Разделы: Лекция

Клеточные, молекулярные и структурные механизмы ремоделирования левого желудочка при сердечной недостаточности

А.Н. Беловол, академик НАМН Украины, д.мед.н., профессор; И.И. Князькова, д.мед.н., профессор Кафедра клинической фармакологии, Харьковский национальный медицинский университет
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].

kletochnieimolekuliarnie1.jpg

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.

kletochnieimolekuliarnie2.jpg

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.

kletochnieimolekuliarnie3.jpg

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.

kletochnieimolekuliarnie4.jpg

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

Наш журнал
в соцсетях:

Выпуски за 2013 Год

Содержание выпуска 3 (62), 2013

  1. Н.Т. Ватутин, Н.В. Калинкина, Е.В. Кетинг и др.

  2. С.М. Стаднік

  3. Е.А. Широков

  4. В.Н. Минеев, В.И. Трофимов, Е.А. Бручкус и др.

  5. О.А. Глиняна

Содержание выпуска 2 (61), 2013

  1. Д.Д. Иванов

  2. С.М. Стаднік

  3. Л.Б. Лазебник, О.М. Михеева, И.А. Комиссаренко

  4. Н.В. Стуров

  5. С.О. Дикуха

  6. Т.В. Мироненко, О.Ю. Рыбалка, Е.Г. Леонова

  7. В.В. Косарев, С.А. Бабанов

  8. Н.А. Кравчун

Содержание выпуска 1 (60), 2013

  1. Н.Т. Ватутин, Н.В. Калинкина, Е.В. Ещенко

  2. И.И. Князькова

  3. М.Р. Кузнецов, С.В. Родионов, А.О. Вирганский и др.

  4. И.И. Князькова, А.Н. Беловол, А.И. Цыганков