Фиброз при повреждении почек стимулируется недостатком коллагена V

Хроническая болезнь почек (ХБП) может иметь разное происхождение, но для нее в любом случае характерен фиброз. Тяжесть фиброза коррелирует со снижением функций почек; это лучший предиктор неблагоприятного исхода. У здоровой почки есть сложный внеклеточный матрикс, в состав которого входят коллагены. Но при фиброзе состав матрикса меняется, в том числе меняется коллагеновый состав. Но не до конца понятно, как это влияет на работу почек. Исследователи из США изучили роль коллагенов в развитии фиброза при ХБП и показали особую роль коллагена V.

Фиброз почек ассоциирован с отложением коллагенов I, III и V. Коллаген V составляет всего 2–5% от всех фибриллярных коллагенов в большинстве тканей, однако была показана тесная связь между его количеством и гистологическими аномалиями почек у людей с хронической тубулоинтерстициальной болезнью почек. Обычно коллаген V — это гетеродимер, сформированный тремя различными альфа-цепями; COL5A1 должен присутствовать обязательно, мыши без гена Col5a1 не синтезируют коллаген V. Коллаген V организует фибриллы коллагена I и III во внеклеточном матриксе. В ранней работе авторы показали, что коллаген V играет важную роль в регенерации тканей.

Ученые использовали две мышиные модели повреждения и фиброза почек. У первой повреждения вызывали, добавляя в пищу аденин, у второй — через одностороннюю обструкцию мочеточника. Экспрессию коллагенов изучили через 7, 14 и 28 дней после начала добавления аденина в диету и через 3, 7 и 14 дней после обструкции мочеточника. Col5a1 начинал экспрессироваться уже через несколько дней после повреждающего воздействия, через 2–4 недели его экспрессия все еще была повышена. Коллаген V экспрессировали те же фибробласты, что и коллаген I.

Анализ данных UK Biobank показал, что с ростом уровня COL5A1 в сыворотке людей снижалась расчетная скорость клубочковой фильтрации. Также повышенный уровень COL5A1 в сыворотке был ассоциирован с риском ХБП. Анализ другой базы данных подтвердил, что уровень мРНК COL5A1 в почках был повышен у людей с ХБП различной этиологии.

Чтобы выявить роль Col5a1 в почках после повреждения, авторы получили мышей, у которых можно было при определенных условиях вызвать делецию Col5a1. У животных с делецией Col5a1 в почках и у контрольных мышей вызывали повреждение почек аденином. У мышей с делецией состояние было значительно хуже, чем у контрольных животных (состояние определяли по азоту мочевины крови и креатинину). Через 28 дней у мышей с делецией в почках фиброз был более выраженным, площадь фиброза была выше почти в два раза. При этом структура коллагеновых фибрилл была нарушена. Тот же эффект был получен при обструкции мочеточника.

С помощью секвенирования РНК единичных клеток авторы продемонстрировали, что делеция Col5a1 в почках снижала количество клеток трубчатых каналов и увеличивала количество воспалительных Т-клеток и миелоидных клеток. Делеция также повышала количество активированных фибробластов. Экспрессия провоспалительных цитокинов и хемокинов росла при делеции Col5a1.

Анализ данных по примерно 100 линиям инбредных и рекомбинантных мышей позволил разделить их на линии, у которых уровень Col5a1 повышается в ответ на вызванное изопротеренолом повреждение сердца, и на линии, у которых уровень Col5a1 не повышается. Авторы предположили, что у мышей из первой группы почки в некоторой степени защищены от повреждений. Они выбрали восемь линий, у которых уровень Col5a1 повышался, и восемь линий, у которых он не повышался. Спустя четыре недели на адениновой диете у мышей из первой группы уровни азота мочевины крови и креатинина были значительно ниже, чем у животных второй группы. Также у животных из первой группы был менее выражен фиброз почек.

Потеря Col5a1 приводит к нарушению механических свойств внеклеточного матрикса, что провоцирует рост экспрессии механочувствительных интегринов, таких как αvβ3, которые играют роль в фиброзе. Анализ экспрессии интегрина аαV (Itgav) и интегрина β3 (Itgb3) показал, что она повышается в фибробластах почек у мышей с нокаутом Col5a1. Авторы проверили, можно ли улучшить работу почек, заблокировав интегрин αvβ3 у животных с делецией. Действительно, антагонист интегрина циленгитид снижал уровни азота мочевины крови и креатинина у животных с повреждением почек, независимо от наличия или отсутствия делеции. Уровень фиброза у мышей с делецией снижался под действием препарата. Анализ экспрессии генов подтвердил, что уровни фиброза и воспаления после повреждения почек снижались под действием циленгитида при делеции Col5a1. То же было показано на линиях мышей, у которых уровень Col5a1 не повышается при повреждениях, но не у линий, у которых уровень Col5a1 повышается.

Таким образом, отложение коллагена V при повреждении почек подавляло формирование фиброзной ткани. По уровню Col5a1, вероятно, можно определить риск прогрессирования ХБП у пациентов и выделить тех, кому поможет блокировка интегринов.

Сердца и почки свиней, пересаженные умершим людям, исследованы на клеточном уровне