Tamm–Horsfall protein — POTENTIAL MARKER OF EARLY STAGES urolithiasis and stone recurence

Cover Page

Abstract


Tamm–Horsfall protein is renal glycoprotein and was first isolated from urine in 1950. In recent years attention to this matter has increased, since an association between it and the formation of stones in urolithiasis. The paper presents data on physico-chemical and biological properties of Tamm–Horsfall protein, allowing it to be regarded as a potential marker of urolithiasis and recurrent stone formation

Нефролитиаз относится к наиболее распространенным и тяжелым урологическим заболеваниям, представляющим серьезную медико-социальную проблему. Характерной особенностью нефролитиаза является склонность к рецидивному формированию конкрементов в мочевых путях. При этом риск и скорость рецидивного камнеобразования неодинаковы у разных больных и обусловливаются особенностями этиологии и патогенеза нефролитиаза у конкретного пациента. В связи с этим весьма важно точно и в полном объеме раскрывать механизмы камнеобразования и разрабатывать патогенетически оправданные методы его профилактики. Появление таких современных высокотехнологичных методов лечения, как чрескожные нефролитотрипсия и нефролитоэкстрация, дистанционная литотрипсия, люмбоскопические операции, значительно повысили возможности уролога при лечении нефролитиаза. Однако проблема лечения и профилактики мочекаменной болезни не только не решена, но и не может быть решена при использовании только хирургических методов. Формирование конкрементов в мочевых путях является лишь клиническим проявлением нарушенных метаболических процессов в организме. На сегодня не подлежит сомнению, что после хирургического удаления камня и восстановления оттока мочи необходима адекватная и патогенетически оправданная терапия для предупреждения дальнейшего камнеобразования. Однако существенным затруднением для этого является то, что отсутствует какая-то единая причина камнеобразования, а имеет место совокупность многих способствующих ему факторов. Анализ сложных процессов кристаллогенеза на основе определения элементарных структурных единиц и протекающих в них явлений позволяет определить основные причины камнеобразования. При таком подходе выделяют четыре аспекта камнеобразования: 1) физико-химическая основа процесса, обусловливающая состояния роста, растворения и равновесия в разных комбинациях; 2) факторы, определяющие ход процесса, среди которых наиболее важными являются число фаз и их составы, пересыщение, температура, давление (гидростатическое и стрессовое), дефектность кристаллов; 3) молекулярные и макроскопические механизмы роста и растворения, включающие в себя пограничные процессы захвата кристаллом частиц и адсорбции, объемные процессы диффузии и конвекции в растворе, диффузии и развития напряжений в кристалле; 4) особенности веществ, в которых реализуются эти процессы [3]. Таковы предпосылки возникновения и роста любого кристалла, в том числе и биологического происхождения. В последние годы большое внимание в контексте изучения причин камнеобразования придают белку Тамма–Хорсфалла (БТХ), или уромодулину. Считают, что БТХ ингибирует кристаллизацию оксалатов in vitro, а нарушение его синтеза или снижение активности приводит к усилению этого процесса [10]. Отмечены различия в скорости роста кристаллов оксалатов в зависимости от содержания БТХ [6, 7]. БТХ является специфическим почечным антигеном, экспрессируется на мембранах эпителиальных клеток, выстилающих толстый восходящий участок петли Генле и впервые был выделен из мочи в 1950 году [11]. Это гликопротеин с молекулярным весом 1,42×10 6D. Сам полипептид с молекулярным весом 85 kD состоит из 616 аминокислотных остатков, среди которых 48 цистеинов, образующих 24 дисульфидных мостика. Белок имеет 8 потенциальных сайтов N-гликозилирования, сосредоточенных в 4 доменах [7], а диаметр гликозилированной макромолекулы составляет около 200 нм [3, 10, 12]. Изоэлектрическая точка чрезвычайно низкая (рI = 3,21), что связано не только с большим количеством остатков сиаловых кислот — около 5 % по массе, но и с высоким содержанием карбоксилированных аминокислотных остатков в самом полипептиде. Локализуется БТХ в дистальных канальцах нефрона. Суточная продукция БТХ составляет 50–150 мг, что определяет его низкую концентрацию в моче. При повышении осмолярности, снижении рН или повышении концентрации БТХ полимеризуется в линейные филаменты диаметром около 4 нм с резкими изгибами через 10–14 нм. Молекулярный вес отдельных филаментов может достигать 7×10 7D. При повышении рН до 8,5 филаменты БТХ деградируют до состояния мономеров без потери биохимических свойств. Дальнейшая полимеризация приводит к образованию «пучков» филаментов. Такие «пучки» служат основой для формирования гиалиновых цилиндров [9]. Биологическая роль БТХ чрезвычайно разнообразна. Сообщают об ингибировании вирусов гриппа филаментами БТХ [12], отмечают роль БТХ в воспалительных процессах [6, 10]. Особая роль отводится БТХ в процессе кристаллизации оксалатов и развитии мочекаменной болезни. В моче около 70 % кристаллитов составляют оксалаты кальция (моно- и дигидраты), 10 % — фосфаты кальция, от 5 до 10 % — трифосфаты натрия и аммония, менее 5 % — мочевая кислота и менее 1 % — цитрат кальция. При исследовании содержания БТХ при мочекаменной болезни установлено отсутствие в моче больных частиц мономеров БТХ диаметром около 200 нм и наличие только полимерных образований размером порядка микрона [5, 10]. Эти наблюдения подтверждают предположение, что сиалированный БТХ препятствует развитию мочекаменной болезни, а БТХ с дефицитом сиаловых кислот является ее промотором [8, 12]. За счет своего отрицательного заряда молекулы БТХ создают в моче структуры типа «коллоидного матрикса», ингибирующие слипание и рост микрокристаллов оксалатов и, соответственно, развитие мочекаменной болезни. В случае потери зарядов в силу различных причин — десиалирования, уменьшения рН, возрастания осмолярности и других — происходит полимеризация БТХ сначала в филаменты, а затем и в «пучки», которые служат центрами кристаллизации оксалатов, и, таким образом, БТХ становится промотором мочекаменной болезни [4, 12]. В последние годы появились данные, указывающие на то, что органические соединения с высоким содержанием карбоксильных групп препятствуют росту кристаллов оксалатов [5]. Образование мегамолекулярных комплексов БТХ в растворах с высокой ионной силой обратимо. Повышение ионной силы раствора ведет к образованию таких комплексов, ее снижение — к их деградации. Поэтому образование мегамолекулярных комплексов БТХ в растворах с высокой ионной силой может служить маркером уролитиаза на самых ранних, доклинических, стадиях заболевания [1]. Белок Тамма–Хорсфалла выделяют из суточной мочи пациентов с помощью метода светодинамического рассеяния, который позволяет получать гистограммы распределения частиц по размерам в диапазоне от единиц нанометров до десятков микрон при сохранении нативных свойств субстратов. Метод основан на взаимодействии монохроматического когерентного излучения со светорассеивающими частицами исследуемой биологической жидкости. Информация обо всех динамических процессах в изучаемой системе содержится в спектре флуктуаций света, рассеянного на частицах в растворе. Спектр флуктуаций фототока на выходе фотоприемника совпадает со спектром рассеянного света и описывается кривой Лоренца (лоренцианом). Полуширина лоренциана прямо пропорциональна коэффициенту диффузии D, который, в свою очередь, по формуле Эйнштейна–Стокса связан с гидродинамическим радиусом частиц — Rh. Таким образом, можно не только получить информацию о размерах частиц, присутствующих в исследуемом образце, но и следить за динамикой образования и распада макромолекулярных комплексов [6]. В урологической клинике СПбГМУ им. акад. И. П. Павлова в настоящее время проводится обширное исследование диагностической и прогностической роли БТХ у больных с рецидивирующим билатеральным нефролитиазом. В ходе данного исследования планируется получить точные данные о содержании и длине волн БТХ у данных пациентов, а также подтверждение гипотезы о механизмах развития мочекаменной болезни при нарушениях формирования БТХ, его сиалировании и образовании мегамолекулярных комплексов. Результаты исследования могут стать основой для разработки нового подхода к ранней диагностике уролитиаза, основанного на регистрации образования мегамолекулярных комплексов в моче при увеличении ионной силы раствора, а также новых фармакологических методик профилактики камнеобразования.

Salman Khasunovich Al-Shukri

al-shukri@mail.ru
St.-Petersburg State Medical University named after acad. I. P. Pavlov

doctor of medical science, professor, head of the department. Department of Urology.

Evgeniy Tikhonovich Goloschapov

goloshapov@mail.ru
St.-Petersburg State Medical University named after acad. I. P. Pavlov

doctor of medical science, professor. Department of Urology

Yuliya Vladimirovna Emanuel

ejvcons@mail.ru
St.-Petersburg State Medical University named after acad. I. P. Pavlov

candidate of medical science.

Mikhail Igorevich Gobachev

mikko85@mail.ru
St.-Petersburg State Medical University named after acad. I. P. Pavlov

aspirant. Department of Urology

  • Аль-Шукри С. Х., Голощапов Е. Т., Эмануэль Ю. В., Горбачев М. И. Новые патогенетические подходы в понимании механизмов литогенеза при билатеральном рецидивирующем нефролитиазе // Бюллетень медицинских интернет-конференций. 2011. Т. 1. № 4. С. 66–75.
  • Аляев Ю. Г., Кузьмичева Г. М., Руденко В. И., Рапопорт Л. М. Клиническое значение комплексного исследования мочевых камней // Пленум правления Российского общества урологов, Материалы. М., 2003. С.58–59.
  • Гликин А. Э. Полиминерально-метасоматический кристаллогенез. СПб., Нева, 2004. 320 с.
  • алеский М. Г. Физико-химические принципы кристаллогра-фических методов в клинической лабораторной диагностике: Автореферат дис. … канд. мед. наук. СПб., 2006.
  • ахарченко В. М., Хоровская Л. Д., Эмануэль В. Л. и др. Субфракционный состав мочи у больных сахарным диабетом 2 типа при осаждении гликопротеина Тамма–Хорсфалла // Клиническая лабораторная диагностика. 2005. № 27. С. 14–17.
  • Ланда С. Б., Егоров В. В., Чухловин А. Б., Эмануэль Ю. В. Применение метода динамического светорассеяния для исслелования обратимых мегамолекулярных комплексов белка Тамма–Хорсфалла и их роли в ранней диагностике уролитиаза // Клинико-лабораторный консилиум. 2008. № 6 (25). С. 33–39.
  • Carvalho М., Mulinari R. А., Nakagawa Y. Role of Tamm–Ногsfаll protein and uromodulin in calcium oxalate crystallization // Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 2002. Vol. 35, P. 1165–1172.
  • Knorle R., Schnierle Р., Koch А. et al. Role in Inhibition and Promotion of Renal Calcium Oxalate Formation Studied with Fourier- Transform Infrared 5spectro // Clin. Chem. 1994. Vol. 9. P. 1739–1743.
  • Rosenfeld R., Bangio Н., Gerwig G. J. et al. Аlectin array-based methodology for the analysis of protein // J. Biochem. Biophys. Methods. 2007. Vol. 70. P. 415.
  • Shiraga Н., Min W., Vandusen W. J., Claiman М. О. et al. Inhibition of calcium oxalate crystal growth in uropontin: Another mеmbег of the aspartic acid-rich superfamily // Ргос. Nati. Acad. Sci. USA. 1992. Vol. 89. P. 421.
  • Таmm I., Horsfall F. L. Characterisation and separation inhibitor of viral hemagglutination present in urine // Ргос. Biol. Med. 1950. Vol. 74. P. 108–114.
  • Wenk Е. R., Bhagavan В., Rudert J. Tamm-I Uromucoprotein and the Pathogesis of Cast. Reflux Nephropc: Nephritis // Pathobiology Annual. 1981. Vol. 11. P. 229–257.

Views

Abstract - 167

PDF (Russian) - 320

PlumX


Copyright (c) 2012 Al-Shukri S.K., Goloschapov E.T., Emanuel Y.V., Gobachev M.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.