Article types:
Lecture
Клеточные, молекулярные и структурные механизмы ремоделирования левого желудочка при сердечной недостаточности
Сердечная недостаточность (СН) ассоциируется с активацией нейрогормональных и цитокиновых сигнальных путей, приводящих к изменению структурно-функционального состояния кардиомиоцитов (КМЦ) и межклеточного пространства. Такая клеточная перестройка завершается существенными морфологическими изменениями структурной организации сердца, называемой ремоделированием, способствующим дальнейшей дисфункции левого желудочка (ЛЖ) и прогрессированию хронической СН (ХСН). В представленном обзоре рассмотрены основные изменения миокарда (архитектоника миокарда, внеклеточный матрикс) при ремоделировании сердца и механизмы, способствующие нарушениям клеточных структур (нейрогуморальные и цитокиновые сигнальные пути и взаимодействие между ними).
Термин «ремоделирование сердца» был предложен N. Sharp в конце 70-х годов прошлого века для обозначения структурных и геометрических изменений после острого инфаркта миокарда (ОИМ). Затем он получил более широкое толкование. По определению M. Pfeffer, ремоделирование сердца – это структурно-геометрические изменения ЛЖ, включающие в себя процессы гипертрофии миокарда и дилатации сердца, приводящие к изменению его геометрии и нарушению систолической и диастолической функции [1].
Следует отметить, что в физиологических условиях ремоделирование ЛЖ наблюдается и в здоровом сердце от рождения до состояния зрелости организма как приспособление в ответ на увеличение размеров и изменения кривизны сердца [2]. При патологических состояниях, таких как повышение артериального давления, инфаркт миокарда (ИМ), кардиомиопатия (КМП), клапанные пороки сердца и другие, развивается патологическое ремоделирование ЛЖ [3]. Доказано, что прогрессивное ремоделирование сердца напрямую связано с последующим ухудшением его функции и менее благоприятным клиническим прогнозом больных ХСН [4]. Первоначально комплекс происходящих в сердце изменений в процессе ремоделирования ЛЖ был охарактеризован анатомическим термином. Однако в дальнейшем было установлено, что эта универсальная компенсаторно-приспособительная реакция включает изменения биологии КМЦ, объема миоцитов и компонентов внеклеточного матрикса, геометрии и архитектоники полости ЛЖ, регулирующиеся механическими, нейрогуморальными и генетическими факторами (табл. 1) [5, 6].
 |
Ремоделирование ЛЖ приводит к изменению размеров и геометрии его полости, а также массы миокарда, что может быть результатом повреждения миокарда, перегрузки давлением или объемом. Структурные модификации при ремоделировании ЛЖ являются прямым результатом перестройки клеточных процессов, включающих гипертрофию и апоптоз миоцитов, пролиферацию фибробластов, а также аномальную инфильтрацию мононуклеарными клетками воспаления. Этот комплексный, прогрессирующий и дезадаптивный процесс стимулирует дилатацию и дисфункцию ЛЖ, непосредственно способствующие прогрессии ХСН. Основные проявления ремоделирования сердца при различных патологических состояниях приведены в таблице 2.
 |
Перегрузка давлением (стеноз аортального клапана, АГ) приводит к увеличению числа саркомеров и толщины КМЦ, толщины стенок и к формированию концентрического типа геометрии ЛЖ. Объемная перегрузка (клапанная регургитация) вызывает увеличение длины КМЦ, уменьшение толщины стенок, увеличение его объема и формирование эксцентрического типа геометрии ЛЖ. ИМ представляет собой сочетание патогенетических механизмов, когда растяжение и увеличение зоны инфарцированной ткани приводит к возрастанию объема ЛЖ с сочетанной перегрузкой объемом и давлением неинфарцированных участков миокарда [9, 10].
Появляющиеся по мере изучения проблемы ремоделирования данные позволяют выделить также понятие «механическое (функциональное) ремоделирование» – локальная сократительная дисфункция ЛЖ после ИМ, возникающая самостоятельно и не зависящая от одновременно начинающейся его структурно-геометрической перестройки [11]. В свою очередь изменения формы, объема, толщины стенок ЛЖ в ряде случаев обозначаются как структурное ремоделирование [12]. Иногда термин «ремоделирование» применяется для отражения процесса хирургической реконструкции ЛЖ – хирургическое ремоделирование, отражающее суть оперативного вмешательства [13]. Можно сказать, что в последнее время происходит расширение понятия ремоделирования ЛЖ и распространение его патогенетической и морфологической концепции на всех больных ХСН независимо от этиологического фактора [14].
Морфологическим субстратом ремоделирования ЛЖ являются процессы, происходящие на всех уровнях структурной организации сердца. Это активация определенных участков генома, молекулярные, клеточные, интерстициальные изменения, клинически выражающиеся в изменениях размера, формы и функциональных возможностей сердца в ответ на действие патологического фактора. На процесс сердечного ремоделирования влияют гемодинамические условия, нейрогормональная активация и ряд других факторов, которые в настоящее время активно изучаются.
Поскольку ишемическая болезнь сердца является основным фактором риска развития ХСН, наше понимание ремоделирования ЛЖ большей частью складывается из данных исследований у пациентов, перенесших ИМ. Постинфарктное увеличения полости ЛЖ напрямую зависит от размера инфаркта [15]. В ранний период (дни) после ИМ с Q-зубцом полость ЛЖ увеличивается вследствие «экспансии инфаркта» (в частности расширение и истончение некротизированного сегмента) [16]. Однако прогрессия дилатации ЛЖ, нередко продолжающаяся в течение нескольких месяцев или лет [17], является в основном результатом увеличения объема и эксцентрической гипертрофии неинфарцированных сегментов [18]. Эта концепция подтверждается динамикой конечно-диастолического и конечно-систолического объемов ЛЖ, полученных при радионуклидной вентрикулографии, проведенной через 1 нед и 1 год после перенесенного трансмурального ИМ передней стенки. Несмотря на то что при 2-мерном изображении длина инфарцированных несокращающихся сегментов оставалась неизменной в течение периода наблюдения, удлинение контрактильной части ЛЖ приводило к его дилатации в дальнейшем.
Продемонстрировано, что ремоделирование ЛЖ после ИМ является фактором неблагоприятного прогноза [19]. Так, в исследовании White et al. [20], включавшем 605 пациентов в период от 1 до 2 мес после ИМ, установлено, что конечно-систолический объем ЛЖ является сильным независимым предиктором выживания. В ангиографической части исследования Global Utilization of Streptokinase and t-PA for Occluded Coronary Arteries I (GUSTO I) [21] конечно-систолический объем ЛЖ 40 мл/м2 был независимым предиктором повышения летальности среди 1300 пациентов, получавших тромболитическую терапию при остром трансмуральном ИМ. Bolognese et al. [22] отметили, что среди пациентов с ОИМ, которым проведена успешная реперфузионная терапия с помощью первичного чрескожного коронарного вмешательства, у 30% развилась значительная дилатация ЛЖ через 6 мес, определяемая как увеличение конечно-диастолического объема ЛЖ более чем на 20% по сравнению с исходными данными. При этом среди пациентов, у которых определялось ремоделирование ЛЖ, наблюдалась значительно более высокая частота развития СН и случаев смерти по сравнению с пациентами без признаков ремоделирования ЛЖ. При многофакторном анализе установлено, что конечно-систолический объем ЛЖ через 6 мес от начала ИМ является сильным предиктором смертности. В других исследованиях [23] выявлена сильная корреляционная связь между прогрессивной дилатацией ЛЖ после ИМ и частотой внезапной сердечной смерти и желудочковых аритмий. Клинические данные позволили заключить, что в эру реперфузионной терапии постинфарктное ремоделирование остается клинически значимым и что существует прямая корреляция между ремоделированием и частотой кардиальных событий. Таким образом, ремоделирование ЛЖ является мальадаптивным процессом, ведущим к постепенному снижению функции ЛЖ и, следовательно, прогрессированию ХСН.
В клинических исследованиях [24] также наблюдалась прогрессивная дилатация ЛЖ после ИМ и у больных ХСН вследствие хронической ИБС или неишемической этиологии, получавших плацебо. Так, в исследовании Studies of Left Ventricular Dysfunction (SOLVD) у пациентов в подгруппе плацебо, которым проводилась радионуклидная вентрикулография и эхокардиография, через 1 год отмечена прогрессивная дилатация полости ЛЖ и тенденция к увеличению его массы. Итак, у больных после перенесенного ИМ и у пациентов с систолической дисфункцией ЛЖ с или без симптомов ХСН продемонстрировано прогрессивное ремоделирование ЛЖ [24].
Основные компоненты ремоделирования
Кардиомиоциты
Из всех типов клеток миокарда изучению КМЦ было посвящено наибольшее количество исследований. Основные изменения миоцитов при СН представлены в таблице 3.
 |
Увеличение размеров КМЦ вносит весомый вклад в морфологические особенности расширения ЛЖ. Anversa et al. [26] в условиях экспериментального ИМ с помощью гистоморфометрии исследовали размеры миоцитов, удаленных от зоны инфаркта, и установили увеличение длины и диаметра миоцитов. В другом исследовании [27] в изолированных миоцитах пациентов с ишемической КМП отмечено увеличение длины миоцитов примерно на 40%, соответствовавшее увеличению диаметра полости ЛЖ. Экспериментальные исследования [28] у спонтанно гипертензивных крыс показали наличие прямой корреляции между увеличением длины миоцитов и степенью дилатации полости ЛЖ при развитии симптоматической ХСН.
Аналогично на модели крыс с экспериментальным ИМ [29] продемонстрирована прямая корреляция между длиной миоцитов и объемом ЛЖ, определяемыми с помощью кривых давления – объем посмертно. В других исследованиях [30] также подтверждается, что увеличение длины миоцитов может способствовать дилатации ЛЖ. Вместе с тем в исследовании с применением сканирующей электронной микроскопии для структурного анализа миоцитов и пучков миоцитов подтверждено, что проскальзывание (slippage) миоцитов, по-видимому, вносит существенный вклад в ремоделирование и дилатацию ЛЖ.
Патологическая гипертрофия миоцитов у взрослых характеризуется реэкспрессией фетальной генной программы (генов, экспрессия желудочковыми миоцитами которых в норме осуществляется только во время эмбрионального развития) [31], которая включает индукцию синтеза сократительных элементов – тяжелых цепей b-миозина и скелетного a-актина, а также неконтрактильных протеинов, таких как предсердный натрийуретический пептид (ПНУП). Meggs et al. [32] показали, что увеличение размеров миоцитов при экспериментальном ИМ ассоциируется с повышенной экспрессией мРНК скелетного a-актина, а другие авторы [33] отметили повышение мРНК и белка ПНУП в неинфарцированном миокарде. Кроме того, в сердце пациентов с ишемической КМП отмечено значительное увеличение размеров миоцитов [34] и повышение уровня мРНК ПНУП [35] в отдаленных от инфаркта участках миокарда. Увеличение миоцитов сопровождалось повышенной экспрессией мРНК мозгового натрийуретического пептида.
Наряду с патологическим ростом КМЦ, важное значение имеют продолжающиеся потери КМЦ, способствующие прогрессированию ремоделирования ЛЖ и его дисфункции. И хотя вопрос о преобладающем способе клеточной смерти (некроз, аутофагия, или апоптоз) КМЦ при ХСН остается дискуссионным [36], появляется все больше данных, подтверждающих значительный вклад программированной клеточной гибели (апоптоза) в потерю клеточной массы сердца при этом состоянии [37].
Апоптоз – четко регулируемый, аденозинтрифосфат (АТФ)-зависимый процесс, который активируется внутриклеточными протеолитическими ферментами (называемые каспазами), приводящий к уменьшению ядерного хроматина и дизассемблированию клеток. Апоптоз КМЦ завершается образованием апоптотических тел без активации воспалительной реакции [48], которые удаляются соседними клетками или макрофагами с помощью фагоцитоза [39].
Сигнальные пути апоптоза
Выделяют два основных пути активации апоптоза:
• внешний (рецепторный) путь, который предполагает связывание агонистов с соответствующими рецепторами на поверхности кардиомиоцитов;
• внутренний или митохондриальный путь, который активируется нарушением внутриклеточной химической среды, вызванной накоплением активных форм кислорода, гипоксией, и/или внезапной перегрузкой ионами Са2+, что ведет к нарушению целостности внешней мембраны митохондрий, в результате чего в цитоплазму поступают проапоптотические пусковые факторы [40].
Внешний путь
Апоптоз КМЦ может запускаться по внешнему (рецепторному) пути. Основанием для этого может быть как повышение содержания проапоптотических лигандов (Fas-L, TNF-a) в плазме крови, так и увеличение количества рецепторов к соответствующим факторам на поверхности КМЦ (Fas-R, TNF-R1) [41]. Имеющиеся данные указывают, что активация инициаторных каспаз требует связывания со специфическими кофакторами, в частности с протеазами. Это связывание запускается проапоптотическими сигналами и осуществляется при посредстве по меньшей мере одной или двух разных структурных систем, которые содержатся как в каспазной структуре (prodomain), так и в соответствующем ей кофакторе. Так, активация прокаспазы-8 требует ассоциации с ее кофактором Fas-associated protein with death domain (FADD) при посредстве DED-домена (death effector domain) [42], тогда как активация прокаспазы-9 требует формирования комплекса с кофактором Apaf-1 при посредстве CARD-домена (caspase recruitment domain) [43]. При участии каспазы-8 образуется каспаза-3. Кроме того, каспаза-8 также активирует проапоптотические факторы Bcl-2, Bid (см. ниже Bcl-2), после чего С-терминальная часть Bid (tBid) перемещается к митохондрии и встраивается во внешнюю мембрану последней, способствуя открытию большого проводящего канала, известного под названием PT-поры (mitochondrial permeability transition pore – MPTP) [44]. Это ведет к высвобождению цитохрома С и других проапоптотических факторов в цитоплазму. Таким образом, внешний путь механически связан с внутренним или митохондриальным путем.
Внутренний путь
Гипоксия, лежащая в основе ишемического повреждения миокарда, сопровождается выраженным энергетическим дефицитом, при котором энергетический метаболизм переключается на анаэробный гликолиз, следствием чего является накопление молочной кислоты. Избыток протонов Н+ удаляется из клетки путем сочетанной активности трех ион-специфичных мембранных транспортных систем: Na+/H+-обменника, Na+/HCO3-котранспортера и вакуолярной протонной АТФ-азы [45]. Существующий в условиях гипоксии дефицит АТФ нарушает работу этих механизмов, что может способствовать чрезмерному накоплению протонов Н+ и активации апоптоза [46]. В запуске апоптоза КМЦ при ацидозе может быть задействовано несколько механизмов: активация проапоптотических представителей суперсемейства Вcl-2 (Вnip3 и Вax), перегрузка ионами Ca2+, обусловленная сочетанной активностью Na+/H+- и Na+/Ca2+-обменников, приводящая к активации Ca2+-зависимых ферментных систем эффекторной стадии апоптоза, а также активация протеинкиназных систем сигнальной трансдукции (JNK, p38, протеинкиназа С) [47].
Указанные стимулы приводят к нарушению целостности внешней мембраны митохондрий с помощью механизмов, которые еще окончательно не изучены. При этом проапоптотические члены семейства Bcl-2, расположенные в митохондриях, способствуют образованию PT-поры, которая играет решающую роль в инициировании апоптоза. Нарушение целостности внешней мембраны митохондрий приводит к высвобождению в цитозоль проапоптотических факторов. Гем-содержащий транспортный белок электронов – цитохром С – является одним из проапоптотических факторов, поступающих из межмембранного пространства.
Цитозольный цитохром C входит как существенная часть в структуру апоптосомы. Результатом является активация каспазы-9, которая затем обрабатывает и активирует другие каспазы, чтобы организовать биохимическое убийство клеток. Следует отметить, что ингибиторы каспаз не предотвращают высвобождение цитохрома C, индуцированное несколькими апоптогенными агентами [48].
Исключением является выделение цитохрома C из митохондрий, индуцированное представителями рецепторов фактора некроза опухоли – группы Fas, когда выделение цитохрома C предотвращается ингибированием каспаз (главным образом каспазы-8), подсоединяемых к цитоплазматическому домену лигированного Fas [49]. Тем не менее высвобождение цитохрома С иногда может вносить вклад в апоптоз, обусловленный Fas за счет усиления воздействия каспазы-8 на активацию последующих каспаз [50].
Картина, которая возникает из этих данных, представляется такой: как только высвобождается цитохром C, клетка «приговаривается» к смерти или за счет быстрого апоптотического механизма, включающего активацию каспаз при посредстве Apaf-1, или вследствие более медленного некротического процесса. Последний обусловлен коллапсом электронного транспорта, который происходит, когда цитохром C удаляется (частично) с митохондрии. Это приводит к различным вредным последствиям, включая образование свободных радикалов кислорода и снижение образования АТФ.
Белки семейства Bcl-2
Семейство апоптоз-связанных белков Bcl-2 предохраняет от различных цитотоксических воздействий – например гамма- и ультрафиолетового излучения, проапоптотических факторов, удаления цитокинов и др. [51]. Антиапоптотические белки, такие как Bcl-2 и Bcl-хL, ингибируют апоптоз посредством сохранения целостности мембраны митохондрий и предотвращения высвобождения проапоптотических факторов из межмембранного пространства митохондрий (в частности цитохрома С).
Вместе с тем следует отметить, что влияние белков семейства Bcl-2 не может быть сведено просто к модели, которая предполагает, что антиапоптотические гомологи Bcl-2 действуют как супрессоры активирующих каспазы белков, таких как члены семейства CED-4. Так, белки семейства Bcl-2 регулируют различные явления в митохондриях даже в присутствии каспазных ингибиторов широкого спектра действия (ZVAD-fmk). Кроме того, Bcl-2 могут ингибировать не только зависящий от каспаз апоптоз, но также окислительно и гипоксично-индуцированный некроз. Показано, что антиапоптотические белки Bcl-2 ингибируют проапоптотические факторы путем прямого белково-белкового взаимодействия. Проапоптотические белки семейства Bcl-2, такие как Bad, состоят из BH3-домена, который индуцирует гетеродимеризацию Bcl-2 и Bcl-xL, тем самым блокируя антиапоптотические эффекты последних. Другие члены семейства Bcl-2, содержащие BH3-смертельный лиганд, такие как Bid и Bax, проявляют проапоптотические эффекты, вызывая открытие PT-поры. Хотя точные механизмы этого процесса окончательно не ясны, активация проапоптотических белков Bid и Bax может участвовать в процессах, ведущих к независимой от каспаз смерти за счет активности в образовании каналов (РТ-пор), что может изменить проводимость митохондриальных мембран или перфорировать внешнюю мембрану митохондрий.
В клинических исследованиях для оценки количества апоптотических клеток используют различные методы, в т.ч. терминальный деоксинуклеотидил-трансфераз-медиированный маркировочный метод (TUNEL). Принцип метода TUNEL состоит во флуоресцентном энзиматическом мечении фрагментов ДНК-клеток, характерных для апоптоза. Метод позволяет точно выявить фрагментацию ДНК, при этом выявление дискретных фрагментов фиксируется в виде пиков флуоресцентного сигнала. Для пометки фрагментов ДНК используют фермент – концевую деоксинуклеотидилтрансферазу. Интенсивность флуоресценции обратно пропорциональна величине фрагментов ДНК: при полном расщеплении на фрагменты получают наиболее яркий сигнал, так как количество фрагментов в этом случае максимальное. Выраженная фрагментация ДНК свидетельствует о высокой активности апоптотического процесса.
Значение апоптоза КМЦ в ремоделировании ЛЖ
Данные клинических и экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что апоптоз КМЦ является одним из ключевых процессов, принимающих участие в ремоделинге миокарда [51]. Однако существующие на сегодняшний день представления о роли дисрегуляции программированной гибели КМЦ в патогенезе ХСН весьма противоречивы.
Результаты аутопсических исследований подтверждают, что лишь небольшая часть кардиомиоцитов в сердце здоровых людей подвергается апоптозу [52], но скорость апоптоза резко возрастает при острой ишемии [53]. Так, в сердце умерших пациентов с ОИМ продемонстрирована высокая встречаемость TUNEL+-ядер КМЦ в области инфаркта и периинфарктной зоне [54]. Abbate et al. [55] сообщили, что степень апоптоза КМЦ в участках миокарда, отдаленных от зоны инфаркта у пациентов, которые умерли позднее (> 10 дней) после ИМ, коррелирует с большей степенью ремоделирования ЛЖ. Таким образом, получены доказательства того, что апоптоз КМЦ способствует гибели клеток при ОИМ, а степень апоптоза коррелирует со степенью ремоделирования ЛЖ.
В ряде исследований получены доказательства апоптоза КМЦ в сердце пациентов с ХСН. Так, Saraste et al. [56] установили повышение апоптоза КМЦ в миокарде больных с дилатационной КМП и ХСН. В этом исследовании доказано, что процент апоптоза КМЦ коррелирует со скоростью прогрессии ХСН. Narula et al. [57] отметили увеличение TUNEL+-ядер КМЦ при ХСН и продемонстрировали повышение уровня цитоплазматического цитохрома C и активации каспазы-3 по сравнению со здоровыми лицами. Эти данные свидетельствуют о значительно повышенной скорости апоптоза КМЦ при ХСН и подтверждают, что потери КМЦ путем апоптоза могут играть важную роль в прогрессировании ХСН. В эксперименте на моделях животных с хронической прогрессирующей дисфункцией ЛЖ и ХСН отмечено повышение скорости апоптоза КМЦ по сравнению с наблюдаемой в контрольной группе животных. В модели перегрузки давлением у крыс Condorelli et al. [58] отметили увеличение апоптоза КМЦ после перехода от компенсаторной гипертрофии к дисфункции ЛЖ. В исследовании Sam et al. [59] на модели экспериментального ИМ у мышей выявлен постепенный рост апоптоза КМЦ, определяемого с помощью метода TUNEL, и активности каспазы-3 в неинфарцированном миокарде при наблюдении в течение 6 мес, что ассоциировалось с прогрессированием дилатации ЛЖ и ХСН. Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что возрастающая потеря КМЦ обусловливает дилатацию ЛЖ и прогрессию дисфункции ЛЖ.
Кроме того, в исследованиях с трансгенными моделями дилатационной КМП установлено, что при ХСН наблюдается повышение скорости апоптоза КМЦ. Так, Gq-белки внутриклеточных сигнальных каскадов взаимодействуют с несколькими 7-трансмембранными доменами рецепторов, которые индуцируют гипертрофию КМЦ. Повышенная экспрессия альфа-субъединиц Gq-белков в сердце ведет к значительному росту апоптоза КМЦ вместе с развитием компенсаторной гипертрофии ЛЖ, сопровождающей прогрессивную дисфункцию ЛЖ. В другой модели у мышей с гиперэкспрессией в сердце фактора некроза опухоли a обнаруживается увеличение апоптоза КМЦ, значительная дисфункция ЛЖ, ХСН и более ранняя смерть [60]. В целом экспериментально подтверждаются выводы ряда исследователей, в которых показано (подобно данным с дилатационной КМП) существование взаимосвязи между прогрессированием дисфункции ЛЖ и апоптозом КМЦ.
Благоприятные эффекты ингибирования апоптоза продемонстрированы в ряде экспериментальных моделей ХСН [61]. Отмечено, что неспецифический ингибитор каспазы IDN 1965 предупреждает апоптоз КМЦ и замедляет ремоделирование у трансгенных мышей с выраженной экспрессией в сердце прокаспазы-8 и на модели мышей с повышенной экспрессией Gq-белков в сердце [62]. В экспериментальной модели ИМ у крыс [63] введение ингибитора каспаз Z-Asp 2,6-DCBMk сразу после перевязки коронарной артерии приводило к тому, что через 4 нед наблюдения отмечено снижение апоптоза в отдаленных от зоны инфаркта участках миокарда наряду со значительным уменьшением гипертрофии и дилатации ЛЖ. Эти данные подтверждают значение апоптоза КМЦ в ремоделировании ЛЖ и прогрессировании ХСН.
Фибробласты сердца
Соединительнотканный компонент миокарда представлен клетками и межклеточным веществом (матриксом), в котором выделяют волокна и основное вещество. Среди клеток наиболее часто встречаются фибробласты (около 90-95%) и тучные клетки
(4-9%) [64].
Ремоделирование сердца также характеризуется изменениями в интерстициальной ткани. Фибробласты играют важную роль в регуляции внеклеточного матрикса. Общее содержание интерстициального коллагена непрерывно регулируется балансом синтеза и деградации [65], продукцией миокардиальными фибробластами коллагена I и III типов [66], а также фибронектина, синтез которых повышается при повреждении миокарда. Избыточное отложение коллагена и экспрессии мРНК коллагена I типа продемонстрированы в участках неинфарцированного миокарда в сердце пациентов, перенесших ИМ [67], и у больных с ишемической КМП [68]. Кроме того, в миокарде больных ХСН вследствие перегрузки давлением (аортальный стеноз) Hein et al. [69] отметили значительное увеличение фибронектина; наибольший фиброз отмечен у больных ХСН и тяжелой дисфункцией ЛЖ (фракция выброса ЛЖ < 30%).
Аналогичные результаты были получены в модели животных с повреждением миокарда. Так, при экспериментальном ИМ установлено возрастание окрашивания коллагена и увеличение экспрессии генов коллагена I и III типов. В ответ на повреждение миокарда наблюдается пролиферация фибробластов [70]. При экспериментальном ИМ у крыс через 14 дней после перевязки коронарной артерии отмечено повышение содержания коллагена в неинфарцированных участках миокарда с плато между 7-м и 14-м днем наряду с возрастанием мРНК коллагена I и III типов [71].
Фибробласты могут также дифференцироваться в миофибробласты, сочетающие в себе качества фибробластов (синтез коллагена, преимущественно III типа) и свойства гладкомышечных клеток (наличие миофиламент, способность сокращаться) [72]. Переключение фенотипа фибробластов на миофибробласты обусловлено трансформирующим фактором роста бета-1 (TGF-b1) и связано с началом экспрессии ими гладкомышечного альфа-актинина (a-SMA) и десмина [73]. Миофибробласты выполняют важные физиологические функции при тканевом повреждении и заживлении. Увеличение количества миофибробластов наблюдается при различных фибротических и склеротических процессах в сердце. Для миофибробластов характерно периваскулярное расположение, а после активации они перемещаются в зону ИМ. В эксперименте [74] у крыс с ИМ миофибробласты обнаруживаются через 3 дня после повреждения, и их количество сохраняется увеличенным через 4 нед; они участвуют в отложении и коллагена I и III типов, что способствует формированию рубца и поддержанию контрактильности [75]. Могут ли миофибробласты проникать в отдаленные от зоны инфаркта участки, окончательно не установлено. Тем не менее в модели КМП [46], индуцированной введением изопротеренола или ангиотензина (А) II, миофибробласты обнаруживались в участках микрофиброза, предположительно в участках повреждения и гибели миоцитов. Таким образом, в миокарде сократительные свойства миофибробластов и увеличенное образование компонентов внеклеточного матрикса могут способствовать повышению жесткости ЛЖ и, следовательно, вести к нарушениям диастолического наполнения.
Макрофаги
Как было отмечено выше, изменения миоцитов и биологии фибробластов в прогрессии ремоделирования ЛЖ хорошо изучены, однако потенциальная роль клеток воспаления в патогенезе ремоделирования получила признание лишь недавно. Клетки воспаления играют важную роль при заживлении ИМ. После ИМ в зоне повреждения наблюдается быстрая инфильтрация сегментоядерных нейтрофилов, макрофагов и других мононуклеарных клеток, в т.ч. тучных клеток. Кроме того, после завершения заживления инфаркта (через несколько недель и более) увеличение количества воспалительных клеток наблюдается в неинфарцированном миокарде. В сердце пациентов с ишемической и идиопатической дилатационной КМП отмечено 4-кратное увеличение числа макрофагов на единицу площади (окрашенных CD68+-клеток) в участках непораженного миокарда [76]. Аналогичное повышение уровня макрофагов было обнаружено у больных ХСН вследствие стеноза устья аорты [69].
Инфильтрация макрофагами миокарда отмечена в моделях животных с СН и ремоделированием. Так, Shioi et al. [77] в модели перегрузки давлением показали 4-кратное увеличение количества интерстициальных макрофагов после развития СН наряду с возрастанием экспрессии интерлейкина-1ab
(ИЛ-1b) и моноцитарного хемоаттрактантного протеина 1 (MCP-1). M. Hwang et al. [78] на модели экспериментального ИМ у крыс отметили аналогичное увеличение числа макрофагов в неинфарцированной зоне, многие из которых положительно окрашивались на выявление ИЛ-1a. Этим подтверждается, что макрофаги миокарда в этой модели могут способствовать увеличенному образованию стресс-индуцированных цитокинов, которые наряду с изменениями КМЦ и фибробластов способствуют развитию ХСН.
Тучные клетки (мастоциты)
Аналогично макрофагам роль тучных клеток в ремоделировании ЛЖ не совсем понятна, но работы последних лет свидетельствуют, что эти мононуклеарные клетки воспаления вносят вклад в ремоделирование внеклеточного матрикса и миоцитов при ХСН. Patella et al. [79] в образцах сердца больных с дилатационной КМП продемонстрировали 4-кратное увеличение плотности мастоцитов по сравнению с контрольной группой здоровых. Кроме того, Petrovic et al. [80] отметили 2-кратное увеличение плотности мастоцитов у больных дилатационной КМП, хотя более значительное увеличение количества тучных клеток наблюдалось при миокардите. Указанные исследования подтверждают участие тучных клеток в ответе миокарда в условиях его хронического повреждения.
При экспериментальном ИМ [81] количество тучных клеток в зоне инфаркта значительно увеличивалось с первого дня до нескольких недель, а в неинфарцированных участках – к 35-му дню после перевязки коронарной артерии. Количество тучных клеток также увеличивалось в модели неишемической дилатационной КМП [82], в частности на моделях перегрузки давлением у грызунов и у собак с индуцированной кардиостимуляцией СН и митральной регургитацией [83]. В исследовании Stewart et al. [84] доказано, что увеличение плотности мастоцитов положительно коррелирует с активностью матриксной металлопротеиназы-2 (MMП-2), подтверждая, что тучные клетки сердца участвуют в регуляции ремоделирования внеклеточного матрикса. Аналогичная зависимость между активностью металлопротеиназ и содержанием мастоцитов в миокарде отмечена в условиях перегрузки объемом на модели аорто-кавальной фистулы у крыс [85]. Кроме того, у мышей с дефицитом тучных клеток и у тех, которым вводили стабилизатор тучных клеток, отмечено уменьшение индуцированной перегрузкой давлением гипертрофии ЛЖ и фиброза миокарда в сочетании с улучшением систолической функции ЛЖ [82].
Несмотря на то, что точный механизм участия тучных клеток в процессе ремоделирования ЛЖ в указанных моделях СН полностью не расшифрован, известно, что тучные клетки выделяют целый ряд факторов, которые способствуют гипертрофии миоцитов и изменению внеклеточного матрикса. Тучные клетки являются наиболее богатым источником сериновых протеаз, химазы в миокарде. Как и ангиотензинпревращающий фермент (АПФ), химаза катализирует преобразование А I в А II и активирует предшественника трансформирующего фактора роста b1 (TGF-b1) при ХСН [86]. Таким образом, высвобождение химазы тучными клетками сердца способствует повышению локальных уровней А II и TGF-b1, которые в ответ активируют рост КМЦ и фибробластов (см. ниже неАПФ-зависимое образование А II). Мастоциты сердца также секретируют триптазу (tryptase) и стромелизин (stromelysin) (известный как металлопротеиназа-3, ММП-3) – протеазы, которые активируют другие матриксные металлопротеиназы интерстиция и таким образом приводят к дальнейшему изменению состава внеклеточного матрикса [87].
Клеточные события, которые инициируют и способствуют ремоделированию сердца, включают гипертрофию и апоптоз КМЦ, активацию фибробластов и изменение состава внеклеточного матрикса. Более того, инфильтрация клетками воспаления вносит весомый вклад в патологические изменения и миоцитов, и фибробластов сердца. Ниже представлены ключевые нейрогуморальные механизмы, индуцирующие структурно-функциональную перестройку клеток миокарда.
Влияние нейрогуморальных систем регуляции на ремоделирование сердца
Ренин-ангиотензин-альдостероновая система (РААС)
Данные многочисленных экспериментальных исследований подтверждают ключевую роль РААС в опосредовании структурных изменений миокарда в процессах ремоделирования и развития дисфункции ЛЖ. Выделяют циркулирующую и локальные ренин-ангиотензиновые системы, активация которых приводит к образованию А II, основного гормона ренин-ангиотензиновой системы. А II вызывает вазоконстрикцию, задержку жидкости, а также повышение симпатического тонуса. Рецепторы А II 1-го типа (AT1) опосредуют многие известные сердечно-сосудистые эффекты А II. Через активацию AT1-рецепторов А II стимулирует клеточный рост. Среди других известных рецепторов А II следует отметить рецепторы 2-го (AT2) и 4-го типа (AT4). Последние были обнаружены на эндотелиальных клетках и могут способствовать секреции прокоагулянтов, таких как ингибитор активатора плазминогена-1 [88]. В ряде исследований продемонстрировано, что активация AT2-рецепторов может препятствовать эффектам AT1-рецепторов А II [10].
Значение тканевого АПФ
Хотя циркулирующий А II существенно влияет на реализацию неблагоприятных сердечно-сосудистых эффектов активации ренин-ангиотензиновой системы, дальнейшее изучение ее компонентов позволило установить наличие локальных тканевых активных ренин-ангиотензиновых систем. Доказано, что тканевой АПФ вносит существенный вклад в клеточный ответ, наблюдающийся при ремоделировании ЛЖ, что позволяет предположить, что ингибирование тканевого АПФ может быть важным шагом в замедлении ремоделирования сердца. При экспериментальном ИМ [89] установлено повышение вдвое активности локального кардиального АПФ и уровней мРНК АПФ в неинфарцированной зоне. В исследовании Ruzicka et al. [90] показано, что в модели перегрузки объемом у крыс развитие гипертрофии ЛЖ зависело от ингибирования локального (миокардиального) АПФ. В условиях экспериментального ИМ продемонстрировано, что более полное ингибирование активности тканевого АПФ ассоциировалось с улучшением выживаемости, меньшей массой ЛЖ и снижением желудочковой экспрессии гена ПНУП. В целом экспериментальные данные свидетельствуют о том, что активация тканевого АПФ играет важную роль в ремоделировании ЛЖ.
АПФ-независимое образование А II
Кроме АПФ, идентифицированы другие протеазы миокарда, которые преобразуют А I в А II. В частности, химаза – сериновая протеаза, секретируемая тучными клетками сердца. В знаменитом исследовании Urata et al. [91, 92] продемонстрировано воздействие химазы на локальное образование А II в миокарде по данным анализа срезов сердца больных ХСН. Таким образом, ингибиторы АПФ не могут полностью подавлять образование А II. Поскольку тучные клетки являются основным источником химазы в миокарде, то инфильтрация мастоцитами миокарда при ХСН приведет к дальнейшему увеличению образования А II АПФ-независимым путем.
Роль АТ1-рецепторов в ремоделировании
Локально образующийся А II воздействует на клетки паракринным и аутокринным способами. В революционной работе Sadoshima et al. [93] показано наличие А II в секреторных гранулах миоцитов через 30 мин после механического растяжения. При этом антагонист AT1-рецепторов почти полностью блокировал повышение синтеза белка миоцитами, следовавшего за механическим растяжением [94]. Кроме того, in vitro установлено, что А II стимулирует продукцию коллагена и пролиферацию сердечных фибробластов через активацию AT1-рецепторов. Для изучения воздействия А II в условиях in vivo Schunkert et al. [95] вводили А II в изолированное сердце крыс, что позволило установить значительное повышение синтеза белка, блокировавшееся антагонистом AT1-рецепторов. Следовательно, экспериментальные наблюдения подтверждают, что в условиях in vitro и in vivo А II стимулирует рост миоцитов и фибробластов с помощью AT1-рецепторов, не зависевший от воздействия нагрузки, еще больше акцентируя внимание на роли А II как фактора роста.
В ряде экспериментальных работ также поддерживается важная роль AT1-рецепторов в опосредовании неблагоприятных клеточных эффектов А II. Так, при экспериментальном ИМ [96] установлено, что блокада AT1-рецепторов ограничивает степень гипертрофии миокарда и предупреждает повышение уровня ПНУП, экспрессии генов коллагена I типа и содержания интерстициального коллагена в неинфарцированной зоне. В других исследованиях при экспериментальном ИМ подтверждается значение блокады AT1-рецепторов в ограничении гипертрофии ЛЖ и роста интерстициального коллагена [97]. Блокада AT1-рецепторов ингибирует их активацию А II и приводит к стимуляции AT2-рецепторов, действием которых можно объяснить некоторые из наблюдаемых преимуществ блокады AT1-рецепторов, продемонстрированных в работах с экспериментальным ИМ [97].
Роль АТ2-рецепторов
Точная роль активации AT2-рецепторов в процессах ремоделирования ЛЖ окончательно не определена [10]. Однако при экспериментальном инфаркте у крыс [97], получавших антагонист AT1-рецепторов, наблюдалось уменьшение конечно-диастолического и конечно-систолического объема ЛЖ, которое полностью реверсировалось при одновременном введении антагониста AT2-рецепторов. В этом важном исследовании Liu et al. [97] подтвердили, что в данной экспериментальной модели одновременная активация AT2-рецепторов может препятствовать реализации эффектов блокады AT1-рецепторов на процессы ремоделирования миокарда. Появление трансгенных мышей с избыточной экспрессией AT2-рецепторов и моделей мышей с отключенным геном, кодирующим AT2-рецепторы, позволило изучить их роль в сердечной деятельности и ремоделировании. Так, доказано, что у мышей, лишенных AT2-рецепторов [98], в 2 раза чаще наблюдались разрывы сердца в первую неделю после перевязки коронарной артерии по сравнению с мышами дикого типа. Этому соответствовало уменьшение экспрессии генов, кодирующих компоненты внеклеточного матрикса, коллаген I и III типов и фибронектин у мышей, лишенных AT2-рецепторов. Adachi et al. [99] также отметили, что по сравнению с дикими мышами у большего количества AT2-дефицитных мышей развивалась сердечная недостаточность после ИМ. В работе Oishi et al. [100] при экспериментальном ИМ выявлено большую гипертрофию и дилатацию ЛЖ в сочетании с увеличением смертности у мышей с отключенным геном AT2-рецепторов. В целом экспериментальные данные свидетельствуют, что активация AT2-рецепторов после ИМ выполняет важную физиологическую роль в сердце. В то же время на модели перегрузки давлением у мышей с отключенным геном, кодирующим AT2-рецепторы, отмечалась меньшая степень гипертрофии ЛЖ в сочетании с сохраненной его систолической функцией [101], подтверждая протективное влияние активации AT2-рецепторов на факторы роста. Таким образом, роль активации AT2-рецепторов в ремоделировании сердца может быть видоспецифичной и зависеть от наличия факторов стимуляции гипертрофии миокарда [102].
Роль альдостерона в ремоделировании ЛЖ
Стероидный гормон альдостерон является еще одним компонентом РААС, способствующим развитию неблагоприятного ремоделирования ЛЖ у больных с систолической дисфункцией ЛЖ, независимо от А II-опосредованных эффектов. Секреция альдостерона находится частично под контролем А II через активацию AT1-рецепторов. Также на секрецию альдостерона оказывает влияние ряд других факторов, среди которых концентрация натрия и калия в сыворотке крови, содержание адренокортикотропного гормона, ПНУП и эндотелина [103]. Клеточные эффекты альдостерона реализуются через лиганд-активированный фактор транскрипции (минералокортикоидный рецептор), который при стимуляции входит в ядро и включает транскрипцию определенных генов. В сердце определяются минералокортикоидные рецепторы [104] и локальный синтез альдостерона в экспериментальных моделях СН и у больных с АГ или ХСН [105].
Альдостерон главным образом вовлекается в ответ фибробластов сердца, наблюдающийся при ремоделировании ЛЖ. В условиях in vitro [106] альдостерон вызывает повышение синтеза коллагена фибробластами сердца. В экспериментальной модели реноваскулярной гипертонии Brilla et al. [107] показали, что антагонист альдостерона спиронолактон предупреждал повышение уровня интерстициального коллагена в миокарде. При экспериментальном ИМ [108] продемонстрировано, что спиронолактон ограничивает повышение его уровня в неинфарцированном миокарде.
Кроме того, при экспериментальной ХСН [109] эплеренон (антагонист минералокортикоидных рецепторов) предупреждал увеличение конечно-диастолического и конечно-систолического объемов ЛЖ и снижение фракции укорочения, отмечавшиеся у собак в группе плацебо. Неожиданным оказалось снижение под влиянием эплеренона гипертрофии КМЦ при количественной оценке миоцитов на единицу площади, параллельно с ожидаемым уменьшением аккумуляции внеклеточного матрикса. В целом, экспериментально подтверждается ключевая роль альдостерона в патофизиологии ремоделирования миокарда ЛЖ в условиях его повреждения или перегрузки давлением.
Симпатическая нервная система (СНС)
Наряду с классическим представлением о том, что активация СНС является важным компенсаторным ответом, направленным на поддержание сократимости при недостаточности кровообращения, обнаружение взаимосвязи между симпатической активацией и смертностью [110] привело к появлению гипотезы о возможном ее участии в прогрессировании дилатации и дисфункции ЛЖ у пациентов с ХСН. Активность СНС контролируется посредством центральной регуляции симпатической импульсации и локально через индуцированную катехоламинами активацию рецепторов, связанных с G-белками. Экспозиция культуры КМЦ с катехоламинами [111], в частности с норадреналином, приводит к гипертрофии, а длительное введение симпатических агонистов в условиях in vivo вызывает развитие дилатационной КМП, для которой характерны гипертрофия, апоптоз миоцитов и увеличение фиброза [112]. В эксперименте на модели прямого повреждения миокарда [113] или путем микроэмболизации, стимулирующих дисфункцию ЛЖ, установлено, что b-адреноблокаторы ограничивают степень дилатации и гипертрофии миокарда ЛЖ наряду с уменьшением апоптоза КМЦ [114]. Итак, повышенная активность СНС и/или повышение уровня циркулирующих катехоламинов способствуют ремоделированию ЛЖ и ХСН, а блокада b-адренорецепторов замедляет ремоделирование ЛЖ, индуцированное повреждением миокарда.
При применении в модели трансгенных мышей направленной адренергической импульсации [115] дополнительно прояснилась роль адренергических рецепторов в ремоделировании сердца. Так, в модели мышей с избыточной экспрессией b2-адренергических рецепторов в сердце [116] обнаружена постепенная прогрессирующая дилатация и систолическая дисфункция ЛЖ, ассоциировавшаяся с гипертрофией миоцитов и интерстициальным фиброзом. Кроме того, используя миоциты моделей мышей с отключенными b2-адренергическими рецепторами, Zhu et al. [117] показали, что стимуляция единственного b-адренорецептора вызывает чрезмерное увеличение апоптоза миоцитов сердца. Кроме того, увеличение центральной симпатической импульсации в модели мышей с отключенными b2-адренергическими рецепторами приводит к развитию дилатации сердца и ХСН [118]. В целом, экспериментальные исследования подтверждают общее заключение, что чрезмерная активация СНС индуцирует клеточные и структурные нарушения, ведущие к патологическому ремоделированию сердца.
Система эндотелина (ЭТ)
ХСН ассоциируется с повышенным содержанием ЭТ-1 в плазме крови, секретируемого в первую очередь эндотелиальными клетками. Подобно А II, ЭТ-1 является мощным вазоконстриктором, а степень повышения уровня ЭТ-1 коррелирует с тяжестью ХСН [119]. Основные биологические эффекты ЭТ-1 опосредуются подтипами рецепторов ET-А и ЕТ-B. При ХСН экспрессия ET-А-рецепторов увеличивается. В условиях in vitro установлено, что ЭТ-1 стимулирует гипертрофию миокарда [120]. Предполагается, что ЭТ-1 принадлежит важная роль в развитии А II-индуцированной гипертрофии КМЦ с помощью паракринного механизма [121]. В работе Sakai et al. [122] при экспериментальном ИМ показано, что блокада ET-А-рецепторов предупреждает ремоделирование сердца. Однако в других исследованиях [123] такой эффект не подтвержден. Кроме того, с учетом данных клинических исследований, в которых не отмечено преимуществ антагонистов ЕТ-рецепторов по влиянию на ремоделирование ЛЖ и клинические исходы у пациентов с ХСН, маловероятно, что в будущем этому гормону будет уделяться большое внимание в качестве терапевтической мишени при ремоделировании сердца [124].
Активация цитокинов при ремоделировании
Среди других факторов, оказывающих влияние на процессы ремоделирования сердца, необходимо отметить следующие цитокины: трансформирующий фактор роста b (TGF-b), фактор некроза опухоли a (TNF-a), интерлейкин-6 (ИЛ-6) и ИЛ-1b.
Трансформирующий фактор роста-b
TGF-b существует в 3 изоформах: TGF-b1, TGF-b2 и TG-b3. Члены этого семейства оказывают множественное влияние на большое число типов клеток и участвуют в регуляции роста клеток, их дифференцировке и апоптозе, а также в модуляции иммунной системы [125]. Продуцентами TGF-b являются гранулоциты, все виды лимфоцитов, а также макрофаги и дендритные клетки. В сердце наиболее распространен TGF-b1. Фактор секретируется клетками преимущественно в неактивной форме, получившей название латентного TGF-b [126]. Свое биологическое действие TGF-b оказывает при связывании с рецепторами на мембране клетки. Идентифицировано два типа сигнальных рецепторов к TGF-b: TGF-bRI и TGF-bRII, экспрессия которых отмечена в миоцитах и клетках интерстициального матрикса. При передаче сигнала активная форма TGF-b связывается с TGF-bRII, что приводит к формированию гетеромерного комплекса TGFbRII/TGFbRI [127]. В цитоплазме комплекс TGFbRII/TGFbRI взаимодействует с белками семейства Smad, которые обеспечивают передачу сигнала в ядро и транскрипцию генов-мишеней, многие из которых включают компоненты внеклеточного матрикса [128]. Повышение содержания
TGF-b1 в миокарде отмечено у больных ХСН вследствие идиопатической дилатационной КМП и гипертрофической КМП. В моделях животных с гипертрофией миокарда ЛЖ, индуцированной перегрузкой давлением, экспрессия TGF-b1 возрастает при переходе к ХСН [129]. Трансформирующий фактор роста b1 (TGF-b1) стимулирует пролиферацию фибробластов и способствует фенотипическому преобразованию фибробластов в контрактильные миофибробласты. Экспериментальные исследования in vivo и in vitro показали, что TGF-b1 увеличивает транскрипцию генов проколлагена 1 и фибронектина и стабилизирует их мРНК. Кроме того, TGF-b1 снижает активность и экспрессию матриксных металлопротеиназ – ферментов, которые вызывают деградацию коллагена и других компонентов внеклеточного матрикса в интерстициальном пространстве [152]. Таким образом, активация сигнального пути TGF-b1 индуцирует аккумуляцию внеклеточного матрикса как с помощью увеличения его образования, так и ингибирования распада. Подтверждением такому выводу является исследование Seeland et al. [130], в котором у трансгенных мышей с повышенной экспрессией кардиоспецифического TGF-b1 отмечен более выраженный фиброз миокарда, ассоциировавшийся с ингибированием активности матриксных металлопротеиназ. Следовательно, у гетерозиготных мышей с отключенным геном TGF-b1 развивался менее выраженный фиброз миокарда, соответствовавший возрасту [129]. Кроме того, лечение крыс нейтрализующими антителами к TGF-b1 предупреждало развитие фиброза миокарда и дисфункцию левого желудочка, которые развиваются в ответ на перегрузку давлением [131]. Эти данные подтверждают влияние TGF-b1 на развитие фиброза миокарда при ремоделировании сердца.
Экспериментальные данные также свидетельствуют об участии TGF-b1 в развитии гипертрофии КМЦ. Так, добавление в культуру КМЦ новорожденных крыс TGF-b1 индуцирует экспрессию программ фетальных генов. Соответственно у мышей с избыточной экспрессией TGF-b1 развивалась выраженная гипертрофия КМЦ [130]. В другом исследовании показано, что А II в субпрессорных дозах вызывает гипертрофию ЛЖ у мышей дикого типа. Однако у мышей с отключенным геном TGF-b1 развитие гипертрофии ЛЖ в ответ на стимуляцию А II не отмечено. Этим подтверждается, что эффекты А II на рост КМЦ опосредуются, в частности через активацию TGF-b [134]. Таким образом, TGF-b существенно влияет на патогенез ремоделирования ЛЖ путем активации фибробластов и способствует патологическому росту КМЦ.
Фактор некроза опухоли a (ФНО-a)
ФНО-a является мощным провоспалительным цитокином, экспрессия которого в миокарде возрастает при прогрессировании ХСН. ФНО-a связывается с родственными рецепторами на поверхности клеток (ФНОR-1 и TNFR-2). При стимуляции ФНО-a ФНОRs запускает сигнальные пути [135], которые ведут к активации и ядерной транслокации NF-kB и фактора транскрипции API, которые инициируют транскрипцию других провоспалительных цитокинов, тем самым создавая положительную обратную связь [136]. ФНО-a конститутивно не представлен в сердце, но его экспрессия быстро активируется в ответ на повреждения миокарда, что может быть защитной реакций миокарда в начальный период реакции стресса (например сразу же после ИМ) [137]. Так, предварительное лечение крыс ФНО-a снижает степень повреждения миокарда в ответ на ишемию-реперфузию, а в культуре КМЦ ФНО-a уменьшает апоптоз в ответ на гипоксию [138]. Тем не менее длительная или стойкая экспрессия ФНО-a, как например при ХСН, приводит к неблагоприятным последствиям. Продемонстрировано, что в условиях in vitro ФНО-a [156] вызывает угнетение сократимости миоцитов и индуцирует гипертрофию и апоптоз КМЦ. В условиях in vivo [73] гиперэкспрессия ФНО-a в сердце способствует апоптозу КМЦ, что совпадает с прогрессированием дилатации и развитием дисфункции ЛЖ. ФНО-a вызывает изменения внеклеточного матрикса, которые способствуют дилатации ЛЖ. В отличие от трансформирующего фактора роста a, стимулирующего увеличение образования компонентов внеклеточного матрикса, воздействие ФНО-a противоположно по отношению к указанным ответам. Так, введение физиологически значимых концентраций ФНО-a крысам дикого типа в течение 15 дней приводило к значительной дилатации и сократительной дисфункции ЛЖ, ассоциирующейся с выраженной потерей пучков коллагеновых волокон, поддерживающих миоциты и пучки миоцитов [140]. Также у молодых трансгенных мышей с избыточной экспрессией ФНО-a в сердце продемонстрировано значительное повышение активности матриксных металлопротеиназ, наряду со снижением тканевого ингибитора металлопротеиназ-1 (TIMP-1) в миокарде, способствовавшего дальнейшему распаду внеклеточного матрикса [137]. Уменьшение пучков коллагеновых волокон, поддерживающих миоциты и пучки миоцитов, может способствовать проскальзыванию (slippage) последних и, следовательно, дилатации ЛЖ. Вместе с тем длительная экспозиция повышенных уровней ФНО-a ведет к увеличению интерстициального фиброза, связанного частично с увеличенной экспрессией TGF-b1, и переходу от распада компонентов внеклеточного матрикса к его избыточной продукции. Таким образом, ФНО-a обусловливает клеточные изменения, способствующие патологическому ремоделированию сердца, включая гипертрофию КМЦ, апоптоз, а также изменения состава внеклеточного матрикса.
Интерлейкин-6 (ИЛ-6)
Подобно ФНО-a, циркулирующие уровни ИЛ-6 возрастают у пациентов с ХСН, а степень их повышения коррелирует с тяжестью ХСН и прогнозом [141]. Установлено, что источником ИЛ-6 в миокарде являются миоциты, фибробласты, а также мононуклеарные клетки воспаления [142]. Подобно другим цитокинам, экспрессия ИЛ-6 значительно возрастает в зоне инфаркта после перевязки коронарной артерии. При постинфарктном кардиосклерозе, по данным экспериментальных работ [142] и аутопсии умерших пациентов [143], наблюдается увеличение экспрессии ИЛ-6 в участках, отдаленных от инфарцированных отделов миокарда. Аналогично ФНО-a стимуляция ИЛ-6 фибробластов снижает синтез коллагена и повышает активность матриксных металлопротеиназ, тем самым способствуя распаду внеклеточного матрикса [142]. В моделях трансгенных мышей с экспрессией в КМЦ ИЛ-6 и рецептора ИЛ-6 (ИЛ-6R) отмечена значительная гипертрофия ЛЖ, которая была результатом передачи сигнала внутрь клеток через молекулу gp130. Кроме того, в условиях in vitro [144] добавление к КМЦ новорожденных крыс ИЛ-6 и его рецептора приводило к увеличению их размеров. Другие представители семейства ИЛ-6, в частности кардиотропин 1 и фактор ингибирования лейкемии, индуцируют гипертрофию КМЦ in vitro и in vivo [145]. При развитии ремоделирования сердца таким образом ИЛ-6 способствует изменениям внеклеточного матрикса и, возможно, гипертрофии КМЦ.
Интерлейкин-1b
При СН экспрессия ИЛ-1b в миокарде и содержание его в плазме крови возрастают. Основными источниками ИЛ-1b в миокарде являются макрофаги и фибробласты сердца [146]. Подобно ФНО-a, ИЛ-1b подавляет продукцию коллагена фибробластами и ингибирует пролиферацию фибробластов [147]. ИЛ-1b также увеличивает экспрессию и повышает активность матриксных металлопротеиназ, вызывающих деградацию коллагеновых волокон, поддерживающих миоциты и пучки миоцитов. В отличие от ФНО-a и ИЛ-6, ИЛ-1b вызывает выраженную экспрессию индуцибельной синтазы оксида азота. Кроме того, ИЛ-1b вызывает гипертрофию КМЦ, но ингибирует экспрессию фетальных генов, тяжелых цепей b-миозина и скелетного a-актина. Таким образом, ИЛ-1b изменяет фенотип роста и генотип КМЦ [147], а также нарушает состав внеклеточного матрикса.
В целом влияние медиаторов воспаления на ремоделирование ЛЖ представлены в таблице 4.
 |
Взаимодействие между цитокинами и нейрогормональными механизмами регуляции
Сигнальные пути цитокинов значительно влияют на развитие изменений миоцитов и внеклеточного матрикса при СН. Также установлено их воздействие на увеличение и/или поддержание локальной нейрогормональной активации, которая в свою очередь способствует увеличению экспрессии цитокинов по механизму положительной обратной связи [148]. Отмечено, что ФНО-a увеличивает экспрессию AT1-рецепторов на фибробластах сердца с помощью механизма, зависящего от NF-kB, тем самым повышая воздействие А II на клетки через увеличение плотности АТ-рецепторов. Кроме того, Peng et al. [149] показали, что А II-опосредованное повышение синтеза белка фибробластами сердца и ингибирование активности металлопротеиназы-2 (MMП-2) потенцируется при предварительном лечении ФНО-a. В исследовании Gurantz et al. [150] показано, что ФНО-a и ИЛ-1b увеличивают экспрессию AT1-рецепторов. А II активирует NF-kB через AT1-рецепторы и таким образом увеличивает транскрипцию провоспалительных цитокинов [151]. В кардиомиоцитах взрослых отмечено, что А II стимулирует экспрессию ФНО-a [149]. Кроме того, у трансгенных мышей с чрезмерной экспрессией ФНО-a в сердце [152] продемонстрировано значительное повышение уровней как АПФ, так и А II. Следовательно, подтверждается существование взаимодействия между РААС и сигнальными путями цитокинов в виде положительной обратной связи, которая потенцирует неблагоприятное воздействие обоих путей на клеточные события, происходящие при желудочковом ремоделировании.
ФНО-a также повышает симпатическую активацию. Инфузия в физиологических количествах ФНО-a крысам дикого типа увеличивает центральную симпатическую импульсацию [153]. Кроме того, инфузия изопротеренола крысам и мышам дикого типа индуцирует экспрессию ФНО-a, ИЛ-1b и ИЛ-6 [154]. Это лишь несколько примеров, подтверждающих, что СНС позитивно регулирует экспрессию генов цитокинов, а цитокины потенцируют эффекты катехоламинов на миокард.
Синтазы оксида азота
Хотя влияние нейрогормонального и цитокинового сигнальных путей на процесс ремоделирования ЛЖ хорошо изучено, цитокин-опосредованное увеличение индуцибельной синтазы оксида азота может существенно воздействовать на ремоделирование ЛЖ [155]. Известны три члена семейства синтаз оксида азота (NOS): нейрональная (nNOS, или NOS I), индуцибельная (iNOS, или NOS II) и эндотелиальная, или конститутивная (еNOS, или NOS III). КМЦ конститутивно выделяют эндотелиальную синтазу оксида азота (еNOS) [156]. Регуляция еNOS-зависимого образования оксида азота осуществляется с участием кальмодулина, который катализирует повышение внутриклеточной концентрации кальция и приводит к относительно низким уровням образования оксида азота, оказывающего протективное действие в отношении гипертрофии и ремоделирования миокарда [157]. В противоположность этому индуцибельная синтаза оксида азота (iNOS) имеет высокое сродство к кальмодулину при низких концентрациях кальция и, таким образом, ее активность не зависит от внутриклеточного кальция. Установлено, что iNOS либо не выявляется, либо обнаруживается в небольших количествах в сердце здоровых людей, но ее экспрессия возрастает в миокарде при ХСН [158].
Точная роль iNOS в патофизиологии прогрессии ХСН и апоптоза КМЦ остается дискуссионной. В условиях in vitro [159] показано, что оксид азота может быть бифункциональным, с противоположными дозозависимыми эффектами на сократимость и апоптоз КМЦ. В эксперименте Vila-Petroff et al. [160] показали, что оксид азота в низких концентрациях увеличивает сокращение КМЦ у взрослых крыс путем повышения активности аденилатциклазы и циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Также доказано, что низкие уровни оксида азота вызывают положительный инотропный эффект в изолированных папиллярных мышцах кошек [160]. Высокие уровни оксида азота ингибируют скорость сокращения КМЦ, в частности путем активации гуанилатциклазы, и увеличение циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ) [170]. Аналогично высокие уровни оксида азота ослабляют b-адренергическую реактивность. Сходная двойная функциональность отмечается при оценке апоптоза КМЦ: в низких концентрациях оксид азота может защищать клетки от гибели путем апоптоза, а в высоких – индуцировать апоптоз. Так, в эксперименте у крыс [171] установлено, что донатор оксида азота S-нитрозо-N-ацетилпеницилламин (SNAP) дозозависимым способом индуцировал апоптоз желудочковых КМЦ. В КМЦ новорожденных при комбинации ФНО-a, ИЛ-6 и интерферона-b стимулировалось значительное увеличение экспрессии iNOS, ассоциированное с апоптозом [171]. Arstall et al. [172] подтвердили, что цитокин-индуцированный апоптоз КМЦ у крыс может блокироваться с помощью специфического ингибитора iNOS – 2-амино-5,6-дигидро-6-метил-4H-1,3-тиазина (AMT). Таким образом, экспериментальные данные подтверждают, что высокие уровни оксида азота (возможно, полученные с помощью iNOS) увеличивают апоптоз КМЦ и ослабляют контрактильность КМЦ. Таким образом, увеличение экспрессии iNOS в КМЦ может участвовать в патогенезе ремоделирования ЛЖ и ХСН.
Исследования in vivo также подтверждают неблагоприятный эффект iNOS при ХСН. Кардиоспецифичная чрезмерная экспрессия iNOS у трансгенных мышей приводит к фиброзу миокарда, дилатации ЛЖ и ранней смерти [173]. Вместе с тем другая группа исследователей [174] не подтвердила такие эффекты при гиперэкспрессии iNOS в сердце мышей. В другом исследовании [175] показано, что через 6 мес после ИМ степень дисфункции ЛЖ и апоптоз КМЦ значительно снижались у мышей с отключенным геном iNOS, подтверждая неблагоприятные эффекты iNOS в данной модели ХСН. В целом, iNOS, по-видимому, играет важную роль в ремоделировании ЛЖ и апоптозе КМЦ в отдаленные сроки ремоделирования.
Заключение
Ремоделирование сердца является результатом сложного взаимодействия между нейрогормональными и цитокиновыми сигнальными каскадами. Нейрогуморальные и цитокиновые сигнальные пути по механизму положительной обратной связи стимулируют процессы структурной перестройки клеток, приводящие к желудочковому ремоделированию. К ним относятся инфильтрация мононуклеарными клетками воспаления и пролиферация фибробластов, некоторые из которых могут дифференцироваться в сократительные миофибробласты. Также происходит стимуляция гипертрофии миоцитов и повышение скорости апоптоза миоцитов. Такой комплекс клеточных изменений в конечном счете приводит к характерным морфологическим изменениям ЛЖ, включающим дилатацию и прогрессивную дисфункцию ЛЖ, и ухудшению ХСН. Таким образом, последовательность сложных сигнальных событий, приводящих к ремоделированию сердца, по-видимому, отражают центральные патофизиологические механизмы, лежащие в основе прогрессии ХСН у людей.
Список использованной литературы представлен на сайте журнала
/thumbs/widget_PA_2013_04_07ca3443cd2d51e106831c4ad520f663.jpg)
/thumbs/widget_PA_2013_03_941572ffe56fa5fd8704cde4ae6a0b5b.jpg)
/thumbs/widget_PA_2013_02_1c8cacad65e63318092efa13bb4b82be.jpg)
/thumbs/widget_PA_2013_01_d0c8622092fd1d38d2b675bc8a97e57d.jpg)
