You are using an outdated browser. For a faster, safer browsing experience, upgrade for free today.

Загрузка...

Цистит: от клеточной биологии до клинического применения


Цистит - это воспаление мочевого пузыря с разнообразной и часто неизвестной этиологией. Наше понимание цистита основывается на понимании в настоящее время недостаточных, но быстро растущих знаний о структурно-функциональных отношениях в мочевом пузыре и его взаимодействии с другими системами органов, особенно с нервной системой. Стенка мочевого пузыря состоит из трех слоев: (i) слизистая оболочка, (ii) мышечная оболочка и (iii) адвентиция / серозная оболочка. Слизистая оболочка содержит уротелий, эпителий, который обращен к моче, базальную пластинку, которая отделяет уротелий от основной соединительной ткани, и собственную пластинку. Lamina propria состоит из внеклеточного матрикса, содержащего несколько типов клеток, включая фибробласты, миофибробласты / интерстициальные клетки, иммунные клетки, афферентные и эфферентные нейроны. Кроме того, собственная пластинчатая оболочка содержит кровеносные и лимфатические сосуды, эластичные волокна и пучки гладких мышц (слизистую оболочку мышц). Слизистая оболочка мышц не очень хорошо определена в мочевом пузыре человека и иногда кажется, что она отсутствует.

Muscularis propria образована мышцей детрузора, которая организована в три слоя гладких мышечных волокон, идущих в разных направлениях. Уротелий выстилает не только внутренняя поверхность мочевого пузыря, но и почечный таз, мочеточники и проксимальная часть мочеиспускательного канала. Уротелий мочевого пузыря состоит из трех характерных клеточных слоев. Функционально он образует барьер проницаемости с высоким сопротивлением (барьер между кровью и мочой) для молекул и ионов, а также патогенов в моче и может приспосабливаться к значительным изменениям объема мочи во время циклов мочеиспускания.

Терминально дифференцированные поверхностные клетки, называемые зонтичными клетками, несут ответственность за поддержание барьера между кровью и мочой, который зависит от двух структур: плотных соединений с наивысшим сопротивлением в организме млекопитающих и апикальной плазматической мембраны с уникальными специализациями, называемыми уротелиальными бляшками.

Кроме того, эти клетки устойчивы к большим механически деформирующим силам, таким как растяжение (во время наполнения и хранения) и внезапное сжатие (во время мочеиспускания), что достигается их высокой складываемостью и способностью изменять площадь апикальной поверхности путем экзоцитоза и эндоцитоза.  Кроме того, уротелий действует как неотъемлемая часть сенсорной сети мочевого пузыря, которая получает, усиливает и передает информацию в нижележащие ткани, включая чувствительные нервные волокна, миофибробласты и клетки гладких мышц. В этом отношении уротелий высвобождает различные медиаторы и нейротрансмиттеры, отражая степень его физического растяжения, так что симпатические и парасимпатические нервы могут координировать нормальную функцию мочевого пузыря во время наполнения и опорожнения. Барьер проницаемости и сенсорная функция уротелия нарушаются при различных заболеваниях, которые поражают мочевой пузырь. Например, предполагается, что у пациентов с нейрогенной гиперактивностью детрузора более низкий барьер проницаемости уротелия может привести к усилению передачи сигналов, ответственных за частоту мочеиспускания и боль в мочевом пузыре. Подобные события наблюдаются при цистите, где более низкий барьер проницаемости уротелия может быть напрямую связан с дефектной дифференцировкой клеток уротелия.

Дифференциация уротелия и формирование барьера проницаемости крови и мочи.

Функция уротелия как эффективного гематоэнцефалического барьера достигается нормальным процессом дифференцировки. Дифференциация идет от базального клеточного слоя, обращенного к базальной пластинке, через промежуточный к поверхностному клеточному слою, который находится в контакте с мочой. Базальные клетки маленькие, и они могут делиться митотически. Некоторые из базальных клеток уротелиальных стволовые клетки, но их идентификация остается спорным из-за отсутствия специфических маркеров. Предполагается, что 9% базальных клеток представляют собой предполагаемые уротелиальные стволовые клетки в уротелии крысы.

Над слоем базальных клеток в направлении просвета мочевого пузыря находятся промежуточные клетки. Толщина промежуточного клеточного слоя различна у разных видов млекопитающих; у грызунов толщина одного слоя клеток, а у человека - до шести слоев. Промежуточные клетки у грызунов начинают экспрессировать уротелий-специфические белки, уроплакины (Картинка 1 (a)). Однако UPs обнаруживаются главным образом в поверхностных зонтичных клетках уротелия человека [14]. UPs принадлежат к группе эволюционно консервативных интегральных мембранных белков, которые включают в себя четыре основных члена, UPIa (27 кДа), UPIb (28 кДа), UPII (15 кДа) и UPIIIa (47 кДа) . UPIa и UPIb принадлежат к семейству тетраспанинов, тогда как UPII и UPIIIa имеют один трансмембранный домен. Все четыре УП имеют большие внеклеточные домены, что придает утробным мембранам утолщенный (12 нм) асимметричный вид, что хорошо видно с помощью просвечивающего электронного микроскопа. UPs появляются в димерах, а именно, гетеродимерах UPIa / UPII и UPIb / UPIIIa. Эти гетеродимеры объединяются, образуя гетеротетрамеры, и шесть таких гетеротетрамеров объединяются в 16 нм внутримембранную частицу. Гексагонально упакованные частицы размером 16 нм образуют двумерные кристаллы, известные как уротелиальные бляшки, которые связаны между собой более тонкими мембранами, известными как шарниры. В промежуточных клетках грызунов УП присутствуют в мембранах цитоплазматических везикул, называемых веретенообразными везикулами, но не в плазматической мембране. В поверхностных зонтичных клетках достигается терминальная дифференцировка уротелия. Клетки зонтика имеют высокий уровень экспрессии UPs (Картинка1 (a)), что отражается на образовании крупных бляшек уротелия в компартментах после Гольджи.

Две уротелиальные бляшки образуют каждую веретенообразную везикулу, которая поэтому сплющена по форме (рис. 1 (б)). Обычно 4–15 веретенообразных везикул объединяются в стопки. Такая форма и организация веретенообразных пузырьков делают их идеальным хранилищем, которое может транспортировать большое количество уротелиальных бляшек к апикальной плазматической мембране клеток зонтика. Считается, что веретенообразные пузырьки сливаются с апикальной плазматической мембраной во время растяжения мочевого пузыря. Это экзоцитотическое событие не полностью понято в зонтичных клетках, но было высказано предположение, что цитокератины, Rab27b и белок MAL играют важную роль. Уротелиальные бляшки покрывают 70–90% апикальной поверхности уротелия, что может быть продемонстрировано с помощью сканирующей электронной микроскопии (рис. 1 (с)), и они представляют структурную основу для барьера крови и мочи.

Экспрессия UPs и наличие уротелиальных бляшек являются, таким образом, двумя основными характеристиками для установления дифференцировки уротелия, а также для прогнозирования функционального барьера проницаемости с высоким сопротивлением. Более того, UPs также предлагается в качестве полезных маркеров для диагностики, обнаружения и прогнозирования уротелиальных карцином.

Цистит и достижения в его исследованиях и лечении пациентов

Клинически цистит можно описать как синдром дизурии, позывов к мочеиспусканию, частых позывов и болей внизу живота. Хотя цистит обычно вызывается бактериальной инфекцией, он также может быть вызван неинфекционными состояниями, такими как карцинома in situ, рак мочевого пузыря и камень в мочевом пузыре, или даже может возникать неизвестного происхождения, например, при интерстициальном цистите. Урологи обычно различают цистит инфекционного происхождения и неинфекционного происхождения. Категория инфекционного цистита может быть далее классифицирована на неосложненный цистит и осложненный цистит (Таблица 1). Неосложненный цистит можно описать как инфекцию у женщин со структурно и функционально нормальным мочевым пузырем. Тем не менее, осложненный цистит связан со структурными или функциональными нарушениями мочевого пузыря, когда хозяин поражен, а патогены развивают устойчивость к противомикробным препаратам. После тщательной дифференциальной диагностики необходимо использовать соответствующее лечение, которое приводит к успешному лечению в большинстве случаев цистита.

Большинство случаев цистита возникает у женщин. Кроме того, каждый год примерно 10% всех женщин сообщают об инфекции мочевыводящих путей, и более 50% всех женщин страдают хотя бы одной такой инфекцией мочевого пузыря в течение жизни. Симптомы цистита очень разнообразны, но обычно могут развиваться болезненные мочеиспускания, позывы к мочеиспусканию, частота, боль внизу живота и гематурия (Таблица 1). Наличие клинических симптомов или признаков достаточно для диагностики неосложненного цистита в дополнение к простому анализу мочи с микроскопическими данными и окрашиванием по Граму. Обычно рекомендуется посев мочи у каждого пациента с инфекцией. У некоторых пациентов может развиться рецидив цистита. Под рецидивирующим циститом понимаются два или более эпизода симптоматического цистита в течение 6 месяцев или три или более эпизода цистита в течение одного года (таблица 1). Реинфекция и бактериальная персистенция - два типичных фенотипа рецидивирующего цистита. У здоровых женщин рецидивирующий цистит обычно вызывается повторным инфицированием новыми патогенами или другими патогенами вне мочевыводящих путей и классифицируется как неосложненный цистит. Тем не менее, рецидивирующий цистит у больных мужчин вызывается одними и теми же патогенами из одного и того же участка мочевого пузыря из-за персистенции бактерий. Этот вид рецидивирующего цистита классифицируется как хроническая инфекция и обычно возникает в структурно или функционально аномальном мочевом пузыре и поэтому может быть отнесен к категории осложненного цистита . Это обычно вызывается различными патогенами с устойчивостью к противомикробным препаратам, и у пациентов с хроническим циститом обычно есть различные дополнительные осложняющие факторы, которые способствуют развитию инфекции. Неосложненный цистит обычно возникает у разных видов с разной периодичностью, в то время как хроническая инфекция вызывается одним и тем же организмом в очень короткие промежутки времени.

Наиболее частым возбудителем неосложненного и осложненного цистита является уропатогенный штамм E. coli (UPEC), за которым следуют Staphylococcus saprophyticus, энтерококки, коагулазонегативные стафилококки и другие виды Enterobacteriaceae. Патогенез UPEC в клетках-хозяевах относительно хорошо документирован. Штаммы UPEC происходят из толстой кишки хозяина. Однако, в отличие от кишечных штаммов E. coli, штаммы UPEC обладают рядом факторов вирулентности, которые позволяют им проникать в уротелий и выживать против защиты хозяина. Штаммы UPEC из кишечника могут прилипать к промежности и влагалище и колонизировать их, а затем мигрировать в мочевыводящие пути, где они вызывают воспалительную реакцию в уротелии . Кроме того, повышенная восприимчивость эпителия мочеполовых органов к E. coli может быть связана с рецидивирующим циститом. Почти все штаммы UPEC экспрессируют фимбрии типа 1, а его адгезин, FimH, позволяет им прикрепляться к рецепторам на поверхности уротелия и проникать в уротелий мочевого пузыря. Кроме того, штаммы UPEC обычно экспрессируют ряд токсинов, таких как сидерофоры для систем приобретения железа, гемолизин и цитотоксические некротические факторы для использования питательных веществ хозяина и облегчения распространения бактерий. Штаммы UPEC закрепляются в мочевыводящих путях путем связывания FimH с уроплакином UPIa. Поиск внутриклеточного убежища в уротелиальных клетках - это единственный способ, с помощью которого UPEC может избежать элиминации путем выделения мочи из мочевого пузыря или врожденного иммунитета хозяина. После лигирования UPEC к UPIa индуцируются широко распространенные конформационные изменения в апикальной плазматической мембране зонтичных клеток с последующим поглощением UPEC в убежище. Эта бактериальная инвазия опосредована локальной перестройкой актина хозяина и фагоцитозом связанного UPEC за счет образования застежек мембраны вокруг микроорганизма.

Блокирование связывания между UPIa зонтичных клеток и FimH бактерий является идеальной мишенью для лечения инфекционного цистита. Специфическое воздействие на адгезию FimH может быть достигнуто с помощью растворимых аналогов рецепторов или маннозидов, которые действуют как антиадгезивы. Эти молекулы связывают FimH и предотвращают его взаимодействие с рецепторами хозяина. Более того, сообщалось, что сурфактантный белок D (SP-D) ингибирует цитотоксичность, вызванную бактериями, предотвращая прилипание UPEC к зонтичным клеткам и ослабляя вызванное UPEC воспаление у мышей. Тем не менее, мы должны указать на озабоченность по поводу системного введения маннозидов или пилицидов, которые потенциально могут отрицательно воздействовать на комменсальную кишечную палочку и другие члены кишечной микробиоты, многие из которых также экспрессируют пили типа 1.

Инвазия в зонтичные клетки позволяет UPEC занять новую нишу, чтобы защитить себя от врожденного иммунного ответа хозяина [39, 43]. Внутриклеточные UPEC могут размножаться во внутриклеточном компартменте зонтичных клеток с образованием.