализ клинических данных обследованных пациентов с ДН представлен в таблице 1.
Таблица 1
Клиническая характеристика пациентов СД 2 типа с ДН
|
Характеристика |
Пациенты |
|
Число пациентов |
50 |
|
Мужчины/женщины |
35/15 |
|
Возраст (годы) |
66,5±3,2 (95% ДИ: 62,3 – 68,7) |
|
Длительность СД 2 типа (годы) |
14,7±1,0 (95% ДИ: 12,8 – 17,0) |
|
Длительность ДН (годы) |
1,6±0,3 (95% ДИ: 1,3 – 1,8) |
|
Креатинин (мкмоль/л) |
106,40 ±7,52 (95% ДИ: 93,26 – 122,61) |
|
СКФ CKD-EPI (мл/мин./1,72 м2) |
69,44 ±4,68 (95% ДИ: 60,09 – 78,54) |
|
Альбуминурия (мг/сут.) |
1143,02 ± 316,01 (95% ДИ: 597,30 – 1789,04) |
|
АД систолическое (мм рт. ст.) |
142,93 ±2,31 (95% ДИ: 138,51 – 147,46) |
|
АД диастолическое (мм рт. ст.) |
80,02±1,01 (95% ДИ: 78,04 – 82,06) |
|
HbA1с (%) |
7,88±0,42 (95% ДИ: 7,08 – 8,69) |
Примечание: ДИ – доверительный интервал; АД – артериальное давление; СКФ CKD-EPI – скорость клубочковой фильтрации по формуле CKD-EPI; HbA1c – гликированный гемоглобин.
Источник: составлено авторами на основании собственных данных.
Проведенный анализ экспрессии ICAM-1 в почечной ткани продемонстрировал наличие молекул в области гломерулярного эндотелия (1,29 ± 0,16 95% ДИ: 0,97 – 1,61) и перигломерулярных капилляров (1,27± 0,14 95% ДИ: 0,97 – 1,55).
Далее была проанализирована экспрессия ICAM-1 в почечной ткани отдельно в каждом классе ДН (табл. 2).
Таблица 2
Интенсивность экспрессии ICAM-1 в гломерулярном эндотелии и перитубулярных капиллярах в разных группах больных СД 2 типа с ДН
|
Зона экспрессии |
IIа класс (n = 12) |
IIb класс (n = 14) |
III класс (n = 19) |
IV класс (n = 5) |
Р |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|||||
|
Экспрессия ICAM-1 в гломерулярном эндотелии |
||||||||
|
Гломерулярный эндотелий |
1,50 ±0,37 (95% ДИ: 0,80 –2,20) |
1,14 ± 0,26 (95% ДИ: 0,64 – 1,64) |
1,00 ± 0,20 (95% ДИ: 0,61– 1,42) |
0,50± 0,22 (95% ДИ: 0,08 –1,00) |
Р1,2=0,05 Р1,3=0,01 Р1,4=0,001 Р2,3=0,08 Р2,4=0,04 Р3,4=0,05 |
|||
|
Экспрессия ICAM-1 в перитубулярных капиллярах |
||||||||
|
Перитубулярные капилляры |
1,40±0,38 (95% ДИ: 0,70–2,10) |
1,28 ±0,23 (95% ДИ: 0,85 – 1,78) |
1,15 ±0,22 (95% ДИ: 0,73 – 1,61) |
0,75±0,20 (95% ДИ: 0,33 –1,16) |
Р1,2=0,07 Р1,3=0,06 Р1,4=0,001 Р2,3=0,07 Р2,4=0,05 Р3,4=0,06 |
|||
Примечание: ДИ – доверительный интервал; р - статистически значимые различия между классами по критерию U Манна-Уитни.
Источник: составлено авторами на основании собственных данных.
Полученные результаты показывают, что максимальная экспрессия ICAM-1 наблюдается в группе пациентов IIa класса и минимальная в группе больных с IV классом ДН. Высокая экспрессия молекул адгезии ICAM-1, вероятно, локализуется в местах активного воспаления, а по мере угасания воспаления (на поздних стадиях) ее экспрессия уменьшается. Таким образом, интенсивность экспрессии ICAM-1 уменьшается при развитии фиброза почечной ткани. Полученные результаты согласуются с опубликованными ранее данными на примере пациентов с ДН на фоне СД 1 типа [11].
Для выявления взаимодействия между экспрессией ICAM-1 в почечной ткани и развитием морфологических изменений был проведен корреляционный анализ (табл. 3).
Таблица 3
Корреляционные связи экспрессии ICAM-1 в гломерулярном эндотелии и перитубулярных капиллярах с морфологическими изменениями ДН
в общей группе пациентов
|
Морфологические изменения |
Корреляции |
||
|
Кендалла (τ) |
Спирмена (r) |
Пирсона (R) |
|
|
Экспрессия ICAM-1 в гломерулярном эндотелии |
|||
|
Экспансия мезангиального матрикса |
τ=-0,339 р=0,011 |
r=-0,373 р=0,010 |
R =-0,398 р=0,006 |
|
Экспрессия ICAM-1 в перитубулярных капиллярах |
|||
|
Перигломерулярный склероз |
τ=0,281 р=0,038 |
r=0,310 р=0,036 |
– |
Источник: составлено авторами на основании собственных данных.
Полученные результаты продемонстрировали, что экспрессия ICAM-1 в ткани оказывает влияние на развитие экспансии мезангиального матрикса и перигломерулярный склероз. Других зависимостей получено не было.
Результаты регрессионного анализа прогностической значимости экспрессии ICAM-1 в ткани представлены ниже (табл. 4).
Таблица 4
Регрессионные модели значимости экспрессии ICAM-1 в почечной ткани пациентов в общей группе пациентов ДН
|
Морфологические изменения |
Коэффициент детерминации (R2) |
Коэффициент стандартизации (ß) |
Критерий Фишера (F) |
Р |
|
Экспрессия ICAM-1 в гломерулярном эндотелии |
||||
|
Экспансия мезангиального матрикса |
0,532 |
0,732 |
52,313 |
0,000 |
|
Утолщение базальной мембраны |
0,520 |
0,720 |
49,919 |
0,000 |
|
Гиалиноз артериол |
0,445 |
0,670 |
38.644 |
0,000 |
|
Экспрессия ICAM-1 в перитубулярных капиллярах |
||||
|
Интерстициальный склероз |
0,457 |
0,685 |
40,646 |
0,000 |
|
Атрофия эпителия канальцев |
0,548 |
0,740 |
55,603 |
0,000 |
Источник: составлено авторами на основании собственных данных.
Таким образом, методом линейной регрессии показана ассоциация между экспрессией ICAM-1 и развитием морфологических изменений почечной ткани.
В 1983 году C.E. Mogensen и соавторы впервые связали изменения почечной ткани (повреждение эндотелиальных клеток клубочков, утолщение ГБМ, пролиферацию мезангиального матрикса, наличие узлового гломерулосклероза) с наличием у пациентов СД [12]. При СД внутриклеточная гипергликемия способствует повреждению сосудистого эндотелия посредством воспаления, взаимодействия эндотелиальных клеток с подоцитами/перицитами и экзосомами. В развитии ДН принимают активное участие молекулы клеточной адгезии [7]. ICAM-1 является маркером воспалительных процессов и повреждений эндотелия. Работы, посвященные изучению экспрессии ICAM-1 в ткани почки, в основном представлены в экспериментах на животных. H. Sugimoto и соавторы провели исследование экспрессии ICAM-1 в клубочках крыс с диабетом, индуцированным стрептозотоцином [13]. Было показано, что на ранней стадии диабета экспрессия ICAM-1 значительно повышалась вдоль перитубулярных капилляров. Также после индукции диабета была выявлена экспрессия ICAM-1 вдоль стенок капилляров и мезангиальной области клубочка. Авторы показали, что экспрессия ICAM-1 активируется и способствует распространению инфильтративных изменений, что проявлялось в увеличении количества моноцитов/макрофагов и лимфоцитов в клубочках диабетических крыс, т.е. способствует воспалительному процессу. Наиболее сильно эти процессы были выражены сразу после индукции СД и сопровождались максимальной экспрессией ICAM-1 в почке. Не исключалось, что на это влияет гиперфильтрация клубочков, которую авторы также показали в эксперименте. В работах других авторов в условиях экспериментального диабета также была показана повышенная экспрессия ICAM-1 в эндотелиальных клетках клубочков и эпителиальных клетках канальцев [14]. Интересна работа, проведенная на мышах с ДН на фоне СД, индуцированного стрептозотоцином. Мыши были дефицитны по ICAM-1 (ICAM-1(-/-)). В исследовании было продемонстрировано значительное уменьшение инфильтрации макрофагами у мышей с дефицитом ICAM-1(-/-). Эти результаты продемонстрировали важную роль ICAM-1 в патогенезе ДН [7].
В настоящее время накоплено достаточно данных по уровню молекул межклеточной адгезии в периферической крови у больных СД в сравнении со здоровыми людьми. В представленной работе проведено изучение экспрессии ICAM-1 не в периферической крови, а в почечной ткани больных СД 2 типа, осложненного ДН с учетом тяжести поражения почек. Полученные данные по экспрессии ICAM-1 в гломерулярном эндотелии и перитубулярных капиллярах согласуются с данными экспериментальных исследований. Высокая экспрессия ICAM-1 в этих зонах, вероятно, обусловлена токсическим воздействием гликемии на сосудистый эндотелий, что было показано в эксперименте на культуре эндотелиальных клеток пупочной вены человека [14]. В настоящее время есть данные о зависимости экспрессии профибротических генов (ICAM-1, VCAM-1) от уровня гликемического контроля и наличия осложнений СД. Показано, что экспрессия этих генов в крови выше у пациентов с СД 2 типа, осложненным ДН, по сравнению с пациентами без поражения почек [15]. Высказано предположение, что профиль экспрессии генов в клетках периферической крови в значительной степени отражает профиль экспрессии генов в поражённых болезнью тканях, и что изменения в первом случае отражают изменения в микро- и макроокружении во втором.
В представленной работе при изучении выраженности экспрессии ICAM-1 с учетом класса ДН, было показано значимое ее уменьшение по мере прогрессирования ДН, как в гломерулярном эндотелии, так и в перитубулярных капиллярах. Изменения носили однотипный характер: максимальная экспрессия ICAM-1 была выявлена в группе пациентов IIa класса и минимальная в группе больных с IV классом ДН. Таким образом, в работе показано, что интенсивность экспрессии ICAM-1 зависит от тяжести класса ДН, то есть тяжести развития фиброза почечной ткани. Эти результаты согласуются с данными, полученными в эксперименте, где максимально выраженная экспрессия ICAM-1 в почке мыши была получена сразу после индукции СД [13].
В 1996 году была опубликована фундаментальная работа P. Roy-Chaudhury и соавторов, в которой были приведены данные исследования 119 биопсий почечной ткани. Анализу подверглись биопсии пациентов с разными морфологическими формами гломерулонефритов и с диабетической нефропатией. Было показано, что экспрессия молекул адгезии в тубулоинтерстиции связана с интерстициальным фиброзом и тубулярной атрофией и может способствовать прогрессированию заболевания почек. Авторы работы показали, что существует общий путь тубулоинтерстициального повреждения, независимо от первичного диагноза, и экспрессия молекул адгезии в пределах тубулоинтерстиция может быть важным механизмом в патогенезе различных заболеваний почек, в том числе и ДН [16]. В представленном исследовании методом линейного регрессионного анализа было показано, что экспрессия ICAM-1 способствует развитию прогрессирования ДН при СД 2 типа путем влияния на тубулоинтерстициальные изменения (интерстициальный склероз и атрофия эпителия канальцев), а также повреждению клубочков. В ранее опубликованных работах авторы показали значимость экспрессии селектинов, которые также относятся к семейству молекул клеточной адгезии (CD62P, CD62E) в развитии как гломерулярного так и интерстициального склероза [17; 18]. Проведенный корреляционный и линейный регрессионный анализы не показали достоверных значений влияния экспрессии ICAM-1 на развитие сегментарного и глобального склероза клубочков, вероятно, потому что экспрессия ICAM-1 к этому моменту выражена минимально в этой области. В какой-то степени это подтверждается полученными отрицательными корреляционными связями между экспрессией ICAM-1 и выраженностью экспансии мезангиального матрикса.
В настоящее время предположение, высказанное P. Roy-Chaudhury [16] о значимости повреждения тубулоинтерстиция для прогрессирования хронической болезни почек любого происхождения, подтверждается и другими авторами [19]. Результаты, полученные в представленной работе, также указывают на значимость экспрессии ICAM-1 в перитубулярных канальцах в процессе прогрессирования ДН. Таким образом, воздействуя на механизмы экспрессии ICAM-1 можно уменьшить воспаление, улучшить функцию эндотелия, тем самым замедлить прогрессирование ДН, и это открывает новые возможности в терапевтической стратегии ведения таких пациентов.
Заключение
Проведенное исследование биопсийной ткани почек пациентов с ДН продемонстрировало роль экспрессии ICAM-1 как одного из возможных механизмов развития тубулоинтерстициального повреждения у больных с ДН. Таким образом, определение экспрессии ICAM-1 в почечной ткани может быть рекомендовано в качестве перспективного диагностического и прогностического маркера диабетического поражения почек у больных СД 2 типа.