Инфекции мочевыводящих путей (ИМП) - одна из самых распространенных бактериальных инфекций во всем мире, от которой ежегодно страдают сотни миллионов людей. Скопление патогенных бактерий в мочеиспускательном канале и мочевом пузыре может вызвать характерные симптомы заболевания, такие как боль в животе, ощущение жжения при мочеиспускании и повышенные позывы к мочеиспусканию. От 50 до 60 процентов взрослых женщин хотя бы раз в жизни сталкивались с ИМП. Хотя бактерии и встречаются редко, они могут подниматься по трубкам, по которым моча поступает в мочевой пузырь — мочеточникам — и поражать почки, что приводит к серьезному заболеванию, называемому пиелонефритом, которое при отсутствии лечения может привести к почечной недостаточности. Менее чем в трех процентах случаев неосложненные ИМП приводят к заболеванию почек. Возникает вопрос: как организм предотвращает бактериальную инвазию почек?

Когда патогенные микроорганизмы, такие как бактерии, попадают в организм, нейтрофилы реагируют на них в первую очередь. Ранее ученые показали, что подавление набора нейтрофилов приводит к более тяжелому течению ИМП у грызунов. Нейтрофилы убивают микробы, поглощая их, но ряд недавних сообщений показывает, что эти иммунные клетки используют другую тактику: они удаляют свою ДНК, создавая большие липкие сети — нейтрофильные внеклеточные ловушки (сеточки), которые захватывают микробов.

Теперь исследователи из Кембриджского университета впервые обнаружили сетки в моче человека, что дает уникальную возможность изучить роль этого иммунного механизма в борьбе с инфекциями мочевыводящих путей и профилактике пиелонефрита. “У каждого человека, которого мы обследовали, мы могли обнаружить некоторые признаки NET в моче, несмотря на то, что у пациента вообще не было никакой инфекции”, - сказал Эндрю Стюарт, нефролог из больницы Адденбрука в Кембридже и соавтор исследования. Их результаты, опубликованные в журнале Science Translational Medicine, могут привести к разработке усовершенствованных терапевтических средств для лечения инфекций мочевыводящих путей различной сложности.

Стюарт хотел разработать неинвазивный способ диагностики заболеваний почек. Чтобы определить степень повреждения органа, медицинским работникам часто приходится проводить биопсию. Вместо этого Стюарт хотел получить ту же информацию, проанализировав мочу пациента, которая содержит белки, происходящие из различных тканей мочевыделительной системы. “Мы начали с анализа [мочи] здоровых людей и обнаружили, что она была загрязнена чем-то необычным”, - сказал он. С помощью масс-спектрометрии он обнаружил группу неизвестных белков, которые отличались от известного протеома мочевыводящих путей. Стюарт и его команда предположили, что загадочные белки взаимодействовали с уромодулином (UMOD), белком, содержащимся в большом количестве в моче, который связан со снижением частоты ИМП у людей. Они изучили базы данных в поисках известных партнеров по связыванию UMOD, сравнили белки с их данными и обнаружили, что белки в их образцах были нейтрофильными и гистоновыми белками.

Это резко противоречило широко распространенному предположению о том, что нейтрофилы редки или отсутствуют в здоровой моче. Однако, когда Стюарт исследовал мочу здорового человека под микроскопом, он не только увидел нейтрофилы, но и обнаружил, что может заставить их выделять свою ДНК и образовывать обширные сети, украшенные UMOD. “Мы начали искать что-то совершенно другое и обнаружили в моче защитные сети из нейтрофильных ловушек”, - сказал Стюарт. “Когда мы впервые увидели сетки в моче, мы подумали: ”Вау, это что-то".

Затем команда захотела узнать, что делают сетки в присутствии патогенов. Когда они вызывали ИМП у мышей с ослабленным иммунитетом, они наблюдали, как сетки, покрытые UMOD, задерживают большое количество бактерий в их мочевом пузыре. Химическое ингибирование нетоза, процесса образования NET, привело к увеличению количества бактерий в почках. Они также заметили обилие нейтрофилов в почках в присутствии ингибитора NET, но очень немногие из них образовали NET. Блокирование NETosis также уменьшало агрегацию UMOD в почках по сравнению с мышами, у которых был пиелонефрит в нормальных условиях, что позволяет предположить, что NETs и UMOD работают согласованно, вызывая антибактериальный ответ. Стюарт и его команда еще больше разделили их роли и заметили, что NETs и UMOD сами по себе неэффективны в борьбе с инфекцией, в то время как их комбинация наиболее эффективна в уничтожении бактерий.

“Если бы у вас не было этих защитных механизмов, у вас, вероятно, были бы сотни инфекций мочевыводящих путей в год”, - говорит Стюарт. Несмотря на наличие иммунных сигналов в моче, некоторые люди, особенно женщины, более восприимчивы к ИМП и рецидивирующим инфекциям. Чтобы выяснить, влияют ли генетические варианты, влияющие на нетоз, также и на склонность к инфекциям мочевыводящих путей, команда ученых сосредоточилась на ферменте пептидиларгиндиндеиминазе 4-го типа (PADI4), который является ключевым для выделения ДНК из клеток. Используя опубликованные данные из биобанков, команда идентифицировала три однонуклеотидных полиморфизма в гене PADI4, которые были связаны со снижением риска ИМП, но повышением риска ревматоидного артрита, что указывает на компромисс между восприимчивостью к инфекции и аутоиммунными заболеваниями.

Раннее выявление и лечение ИМП является еще одним фактором, который имеет решающее значение для профилактики пиелонефрита. Одним из наиболее часто используемых тестов для диагностики ИМП является анализ мочи с помощью щупа. Положительный результат теста с помощью щупа указывает на наличие в моче нейтрофилов и, следовательно, патогенных микроорганизмов. Однако Стюарт и его команда заметили, что тест оказывался положительным только в присутствии нейтрофилов, подвергающихся нетозу, а не интактных клеток, что позволяет предположить, что пациенты, у которых результат теста не был положительным, могут подвергаться большему риску почечной инфекции.

“Это дает нам новое понимание этого анализа и того, как он может быть менее надежным у пациентов, которые не в состоянии вызвать реакцию нетоза”, - сказал Гленн Вернебург, уролог из Cleveland Clinic Foundation, который не принимал участия в исследовании.

Стюарт заинтересован в том, чтобы определить, как нейтрофилы попадают в мочу, что заставляет их образовывать сети в различных средах, а также сигналы, которые заставляют их прекращать высвобождение своей ДНК. “Очевидно, что размер очень важен. Если микроб действительно крупный, как, например, грибы, сетки образуются чаще. Если микроб маленький, нейтрофил может попытаться его съесть”, - сказал он. “Очевидно, что нейтрофил принимает решения о том, что он собирается делать”. Стюарт стремится лучше понять основы этих решений, чтобы иметь возможность вмешаться, когда процесс пойдет наперекосяк. С другой стороны, Стюарт предполагает, что чрезмерное количество сеток потенциально может вызвать проблемы, такие как хронический цистит. “У нетоза есть две стороны. Включение и выключение сеток может быть полезным в разных ситуациях”, - сказал он.