yandex track
Ученые объяснили связь между диабетом и инфекцией мочевыводящих путей
Сахарный диабетИнфекцииМетаболические заболевания

Ученые объяснили связь между диабетом и инфекцией мочевыводящих путей

Сахарный диабет (СД) — глобальная проблема здравоохранения: он сопровождается повышенным риском бактериальных инфекций. В частности, распространены инфекции мочевыводящих путей (ИМП), вызванные E. coli, которые приводят к уросептицемии.


Традиционно считается, что глюкозурия обеспечивает оптимальные условия окружающей среды для роста бактерий. Но несколько факторов, таких как возраст, невропатия с неполным опорожнением мочевого пузыря, а также диабетическая нефропатия, повышают риск ИМП.


Снижение миграции и хемотаксис лейкоцитов, играют роль в патогенезе тяжелой ИМП у больных СД.


Защитить мочевой пузырь от патогенных микроорганизмов могут несколько факторов, и один из них — антимикробные пептиды. Они экспрессируются эпителиальными и эндотелиальными клетками и нейтрофилами.


Антимикробный пептид псориазин, кодируемый S100A7, — член семейства белков S100, обнаруженный в мочевыводящих путях. Он известен высокой антибактериальной активностью против E. coli, но его при диабете и при высоком уровне глюкозы еще не известна.


Ученые из Швеции стремились исследовать влияние глюкозы на псориазин и патогенез ИМП E. coli , уделяя особое внимание уроэпителию и защитным механизмом.

Кого исследовали и что определяли

В исследовании участвовало 36 пациентов с СД и 20 человек без СД (контрольная группа). Используя мочу, клетки мочевого пузыря и образцы сыворотки крови пациентов, исследователи проанализировали уровни псориазина и других пептидов (S100A7, DEFB4A и RNASE7, CAMP, DEFB1 и DEFB103A), необходимых для того, чтобы слизистая оболочка мочевого пузыря оставалась неповрежденной и защищала от инфекции.


Ученые добавляли 50 мкл бактериальной суспензии с концентрацией 10 4 КОЕ/мл к 150 мкл мочи с 5 мкМ пептида псориазина. После инкубации в течение 30 минут при 37°C высевали и определяли выживаемость бактерий путем подсчета жизнеспособных микроорганизмов. 


После необходимой инкубации уроэпителиальные клетки человека обрабатывали непосредственно для выделения РНК, а ткани мочевого пузыря гомогенизировали вручную с помощью гомогенизатора Даунса.


Суммарную РНК выделяли с использованием набора RNeasy Mini (Qiagen) в соответствии с протоколом производителя. Концентрацию и чистоту РНК определяли с помощью нанокапли, а до 0,5 мкг РНК подвергали обратной транскрипции с использованием случайных праймеров в течение 10 мин при 25 °С, 120 мин при 37 °С.


Затем результаты были проверены на мышах и клетках мочевого пузыря с инфекцией и без нее.

Результаты исследования

Возможное влияние высокого уровня глюкозы на антимикробные пептиды было проанализировано в уроэпителиальных клетках человека.


Гипергликемия привела к значительно более низкой экспрессии S100A7, DEFB4A и RNASE7, в то время как CAMP, DEFB1 и DEFB103A остались неизменными по сравнению с низким уровнем глюкозы.


Поскольку ранее было показано, что DEFB4A 16 и RNASE7 скомпрометированы высоким уровнем глюкозы, ученые сосредоточились на S100A7 — псориазине.


Чтобы обеспечить клиническую значимость, ученые исследовали уровни псориазина у пациентов с диабетом. У этих пациентов наблюдалось снижение экспрессии мРНК S100A7 в уроэпителиальных клетках (рисунок 1a), а также более низкие уровни белка псориазина в моче (рисунок 1b) с аналогичной тенденцией уровней псориазина в сыворотке по сравнению с контрольной группой без диабета (рисунок 1c).


Рис. 1


Для исследования возможного влияния глюкозы и инсулина на псориазин использовали гипергликемические и эугликемические гиперинсулинемические зажимы (клэмп-тесты). 


Техника глюкозного зажима — метод количественной оценки секреции и резистентности к инсулину.

Эугликемический гиперинсулинемический клэмп применяют для определения инсулинорезистентности с конца 70-х гг. Сущность метода — острое повышение концентрации инсулина в крови до 100 МЕ/л путем инфузии инсулина со скоростью 1 МЕ/мин на 1 кг и одновременное внутривенном введении глюкозы для поддержания эугликемии (~5,5 ммоль/л).

Гипергликемические зажимы устанавливали лицам с предиабетом и высоким риском развития СД 2 типа. В этих исследованиях инфузия глюкозы в течение 2 часов приводила к повышению медианы уровня глюкозы в плазме с 5,4 (диапазон 4,6–6,4) ммоль до 11,4 ммоль (диапазон 10,8–12,5).


Это стимулировало секрецию инсулина, увеличивая средний уровень инсулина в плазме с 16,1 (диапазон 8,4-74,2) мЕд/л до 95,2 (диапазон 35,6-160,0) мЕд/л.


Эти изменения сопровождались снижением уровня псориазина (рисунок 2a). Напротив, эугликемические гиперинсулинемические зажимы у пациентов с СД 1 типа и у лиц без диабета не показали различий в уровнях псориазина в плазме (рисунок 2b).


Следовательно, более низкий уровень псориазиновой активности в плазме был связан с повышенным уровнем глюкозы в крови, но не с уровнем инсулина.


Стань частью сообщества, решающего актуальные проблемы вместе с ведущими экспертами

Рис. 2a


Рис. 2b


Чтобы подтвердить результаты in vivo, ученые изучили самок мышей с СД 2 типа и без диабета. Уровни мРНК S100a7a и белка псориазина были значительно ниже в мочевом пузыре мышей с диабетом, при этом пептид преимущественно локализовался в поверхностных слоях зонтичных клеток.


Для дальнейшего исследования влияния псориазина на инфекцию при диабете мышей трансуретрально инфицировали E. coli. Ученые наблюдали более низкую экспрессию S100a7a на мРНК и уровни белка через 24 часа и 7 дней после заражения в мочевых пузырях мышей с СД по сравнению с контрольными мышами.


Точно так же уроэпителиальные клетки, культивируемые в условиях нормогликемии, показали быстрое увеличение мРНК S100A7, достигающее пика уже через 15 минут после заражения E. coli.


С другой стороны, клетки, культивированные при высоком уровне глюкозы, экспрессировали более низкую концентрацию мРНК S100A7.

Выводы

  • Исследование показало, что высокие уровни глюкозы скомпрометировали врожденный иммунный ответ и нарушили целостность эпителия.
  • Эти результаты могут служить объяснением клинического наблюдения, согласно которому пациенты с плохо контролируемым диабетом имеют более высокий риск рецидива ИМП, острого пиелонефрита и уросептицемии.
  • Инсулин не оказывает никакого влияния на псориазин: можно заключить, что псориазин регулируется другим путем.
  • Псориазин — важный антимикробный пептид в бактериальном клиренсе мочевыводящих путей при диабете. Он может стать потенциальной мишенью для новых терапевтических препаратов.
Источники

1. Mansour, S. C., Pena, O. M. & Hancock, R. E. Host defense peptides: front-line immunomodulators. Trends Immunol. 35, 443–450 (2014).


2. Mohanty, S., Kamolvit, W., Scheffschick, A. et al. Diabetes downregulates the antimicrobial peptide psoriasin and increases E. coli burden in the urinary bladder. Nat Commun 13, 4983 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-32636-y


3. Ferrannini E. Physiological and metabolic consequences of obesity. Metabolism 1995; 44 (9 Suppl 3): 7-15.


4. Mohanty, S., Kamolvit, W., Scheffschick, A. et al. Diabetes downregulates the antimicrobial peptide psoriasin and increases E. coli burden in the urinary bladder. Nat Commun 13, 4983 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-32636-y

Комментарии • 0

Чтобы оставить комментарий, пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.

Комментарии • 0

Чтобы оставить комментарий, пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.