Повреждение почек — часто встречающийся побочный эффект фармакотерапии [1]. Для оценки функционального состояния мочевыделительной системы в доклинических исследованиях, наряду с малоинвазивными лабораторными и инструментальными методами (общий анализ мочи и микроскопия) и более углубленными методами гистологического и иммуногистохимического исследования тканей органов мочевыделительной системы животных, также используют маркеры нефротоксичности, которые могут быть определены у значительного количества видов лабораторных животных [2].

Использование маркеров нефротоксичности позволяет провести углубленную оценку функционального состояния мочевыделительной системы. Идеальный маркер, отражающий нефротоксичность, должен быть высокоспецифичным и высокочувствительным, при этом определяемая величина должна коррелировать с локализацией повреждения в определенном органе и со степенью этого повреждения [3]. На сегодня нет общепризнанного маркера почечного повреждения, соответствующего всем вышеуказанным требованиям. Это связано с разнообразием повреждающих агентов и механизмов нефротоксичности, а в контексте доклинических исследований еще и с видовым разнообразием лабораторных животных [4].

Цель работы — систематизация данных литературы о маркерах нефротоксичности, анализ их прогностической значимости, формирование общих рекомендаций для оценки функционального состояния мочевыделительной системы в доклинических исследованиях.

В обзор включены публикации, доступные для поиска в базах данных PubMed и Google Scholar на 16 февраля 2024 г. В приоритете были научные статьи, опубликованные за последние 5 лет. Ключевыми словами для поиска необходимой информации являлись: «общий белок», «альбумин», «β2-микроглобулин», «молекула повреждения почек-1», «кластерин», «остеопонтин», «альфа-глутатион S-трансфераза», «цистатин С», «липокалин, ассоциированный с желатиназой нейтрофилов», «N-ацетил-β-D- глюкозаминидаза», «белок, связывающий жирные кислоты 1», «фактор трилистника 3», «нетрин-1», «кальбиндин» и их английские варианты: «total protein», «albumin», «β2-microglobulin», «KIM-1, kidney injury molecule-1», «clusterin», «osteopontin», «α-GST, alpha-glutathione S-transferase», «cystatin C, «neutrophil gelatinase-associated lipocalin, NGAL», «N-acetyl-beta-D-glucosaminidase, NAG», «L-type fatty acid binding protein 1, FABP1», «trefoil factor 3, TFF-3», «netrin-1», «calbindin». Особое внимание в статьях уделялось используемым тест-системам (мышь, крыса, кролик, хорек, собака, кошка, карликовая свинья, обезьяна), методам исследования, полученным результатам и выводам.

Доступными маркерами почечного повреждения являются мочевина и креатинин, определяемые в сыворотке крови и моче. Однако значимые изменения концентрации данных маркеров произойдут только при существенном повреждении органа (более 65%) [5].

Еще один часто используемый маркер — скорость клубочковой фильтрации (СКФ) — используется при оценке нефротоксичного потенциала новых лекарственных веществ. На сегодняшний день оценку СКФ редко включают в рутинную практику токсикологических исследований, так как эту величину сложно измерить напрямую и ее, как правило, оценивают с использованием болюсно-инъецированных суррогатов (креатинин, инулин) или меченых радиоактивным изотопом молекул (йогексол). Однако все эндогенные фильтрационные биомаркеры имеют свои особенности, которые могут повлиять на точность оценки СКФ (канальцевая секреция, реабсорбция, внепочечный клиренс) [6].

Информативным является измерение электролитов (калий, натрий и хлор) в моче животных. Данные показатели можно использовать для дифференциальной диагностики преренальной азотемии и острого повреждения почек. Фракционная экскреция электролитов обычно используется для выявления недостаточности почечных канальцев, а у животных с гипонатриемией или гипокалиемией тест используют для определения роли почек в развитии этих состояний и в снижении уровня электролитов [7].

В последние годы достигнут значительный прогресс в поиске более чувствительных и специфичных биомаркеров для выявления острого повреждения почек (ОПП) из-за нефротоксического действия препаратов, при искусственном кровообращении или при возникновении острого канальцевого некроза. В 2008 году такие показатели, как молекула повреждения почек-1 (kidney injury molecule-1, KIM-1), альбумин, общий белок, β2-микроглобулин, кластерин, фактор трилистника 3 (trefoil factor 3, TFF-3) и цистатин C, были признаны Управлением по контролю за качеством продуктов питания и лекарственных средств (Food and Drug Administration, FDA)1 и Европейским агентством по лекарственным средствам (European Medicines Agency, EMA)2 в качестве высокочувствительных и специфичных биомаркеров мочи для мониторинга лекарственно-индуцированного повреждения почек в доклинических исследованиях, в первую очередь на грызунах (крысах), и в отдельных случаях в клинических исследованиях. В большинстве случаев новые биомаркеры были более чувствительными и специфичными при повреждении почек по сравнению с мочевиной и креатинином. KIM-1, альбумин, кластерин и TFF-3 были одобрены FDA для использования в качестве биомаркеров лекарственно-индуцированных острых изменений почечных канальцев, а общий белок, β2-микроглобулин и цистатин С — для использования в качестве биомаркеров лекарственно-индуцированных острых изменений клубочков, повреждения и (или) нарушения реабсорбции почечных канальцев. В 2010 г. FDA квалифицировало еще несколько биомаркеров лекарственной нефротоксичности у крыс — кластерин мочи, почечный папиллярный антиген (Renal Papillary Antigen 1, RPA-1) и альфа-глутатион S-трансферазу (α-glutathione S-transferase, α-GST)3.

Данные об используемых в настоящее время биомаркерах оценки почечного поражения в доклинических исследованиях, а также их преимущества и ограничения приведены в таблицах 1, 2.

Представленные в таблицах данные позволяют выбрать показатели, которые могут быть использованы в качестве биомаркеров поражения почек. Так, для оценки поражения клубочка нефрона наиболее информативными маркерами являются общий белок и альбумин [8–13]. В целом изменение уровня белка в моче остается одним из наиболее надежных методов мониторинга прогрессирования заболевания клубочков у животных. Уровни альбумина в моче, как правило, соответствуют изменению общего белка у большинства видов. А протеинурия является наиболее часто используемым маркером повреждения и дисфункции почек как в клинике, так и в доклинических исследованиях.

Другим биомаркером, также используемым для обнаружения раннего нарушения клубочковой фильтрации, является β2-микроглобулин [14–21]. К сожалению, его значимость в качестве биомаркера в настоящее время ограничена ввиду нестабильности этого белка в моче. При этом его быстрая денатурация наблюдается при комнатной температуре и в моче с pH менее 6,0. β2-микроглобулин использовался в качестве биомаркера в исследованиях на грызунах и собаках, однако связь между увеличением его концентрации в моче и развитием клинического острого поражения почек в настоящее время остается неопределенной. Несмотря на имеющиеся ограничения, β2-микроглобулин может использоваться в качестве вспомогательного маркера.

Выявлены маркеры повреждения проксимальных и дистальных канальцев почек, которые особенно уязвимы к обструктивным, ишемическим, гипоксическим, окислительным и метаболическим нарушениям, приводящим к гибели клеток. Наиболее показательными являются KIM-1 [10][22–33], NGAL [34–61] и цистатин С [48–55]. Согласно представленным в литературе данным эти биомаркеры успешно использованы в доклинических исследованиях по оценке нефротоксичности, в которых индукторами патологии являлись цисплатин, фолиевая кислота, амфотерицин, гентамицин, ртуть, хром, кадмий, йодсодержащие контрастные вещества, ванкомицин, циклоспорин, а также некоторые методы хирургического воздействия. Прогностическая значимость рассматриваемых маркеров для оценки нефротоксичности успешно изучалась на большом количестве лабораторных животных: грызунах, хищниках, приматах и свиньях, что свидетельствует о перспективности использования этих маркеров в доклинических исследованиях [10][22–55]. Определение данных показателей возможно осуществить как в сыворотке крови, так и моче.

Возможно внедрение в практику доклинических исследований и других маркеров. Так, L-FABP [62–76] уже успешно использовался в ряде исследований на грызунах и хищниках, но не показал значительного результата на свиньях или приматах. Другим заслуживающим внимания показателем является кластерин [17][34–43]. Имеющиеся данные литературы свидетельствуют, что кластерин наряду с KIM-1 является самым ранним маркером повреждения проксимальных канальцев. Однако важно отметить, что информация о кластерине, известная на данный момент, получена либо в исследованиях на грызунах (крысы), либо на собаках, что ограничивает его прогностическую ценность для других видов животных и трансляционность в клинические исследования. Также кластерин может рассматриваться в качестве маркера повреждения дистального извитого канальца и собирательных трубочек.

Остеопонтин [17][77–92] считается перспективным показателем нефротоксичности при поражении петли Генле и дистального отдела нефрона, но его применение в настоящее время также ограничено исследованиями на грызунах и собаках. Это может указывать на наличие пробелов в понимании биологической роли данного маркера.

К вспомогательным показателям поражения проксимального канальца также можно отнести нетрин-1 [79–82]. Прогностическое значение его как биомаркера острого и субхронического лекарственного повреждения почек является перспективным, но недостаточно изученным, к тому же ограничивается только исследованиями на грызунах.

Информация об α-GST [17][29, 44–47] и TFF-3 [10][46][77][78] как о маркерах нефротоксичности в настоящее время носит спорный характер, и часто данные одних исследований противоречат другим, даже на одних и тех же видах животных. Отмечено, что концентрация α-GST в исследованиях на грызунах либо не изменялась после введения нефротоксикантов, либо увеличивалась. А концентрация маркера TFF-3 снижается при наличии почечной патологии у грызунов, но у людей, наоборот, — повышается. Очевидно, что в настоящий момент необходимы дополнительные исследования в различных контекстах поражения функции почек на разных видах животных, чтобы подтвердить релевантность этих биомаркеров.

Отдельно следует обсудить маркер NAG [17][62–71], который широко применяется в доклинических исследованиях на разных видах лабораторных животных. Его прогностическая значимость подвергается сомнению, особенно на грызунах и хищниках, однако в ряде работ на приматах рассматриваемый фермент успешно использовался в качестве маркера нефротоксичности. Возможно, ему присуща высокая видоспецифичность, и он в большей степени подходит именно для приматов.

Белок кальбиндин [77][83][84] может выступать в роли маркера повреждения дистального отдела нефрона, а также собирательных трубочек. Имеется ряд сообщений об успешном применении данного маркера на грызунах, но каких-либо других значимых публикаций и исследований на различных видах лабораторных животных в ходе подготовки обзора найдено не было, и это может свидетельствовать, что данный маркер еще мало изучен.

Следует отметить, что в большинстве исследований оценивали не только изменение концентрации интересующего маркера до и после введения нефротоксиканта, но еще и его соотношение с креатинином (KIM-1/креатинин, L-FABP/креатинин, NGAL/креатинин) [9][12][16][83][93–95]. Простое определение интересующего показателя в порциях мочи может давать вариабельные результаты, поскольку на концентрацию маркера могут значительно влиять питьевой режим, стресс и ряд других факторов. Поэтому более надежным является тестирование образцов мочи, взятых в стандартных условиях, с одновременным определением концентрации креатинина и расчетом соотношения. Нормализация по креатинину (изменения концентрации которого в моче отражают различия ее концентрированности) устраняет вклад этого фактора в вариабельность оценки.

В настоящее время ведется поиск и других высокоэффективных маркеров повреждения почек, достоверность которых пока еще требует дополнительных исследований. К таким маркерам относятся подоцин, подокаликцин, нефрин, уромодулин, миндин, CR1 (Complement Receptor 1), CD59 (Cluster of Differentiation 59), CD80 (Cluster of Differentiation 80), мочевые экзосомы и другие [96][97]. В настоящий момент информация о перечисленных показателях как о маркерах оценки нефротоксичности является спорной или недостаточной.

Количественное определение биомаркеров поражения почек в большинстве случаев проводят методом иммуно-ферментного анализа, который является дорогостоящим, что ограничивает его использование в рутинной практике. Поэтому одним из оптимальных решений при планировании исследования будет являться поиск научной литературы, определение релевантного вида или видов лабораторных животных, разработка дизайна исследования, выбор биохимических показателей (ионы, креатинин, мочевина, СКФ) и нескольких (1–3) необходимых биомаркеров, которые в наибольшей степени могут оказаться полезными в исследовании.

Обобщенный перечень методов оценки функционального состояния мочевыделительной системы на доклиническом этапе представлен на рисунке 1. Оценку нефротоксичности в доклинических исследованиях целесообразно начинать с малоинвазивных лабораторных и инструментальных методов [98].

Необходимым этапом в ходе изучения безопасности любого лекарственного препарата является оценка его влияния на функциональное состояние органов мочевыделительной системы.

Оптимальным вариантом выявления нарушений функции почек является комплексный подход, в ходе которого будут постепенно задействованы малоинвазивные лабораторные и инструментальные методы с переходом к методам определения специфических маркеров повреждения почек, которые в совокупности с дополнительными патоморфологическими исследованиями тканей органов мочевыделительной системы животных позволят оценить степень и локализацию поражения.

На основании систематизации данных литературы о маркерах нефротоксичности, анализа преимуществ их использования и возможных ограничений можно сделать вывод, что на сегодняшний день наиболее часто используемыми и прогностически верными маркерами острого повреждения почек в доклинических исследованиях являются цистатин С, альбумин, общий белок, KIM-1, NGAL и кластерин. Маркерами подострого/субхронического повреждения почек являются как вышеперечисленные, так и скорость клубочковой фильтрации, креатинин и мочевина. Маркерами хронического повреждения почек: общий белок, альбумин, скорость клубочковой фильтрации, креатинин, мочевина, а также маркеры с поправкой на вид лабораторного животного (остеопонтин — грызуны и хищники, нетрин-1 — грызуны). Конечно, полученная на основании данных литературы информация требует многократного практического подтверждения.

Дизайн исследования следует выбирать в зависимости от целей работы, вида или видов лабораторных животных, их количества, специфики тестируемого объекта. Предложенный подход является оптимальным при разработке дизайна исследования, предполагающего оценку нефротоксического потенциала изучаемого вещества.

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства критериям ICMJE. Наибольший вклад распределен следующим образом: М.В. Мирошников — сбор, анализ и систематизация данных литературы, написание текста и оформление рукописи; К.Т. Султанова — анализ и обобщение данных литературы, оформление, редактирование и переработка текста рукописи; М.Н. Макарова — идея работы, критический пересмотр текста рукописи, утверждение окончательного варианта рукописи для публикации; Н.М. Фаустова, С.О. Хан и Е.А. Лосева — сбор и систематизация данных литературы.

Authors’ contributions. All authors confirm that they meet the ICMJE criteria for authorship. The most significant contributions were as follows. Mikhail V. Miroshnikov collected, analysed, and systematised literature data; drafted and designed the manuscript. Kira T. Sultanova analysed and summarised literature data; designed, edited, and revised the manuscript. Marina N. Makarova conceived the study idea, critically revised the manuscript, and approved the final version of the manuscript for publication. Natalia M. Faustova, Stanislav O. Khan, and Ekaterina A. Loseva collected and systematised literature data.

1. Blank M, Felice AD, Goodsaid F, Harlow P, Hausner E, Jacobson-Kram D, et al. Review of qualification data for biomarkers of nephrotoxicity submitted by the Predictive Safety Testing Consortium. U.S. Food and Drug Administration. 2009.Woodcock J, Jenkins J. Review submission of the qualification of seven biomarkers of drug-induced nephrotoxicity in rats. 2008 2. European Medicines Agency. Final conclusions on the pilot joint EMEA/FDA VXDS experience on qualification of nephrotoxicity biomarkers. 2008. 3. Blank M, Cai F, DeFelice A, Harlow P, Hausner E, Thompson A, et al. Review of qualification data for biomarkers of nephrotoxicity submitted by the ILSI-HESI Nephrotoxicity Working Group. 2010.