Rola układu krzepnięcia i fibrynolizy w patogenezie glomerulopatii

Rola układu krzepnięcia i fibrynolizy
w patogenezie glomerulopatii
Pomimo ogromnych postępów w medycynie kłębuszkowe zapalenia nerek
nadal są częstą przyczyną powstawania przewlekłej niewydolności nerek. Patogeneza tych chorób nie została dotąd dokładnie poznana, a zaburzenia układu
hemostazy w glomerulopatiach były od dawna postulowane w badaniach doświadczalnych. Aktywność czynników krzepnięcia oraz fibrynolizy jest głęboko
zaburzona w zapalnych chorobach kłębuszka nerkowego. Dane z badań doświadczalnych wskazują, że system prozakrzepowy i antyfibrynolityczny, zarówno
systemowy czy też lokalny są mocno zaangażowane w zapalne uszkodzenie
kłębuszka nerkowego. Źródłem aktywności prozakrzepowej mogą być zarówno
komórki krwi, jak i komórki budujące kłębuszek nerkowy. Oba typy komórek
ściśle współpracują ze sobą, produkując liczne składniki zaangażowane w krzepnięcie i fibrynolizę. System ten jest jednak bardziej złożony, większość białek
jest dobrze zbadana i ma wiele funkcji, niezależnych od układu krzepnięcia i
fibrynolizy. Nadal jednak potrzebne są liczne badania aby określić dokładną rolę
poszczególnych jego składowych, które pozwolą dokładnie scharakteryzować
mechanizmy leżące u podstaw uszkodzenia kłębuszka nerkowego.
(NEFROL. DIAL. POL. 2014, 18, 89-91)
The role of coagulation and fibrinolysis in pathogenesis
of glomerulopathies
Despite incredible progress in medicine, glomerulonephritis has been still
the frequent cause of chronic renal failure. Pathogenesis of this diseases has
not been yet directly recognized but disturbances in coagulation have been
stipulated in experimental studies for a very long time. Activity of clotting and
fibrinolysis factors is deeply disordered in glomerulitis. Experimental studies
have indicated that hypercoagulable and antifibrinolysis systems are strongly
involved in damage of glomerulus. The source of procoagulant activity may
be both: blood cells and also resident glomerular cells. Both types of cells
co-operate with each other, they produce a lot of components involved in coagulation and fibrinolysis. This system is though more complicated, most of
its proteins are well known and have a lot of functions independent from the
clottig and fibrinolysis system. We need still to perform a lot of studies to define
specific functions of its components that will enable us to deeply examine and
characterize mechanisms that damage glomeruli.
(NEPROL. DIAL. POL. 2014, 18, 89-91)
Mechanizmy leżące u źródła chorób
nerek często nie są jasno zdefiniowane.
Patofizjologia tych schorzeń wymaga zrozumienia fizjologii nerek na poziomie molekularnym i komórkowym. Dokładne poznanie
biologii nerek może pomóc w zrozumieniu
w jaki sposób zmiany w kompartmencie
komórkowym i interakcje czynników genetycznych i środowiskowych prowadzą do
patofizjologicznych zmian i rozwoju choroby
[1]. Liczne dane eksperymentalne w ostatnich czasach potwierdzają zaangażowanie
układu krzepnięcia i fibrynolizy w zapalne
uszkodzenie kłębuszka nerkowego. Badania
doświadczalne ujawniają, że system ten jest
bardzo skomplikowany, białka wchodzące w
jego skład mają wiele funkcji, często niezależnych od wpływu na hemostazę.
W prawidłowych warunkach delikatna
równowaga pomiędzy kłębuszkowym krzepnięciem i fibrynolizą jest utrzymywana przez
lokalne mechanizmy kontrolne, przez krążące i będące składową kłębuszka nerkowego
komórki, które produkują liczne czynniki
prozakrzepowe i przeciwzakrzepowe, pro-
fibrynolityczne i antyfibrynolityczne.
Obecnie komórkowy model krzepnięcia,
zarówno w nerkach jak i w całym organizmie
wyraźnie podkreśla interakcje różnych białek krzepnięcia z powierzchnią płytek krwi,
komórek podśródbłonkowych i śródbłonka.
Według tego modelu fizjologicznie krzepnięcie jest inicjowane przez formowanie
kompleksu pomiędzy czynnikiem tkankowym TF (Tissue Factor) eksponowanym na
powierzchni fibroblastów na skutek uszkodzenia ściany naczyniowej i aktywowanym
czynnikiem VIIa, który normalnie obecny
jest w śladowych ilościach we krwi krążącej.
Kompleks TF/VIIa przekształca czynnik X
do Xa na powierzchni fibroblasta. Czynnik
Xa następnie aktywuje protrombinę II do
trombiny IIa. Następna faza zwana jest fazą
amplifikacji, w której ograniczona ilość trombiny aktywuje czynnik VIII,V,XI i płytki, na
powierzchni płytek krwi. Aktywowane przez
trombinę płytki zmieniają kształt, odsłaniając
ujemnie naładowaną błonę fosfolipidową,
która przyjmuje charakterystyczny kształt,
gromadząc różne czynniki krzepnięcia i
Nefrologia i Dializoterapia Polska • 2014 • 18 • Numer 2
PRACE
POGLĄDOWE
Magdalena Grzanka1,2
Zbigniew Hruby2
Agnieszka Czyżewska-Buczyńska1
Wojciech Witkiewicz1,3
Wojewódzki Szpital Specjalistyczny we Wrocławiu,
Ośrodek Badawczo-Rozwojowy,
Dyrektor:
Prof. dr hab. med. Wojciech Witkiewicz
1
Wojewódzki Szpital Specjalistyczny,
Ośrodek Badawczo-Rozwojowy,
Oddział Nefrologii z Pododdziałem
Diabetologicznym i Transplantacyjnym
Kierownik:
Prof. dr hab. n. med. Zbigniew Hruby
2
Wojewódzki Szpital Specjalistyczny we Wrocławiu,
Ośrodek Badawczo- Rozwojowy,
Oddział Chirurgii Ogólnej,
Naczyniowej i Onkologicznej
Kierownik:
Prof. dr hab. med. Wojciech Witkiewicz
3
Słowa kluczowe:
• TF czynnik tkankowy
• TFPI inhibitor drogi zewnątrzpochodnej
Key words:
• TF - Tissue Factor
• TFPI - Tissue Factor Pathway Inhibitor
Adres do korespondencji:
lek. med. Magdalena Grzanka
Wojewódzki Szpital Specjalistyczny we Wrocławiu,
Ośrodek Badawczo-Rozwojowy
51-124 Wrocław
ul. H.M. Kamieńskiego 73a
Tel. 071 325 67 44
Fax. 071 325 67 45
e-mail: [email protected]
89
ostatecznie doprowadzając do generacji
trombiny, angażując czynnik VIIIa i IXa (
faza propagacji ). Według tego modelu w
stanach fizjologii droga zewnątrzpochodna z
czynnym udziałem TF jest głównym komórkowym inicjatorem krzepnięcia i głównym
regulatorem hemostazy i trombogenezy,
a droga wewnątrzpochodna odgrywa tylko
wzmacniającą rolę [2].
Na regulację hemostazy wpływają
również uwalniane przez uszkodzony
śródbłonek: tkankowy inhibitor aktywatora
plazminogenu (t-PA), inhibitor aktywatora
plazminogenu typu 1 (PAI-1), czynnik von
Willebranda, tlenek azotu (NO), prostacykliny, tromboksan (TxA2), fibrynogen oraz inhibitor zewnątrzpochodnej drogi krzepnięcia
TFPI (Tissue factor pathway inhibitor) [3].
TFPI jest głównym fizjologicznym krążącym antykoagulantem, jedynym inhibitorem
działającym we wstępnej fazie krzepnięcia
krwi, niedopuszczającym do wytworzenia
trombiny. Jego działanie hamujące polega
na odwracalnym hamowaniu czynnika Xa
i kompleksu TF/VIIa. Oprócz podwójnego
działania hamującego czynnik ten zmniejsza
również proliferację komórek śródbłonka
[4].
W stanach patologii w nerkach krzepnięcie jest inicjowane przez krążące makrofagi
lub przez uszkodzenie śródbłonka, a jest
podtrzymywane przez komórki budujące
kłębuszek nerkowy, które pozostają pod
wpływem mediatorów wydzielanych przez
komórki zapalne [5].
Komórki śródbłonka w prawidłowych
warunkach utrzymują nietrombogenną
powierzchnię przez produkcję substancji
przeciwzakrzepowych takich jak trombomodulina, siarczan heparanu czy aktywator
plazminogenu [6]. Ponieważ zlokalizowane
są na powierzchni pomiędzy krwią a tkankami, mogą one rekrutować krążące leukocyty
do miejsca zapalenia. Ta rekrutacja odbywa
się za pośrednictwem molekuł adhezyjnych
takich jak selektyny czy integryny. Nieprawidłowa ekspresja molekuł adhezyjnych,
uruchamiana przez mediatory prozapalne
sprzyja napływowi monocytów i makrofagów, a wydzielane przez nie cytokiny
zwiększają aktywność prozakrzepową komórek śródbłonka, co z kolei podtrzymuje
zapalenie [5].
Rola makrofagów w powstawaniu zapalnych uszkodzeń kłębuszka nerkowego
jest niepodważalna. Wydzielane przez nie
cytokiny (głównie IL-1 i TNF alfa) zwiększają aktywność prozakrzepową komórek
śródbłonka oraz zmniejszają ekspresję
trombomoduliny która ma działanie przeciwzakrzepowe, a także zwiększają sekrecję
PAI-1, głównego inhibitora aktywatorów
plazminogenu [7-10]. Stopień nacieku przez
makrofagi koreluje dobrze z rozległością
uszkodzeń zapalnych kłębuszka nerkowego
[11]. Badania eksperymentalne dowodzą,
że nadmierna utrata monocytów z krwi
krążącej wyraźnie zmniejsza odkładanie
fibryny, co znacznie podkreśla ich rolę w
uszkodzeniu [12].
Makrofagi mogą syntetyzować TF lub
indukować nieprawidłową produkcję TF
przez komórki śródbłonkowe i mezangialne
za pośrednictwem uwalnianych mediatorów
prozapalnych, inicjując kaskadę krzepnięcia
w kłębuszku.
90
Komórki mezangialne w prawidłowych
warunkach chronią centrum struktury kłębuszka oraz modulują powierzchnię filtracji
kłębuszkowej przez ich kurczenie się i relaksację. Podczas patologicznego uszkodzenia
nabywają fenotyp charakterystyczny dla
miofibroblastów. Tak zwane aktywowane
komórki mezangialne proliferują, nabywają
właściwości komórek mięśni gładkich, wydzielają nieprawidłowe formy kolagenu, a
także mediatory systemu krzepnięcia i fibrynolizy, a stymulowane przez cytokiny mogą
produkować czynnik TF-podobny [5].
Cytokiny zapalne oddziałują niekorzystnie na komórki śródbłonka oraz mezangium
kłębuszka nerkowego, a towarzyszący zapaleniu stres oksydacyjny uszkadza retikulum endoplazmatyczne komórek. Również
czynnik VIII odgrywa rolę w patofizjologii
chorób nerek. Czynnik ten jest syntetyzowany przez komórki naczyń, kłębuszka
nerkowego oraz śródbłonek cewkowy. Jego
podwyższone wartości mogą być markerem
dysfunkcji śródbłonka i uszkodzenia naczyń
oraz czynnikiem ryzyka powstawania zakrzepów [13].
Wiele badań na modelach eksperymentalnych i na ludziach pokazuje zmiany w ekspresji wielu czynników układu krzepnięcia
i fibrynolizy w nerkach i dowodzi ich roli w
zapalnym uszkodzeniu kłębuszków nerkowych. Liczne dane wskazują, że TF i TFPI,
a konkretnie zaburzenie wewnątrznerkowej
równowagi pomiędzy tymi czynnikami odgrywa główną rolę zarówno w powstawaniu
półksiężyców, jak i w zaostrzeniu zapalenia
w kłębuszkach [14].
TF jest głównym inicjatorem zewnątrzpochodnej drogi krzepnięcia, głównej drogi
inicjującej odkładanie złogów fibryny. TF w
prawidłowych warunkach nie kontaktuje się
bezpośrednio z krwią. Pozostaje zakotwiczony w błonie komórkowej i jest eksponowany dopiero po stymulacji pewnymi agonistami, którymi mogą być min. endotoksyny,
cytokiny prozapalne, aktywowane limfocyty,
czynniki wzrostowe i utlenione lipoproteiny
o małej gęstości [15].
Sugeruje się, że we wczesnych stadiach
uszkodzenia kłębuszka nerkowego wzrost
aktywności TF jest głównie skutkiem wzrostu jego ekspresji w komórkach kłębuszka
pod wpływem wydzielanych mediatorów,
podczas gdy w zaawansowanych stadiach
choroby naciekające makrofagi są głównym
miejscem syntezy TF [16].
Wszystkie te czynniki przechylają równowagę krzepnięcie/fibrynoliza w kierunku
nadkrzepliwości, w ten sposób zaburzając
przepuszczalność kapilar kłębuszka.
Wykazano, że czynnik tkankowy poza
efektem prozakrzepowym ma również
działanie prozapalne. Badania na zwierzętach udowodniły, że TF wykazuje fibrynoniezależne efekty prozapalne, wpływając
na ekspresję cząsteczek głównego układu
zgodności tkankowej MHC klasy II i akumulację leukocytów [17]. Krzepnięcie i
zapalenie, obok czynników toksycznych,
metabolicznych i hemodynamicznych, które
działają często w jednym czasie sprzyjają
dalszemu uszkodzeniu i progresji patologicznych zmian, włączając procesy naprawy
nabłonkowej oraz mezenchymalnej, które
powodują szkliwienie i włóknienie kłębuszków nerkowych [18].
Ostatnie badania sugerują, że TF
poza aktywacją zewnątrzpochodnego toru
krzepnięcia może także wnosić swój udział
pośredni do uszkodzenia zapalnego w
kłębuszkowych zapaleniach nerek przez
zwiększenie aktywacji makrofagów i proliferację limfocytów T [17].
Zmniejszenie białkomoczu i ekspresji
kłębuszkowych antygenów zgodności
tkankowej MHC klasy II przez hamowanie
TF w modelach eksperymentalnych dowodzi, że TF aktywuje inne mediatory, które
wnoszą swój udział w zapalne uszkodzenie
kłębuszka. Badania na zwierzętach zademonstrowały, że hamowanie odkładania
depozytów fibryny przez zmniejszenie ilości
fibrynogenu nie zmniejsza białkomoczu,
pomimo efektywnego zmniejszenia stopnia
niewydolności nerek i rozwoju półksiężyców, co sugeruje, że aktywacja drogi TF
inicjuje inne drogi zapalnego uszkodzenia
kłębuszka nerkowego, poza odkładaniem
depozytów fibryny [19].
Oprócz stwierdzanej nadkrzepliwości,
również osłabienie mechanizmów fibrynolitycznych może przyczyniać się do dalszego
uszkodzenia kłębuszka i akumulacji depozytów fibryny [20]. Zmniejszona aktywność
fibrynolityczna związana ze zmniejszeniem
ekspresji t-PA i wzrostem ekspresji PAI-1
była już obserwowana w modelach eksperymentalnych [21,22]. Badania doświadczalne
sugerują, że w przypadku uszkodzenia
kłębuszków zwiększeniu ulega zarówno
krzepnięcie jak i fibrynoliza, ale fibrynoliza
jest tłumiona przez wyraźny wzrost czynników antyfibrynolitycznych, takich jak inhibitor aktywatora plazminogenu typ 1 (PAI-1) i
alfa2 antyplazmina (alfa2-AP).
Badania potwierdzają, że niedobory
urokinazowego aktywatora plazminogenu
(u-PA) i tkankowego aktywatora plazminogenu (t-PA) odgrywają ważną rolę w patologii kłębuszkowej. t-PA lokalnie produkowany
przez komórki śródbłonka u myszy i ludzi
jest prawdopodobnie głównym aktywatorem
plazminogenu zaangażowanym w usunięcie
kłębuszkowej fibryny, a jego niedobór sprzyja dalszej patologii kłębuszkowej [5].
Eksperymentalne modele dostarczają
również wglądu w rolę PAI-1, którego aktywność znacznie wzrasta w przypadku
kłębuszkowych zapaleń nerek przebiegających z półksiężycami. Wykazano bowiem
związek pomiędzy poziomem syntezy PAI-1
a rozległością depozytów fibryny, co podkreśla rolę układu fibrynolizy w zapalnym
uszkodzeniu kłębuszka [22]. Podejrzewa
się również, że angiotensyna II i aldosteron
mogą mieć wpływ na zwiększenie syntezy
PAI-1 i promowanie przetrwania fibryny i
stwardnienia kłębuszka nerkowego [23].
Podsumowanie
Istotną rolę w patogenezie kłębuszkowego zapalenia nerek odgrywają zaburzenia
hemostazy. Uszkodzenie lub dysfunkcja
komórek śródbłonka prowadzi do złożonych
zaburzeń układu krzepnięcia i fibrynolizy,
które mogą być zaangażowane w rozwój i
progresję choroby kłębuszków nerkowych.
Ostatnie postępy w medycynie oraz przeprowadzone badania na modelach eksperymentalnych oraz na ludziach dają drogę
do nowych możliwości terapeutycznego
podejścia do tych jednostek chorobowych.
M. Grzanka i wsp.
Potrzebne są jednak dalsze badania, aby
dokładnie określić rolę poszczególnych
czynników oraz komórek w patologii chorób
kłębuszka nerkowego.
Piśmiennictwo
1. He JC, Chuang PY, Ma’ayan A, Iyengar R: Systems
biology of kidney diseases. Kidney Int. 2012; 81:
22-39.
2. Galil AM, Gader A: Tissue factor pathway inhibitor:
A natural coagulation inhibitor and potential therapeutic agent- A review. J Taibah Univ Med Sci.
2009; 4: 1-15.
3. Mądro E, Małyszko J: Zaburzenia krzepnięcia krwi w
chorobach nerek. Hematology 2011; 2: 332-338.
4. Kotchy M, Kotchy D, Witkiewicz W: Rola czynnika
tkankowego i jego inhibitora w procesie krzepnięcia
krwi oraz powikłaniach zakrzepowych. Kardiol Pol.
2010; 68: 1158-1162.
5. Hertig A, Rondeau E: Role of coagulation/fibrinolysis
system in fibrin-associated glomerular injury. J Am
Soc Nephrol. 2004; 15: 844-853.
6. Chesterman CN: Vascular endothelium, haemostasis
and thrombosis. Blood Rev. 1988; 2: 88-94.
7. Bevilacqua MP, Pober JS, Majeau GR, Cotran RS,
Gimbrone MAJ: Interleukin-1 induces biosynthesis
and cell surface expression of procoagulant activity
in human vascular endothelial cells. J Exp Med.
1984; 160: 618-623.
8. Nawroth PP, Stern DM: Modulation of endothelial
cell hemostatic properties by tumor necrosis factor.
J Exp Med. 1986; 163: 740-745.
9. Nachman RL, Hajjar KA, Silverstein RL, Dinarello
CA: Interleukin 1 induces endothelial cell synthesis
of plasminogen activator inhibitor. J Exp Med. 1986;
163: 1595-1600.
10. Van Hinsbergh VW, Kooistra T, van der Berg EA,
Princen HM, Fiers W. et al: Tumor necrosis factor
increases the production of plasminogen activator in
human endothelial cells in vitro and in rats in vivo.
Blood 1988; 72: 1467-1473.
11. Grandaliano G, Gesualdo L, Ranieri E, Monno R,
Schena FP: Tissue factor, plasminogen activator
inhibitor-1, and trombin receptor expression in human
crescentic glomerulonephritis. Am J Kidney Dis. 2000;
35: 726-738.
12. Holdsworth SR, Tipping PG: Macrophage-induced
glomerular fibrin deposition in experimental glomerulonephritis in the rabbit. J Clin Invest. 1985; 76:
1367-1374.
13. Hiramoto JD, Peralta CA, Ix JH, Fried L, Cushman
M. et al: Inflammation and coagulation markers
and kidney function decline: The multi-ethnic study
of atherosclerosis. Am J Kidney Dis. 2012; 60:
225-232.
14. Naumnik B, Borawski J, Chyczewski L, Pawlak K,
Myśliwiec M: Tissue factor and its inhibitor in human
non-crescentic glomerulonephritis- immunostaining
vs plasma and urinary levels. Nephrol Dial Transplant.
2006; 21: 3450-3457.
15. Lwaleed BA: Tissue factor: biological function and clinical significance Saudi Med J. 2002; 23: 135-143.
16. Tipping PG, Erlich JH, Apostolopoulo J, Mackman
N, Loskutoff D, Holdsworth SR: Glomerular tissue
factor expression in crescentic glomerulonephritis.
Correlation between antygen, activity, and mRNA.
Am J Pathol. 1995; 147: 1736-1748.
17. Cunningham MA, Kitching AR, Tipping PG,
Holdsworth SR: Fibrin independent proinflammatory
effects of tissue factor in experimental crescentic
glomerulonephritis. Kidney Int. 2004; 66: 647-653.
18. Anders HJ: Four danger response programs determine glomerular and tubulointerstitial kidney pathology.
Organogenesis 2012; 8: 29-40.
19. Erlich JH, Holdsworth SR, Tipping PG: Tissue factor initiates glomerular fibrin deposition and promotes
major histocompatibility complex class II expression
in crescentic glomerulonephritis. Am J Pathol. 1997;
150: 873-880.
20. McCluskey RT: Commentary tissue factor in
crescentic glomerulonephritis. Am J Pathol. 1997;
150: 787-792.
21. Malliaros J, Holdsworth SR, Wojta J, Erich J,
Tipping PG: Glomerular fibrinolytic activity in antyGBM glomerulonephritis in rabbits. Kidney Int. 1993;
44: 557-564.
22. Feng L, Tang WW, Loskutoff DJ, Wilson CB:
Dysfunction of glomerular fibrinolysis in experimental antiglomerular basement membrane antibody
glomerulonephritis. J Am Soc Nephrol. 1993; 3:
1753-1764.
23. Fogo AB: The role of angiotensin II and plazminogen
activator inhibitor-1 in progressive glomerulosclerosis. Am J Kidney Dis. 2000; 35: 179-188.
Podziękowania
Praca powstała w ramach projektu WROVASC - Zintegrowane Centrum Medycyny Sercowo-Naczyniowej współfinansowanego przez Unię Europejską ze środków
Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz budżetu państwa w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka na lata 2007-2013.
Nefrologia i Dializoterapia Polska • 2014 • 18 • Numer 2
91