Белок сосудистой адгезии-1 (vap-1) и его роль в моделировании воспалительного процесса и фиброза. Нефрологический вектор Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

© М.М.Батюшин, Х.З.Гадаборшева, 2015 УДК 616.61-002-004:577.112

М.М. Батюшин1, Х.З. Гадаборшева1

БЕЛОК СОСУДИСТОЙ АДГЕЗИИ-1 (VAP-1) И ЕГО РОЛЬ В МОДЕЛИРОВАНИИ ВОСПАЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА И ФИБРОЗА. НЕФРОЛОГИЧЕСКИЙ ВЕКТОР

1Кафедра внутренних болезней с основами физиотерапии № 2 Ростовского государственного медицинского университета, г Ростов-на-Дону, Россия

M.M. Batiushin1, H.Z. Gadaborsheva1

VASCULAR ADHESIVE PROTEIN-1 (VAP-1) AND ITS ROLE IN MODELING OF INFLAMMATION AND FIBROSIS. NEPHROLOGY VECTOR

1Department of internal disease with fundamentals of physical therapy №2 Rostov State Medical University, Rostov-on-Don, Russia

РЕФЕРАТ

Существует семейство белков, локализованных на клеточных поверхностях и регулирующих процесс лимфоцит-эндотелиоцитарного взаимодействия, именуемых эктопептиды. К их числу относится и VAP-1 (vascular adhesive protein-1, белок сосудистой адгезии-1). Человеческий VAP-1 является димерным мембранным белком с молекулярной массой 180 кДа, состоящим из короткого N-концевого цитоплазматического хвоста, трансмембранного домена и большой внеклеточной части. VAP-1 стимулирует прокатку (роллинг), адгезию и диапедез (трансмиграцию) лимфоцитов через эндотелиальную выстилку сосудов, а также полиморфно-ядерных лейкоцитов. При изучении экспрессии VAP-1 в почках он обнаруживается в эндотелиальных клетках перитубулярных капилляров и перицитах, а также гладкомышечных клетках более крупных сосудов. Практически полностью отсутствует экспрессия VAP-1 в эндотелии почечных клубочков. Дальнейшее изучение влияния сигнального VAP-1-опосредованного пути на течение и исходы гломерулонефрита позволит расширить представления о патогенезе заболевания и новых путях влияния на прогрессирование хронической болезни почек.

Ключевые слова: белок сосудистой адгезии-1 (VAP-1), семикарбазид-чувствительная аминоксидаза (SSAO), пери-тубулярные сосуды, перитубулярный фиброз, хроническая болезнь почек.

ABSTRACT

There is the whole proteins family, localized on cellular surfaces and regulating lymphocyte-endoteliocyte interaction process, called ekto-peptides. VAP-1 (vascular adhesive protein-1) also belongs to it. Human VAP-1 is the dimeric membrane protein with molecular weight of 180 kD consisting of short N-trailer cytoplasmatic tail, transmembrane domain and most extracellular part. VAP-1 stimulates lymphocytes rolling, adhesion and transmigration through endothelial vessels lining, and also polymorphic and nuclear leukocytes. During studying of VAP-1 expression in kidneys, it is found in peritubular capillaries and perithelial cells of the, and also in smooth muscle cells of larger vessels. Almost completely absent is VAP-1 expression in glomerular endothelial cells.Further studying of signal VAP-1-mediated pathway influence on glomerulonephritis course and outcomes will provide to expand ideas of disease pathogenesis and new influence ways on chronic kidney disease progressing.

Key words: vascular adhesive protein-1 (VAP-1), semikarbazide-sensitive aminoxidase (SSAO), peritubular vessels, peritubular fibrosis, chronic kidney disease.

Структура и функции VAP-1

VAP-1 (vascular adhesive protein-1, белок сосудистой адгезии-1) был первым адгезивным белком, идентифицированным еще в начале 90-х годов [1]. Вместе с тем, аминоксидаза, ферментативной активностью которой обладает данный протеин, была обнаружена еще 70-х годах [2]. Когда в 1998 году расшифровали ген, кодирую-

Батюшин М.М. 344022, г. Ростов-на-Дону, пер. Нахичеванский, д. 29. РостГМУ, кафедра внутренних болезней с основами физиотерапии № 2. Тел.: 8-918-501-88-01, 8(863) 201-44-23, E-mail: [email protected]

щий VAP-1, стало понятным, что он является семикарбазид-чувствительной аминоксидазой (semicarbazide-sensitive amine oxidase, SSAO). Его функция сводится к конвертации первичных аминов до альдегидов с выходом перекиси и аммиака. В те же годы были клонированы три гена, гомологичные человеческому VAP-1, - ген диа-миноксидазы (SSAO), медь-содержащей аминок-сидазы (copper-containing amine oxidase, CAOs), специфичной для сетчатки и для человеческой плаценты, а также два альтернативных вариан-

АТФ -дифосфогидролазы: CD39

Пептид азы и протеазы: CD10, CD13, CD26, МТ-1-ММР, CD156b

Оксид азы: НАДФ, VAP-1

АДФ-рибозилциклазы: ART2

п

% *

Нуклеотидпирофосфатазы и фосфодиэстеразы: Autotoxin

Эктоэнзимы

Z3

Нуклеотидазы: CD73

АДФ-рибозилтрансферазы: CD38, CD157

Рис. 1. Семейство эктоэнзимов.

та сплайсинга псевдогена [3]. Все SSAO содержат медь, выступающую в качестве ко-фактора, и большинство из них - топахинон, являющийся уникальной посттрансляционной модификацией тирозина в каталитически активном участке [4].

Существует семейство белков, локализованных на клеточных поверхностях и регулирующих процесс лимфоцит-эндотелиоцитарного взаимодействия, именуемых эктопептиды. К их числу относится и VAP-1 (рис. 1). Эктопептиды относятся к группе адгезивных белков, в которую входят се-лектины, интегрины, коннексины, VCAM (vascular cell adhesion molecule), ICAM (intercellular adhesion molecule) и др.

Человеческий VAP-1 является димерным мембранным белком с молекулярной массой 180 кДа, состоящим из короткого N-концевого цитоплаз-матического хвоста, трансмембранного домена и большой внеклеточной части. Помимо мембранного VAP-1, существует и растворимая форма.

Растворимый человеческий VAP-1, вероятно, является результатом мембранного протеолиза [5].

В норме концентрация растворимого VAP-1 в крови колеблется от 49 до 138 нг/мл и не зависит от пола, возраста и времени суток [6].

Конвертация аминов происходит в два этапа. На первом этапе (восстановительном) первичные амины связываются с топохиноном, что приводит к формированию транзиторного ковалентного взаимодействия (Шиффово основание). Далее в процессе оксидативной реакции фермент окисляется и высвобождаются перекись и аммиак.

Слабая экспрессия VAP-1 наблюдается уже на 7-й неделе развития эмбриона человека в гладко-мышечных клетках стенки аорты и кишечника. Экспрессия на эндотелии появляется только к 18-й неделе внутриутробного развития. В почеч-

ной ткани экспрессия УАР-1 начинает наблюдаться с 13-й недели [7].

Экспрессия УАР-1 происходит в зоне воспаления, где иммунный ответ существенно зависит от тканевых лимфоцитов, проникающих в зону воспаления из крови. УАР-1 стимулирует прокатку (роллинг), адгезию и диапедез (трансмиграцию) лимфоцитов через эндотелиальную выстилку сосудов, а также полиморфно-ядерных лейкоцитов [1, 8] (рис. 2).

Интенсивность взаимодействия УАР-1 с рецепторами-счетчиками на поверхности лимфоцитов зависит от концевых участков гликанов сиаловых кислот. Первичные аминогруппы или углеводные фрагменты поверхностных белков лимфоцитов подвергаются воздействию активированного УАР-1 в процессе клеточной адгезии, что приводит к образованию ковалентной связи между двумя типами клеток (эндотелиоцит, лимфоцит) в результате окислительного дезаминиро-вания [9]. В дополнение к ферментативной активности УАР-1 наличие в его структуре цепочки аргинин-глицин-аспарагиновая кислота позитивно влияет на процесс адгезии лимфоцитов к поверхности эндотелиальных клеток.

Учитывая влияние \AP-1 на адгезию лимфоцитов, можно было бы предположить, что его ингиби-рование способно повлечь за собой ослабление напряженности противоинфекционного иммунитета, однако этого в эксперименте не происходило [10]. Вместе с тем, применение антител против УАР-1 сопровождалось снижением лейкоцитарной инфильтрации пораженных тканей при перитоните, дерматите, пневмонии [8, 11, 12]. При этом именно ингибиторы ББАО, а не антитела к УАР-1 способны подавлять роллинг полиморфно-ядерных лейкоцитов, тогда как процесс трансмиграции подавляется

Прокатка,rolling

Активация, activation

Устойчивая адгезия, firm adhesion

Трансмиграция, diapedesis

1

Замедление, tethering

п

Тканевый хемотаксис, Chemotaxis within tissue

Рис. 2. Уровни воздействия УДР-1 на процесс миграции лейкоцитов в зону воспаления.

и теми, и другими ингибиторами примерно в равной мере - на 45-50% [13]. При проверке эффекта ингибирования УЛР-1 на нокаутированных мышах также получили снижение интенсивности трафика нейтрофилов через эндотелиальную выстилку [14]. Важно отметить, что антитела к УЛР-1 не ингибируют активность ББЛО [13]. А совместное применение антител к УЛР-1 и ингибиторов ББЛО не сопровождается аддитивным блокирующим эффектом в отношении связывания лейкоцитов. Было показано, что УЛР-1 может индуцировать экспрессию Е- и Р-селектинов, внутриклеточной молекулы адгезии-1 (1СЛМ-1) и СХ^8 в эндотелиаль-ных клетках, что приводит к активизации процесса связывания лейкоцитов на эндотелии. В норме экспрессии Е- и Р-селектинов на эндотелиальной клетке не происходит. Индукция Е- и Р-селектинов в большей степени осуществляется при помощи перекиси водорода, которая образуется в результате ферментативной реакции УЛР-1, и данный эффект лучше всего изучен на модели атеросклероза [15,16].

В эксперименте на животных было показано, что УЛР-1 способен демонстрировать инсулино-подобные эффекты и влиять на нарушение метаболизма глюкозы [17-20]. Недавно также были описаны эффекты блокаторов УЛР-1 подавления ангиогенеза в структурах глаза и опухолевой ткани, что свидетельствует о способности УЛР-1 стимулировать неоангиогенез [21]. Все это говорит о многообразии биологических эффектов УЛР-1.

Экспрессия VAP-1 в почках, влияние на прогрессирование почечного фиброза

При изучении экспрессии УЛР-1 в почках он обнаруживается в эндотелиальных клетках пе-ритубулярных капилляров и перицитах, а также

гладкомышечных клетках более крупных сосудов. Практически полностью отсутствует экспрессия УЛР-1 в эндотелии почечных клубочков. В случае развития реакции отторжения плотность экспрес-сируемых УЛР-1 в эндотелии перитубулярных капилляров существенно возрастает. Также повышается концентрация растворимого УЛР-1 в крови [22]. Помимо экспрессии, на эндотелиальных и гладкомышечных клетках обнаружена экспрессия УЛР-1 на жировых клетках. Жировые клетки являются также источником растворимого УЛР-1, образование которого регулируется Т№-а и инсулином [5].

При наличии сахарного диабета, ожирения, воспалительных заболеваний печени, сердечнососудистых заболеваниях, рассеянном склерозе, а также у больных на гемодиализе, перитонеальном диализе наблюдается повышение в крови уровня УЛР-1, более выраженное при отсутствии резиду-альной функции почек [8, 23-26].

Показано, что уровень УЛР-1 в крови повышается по мере снижения СКФ (г=-0,24, р=0,0001), а также при нарастании альбумин-креатининового отношения (г=0,29, р=0,0001). Сам факт наличия хронической болезни почек ассоциируется с повышением уровня УЛР-1 в крови на 63% [27, 28].

При развитии гломерулосклероза, в первую очередь, наблюдается снижение кровотока в пери-тубулярных капиллярах, что обусловлено, с одной стороны, снижением кровотока в отводящих ар-териолах, с другой - локальными процессами в перитубулярных капиллярах вследствие тубуло-интерстициального фиброза и активации кон-стрикторных систем (рис. 3). Это, в свою очередь, усугубляет явления тубулоинтерстициального фиброза [29]. Эпителий проксимальных каналь-

Миграция перицита

Эндотелий перитубулярного капилляра

Нарушение перекрестной связи с эндотелиоцитом

Рарефикация

Миофибробласт |

I

Ухудшение перфузии перитубулярных зон, рарефикация

1

1

Вазоконстрикция

Тубулоинтерстициальный фиброз

Гиперпродукция коллагена I типа а1, ламинина

Увеличение объема экстрацеллюлярного матрикса

Воспаление тубулоинтерстиция

Цитокиновое сопровождение гиперпро дукции матрикса, пролиферации фибробластов, эпителивально-мезенхимального перехода

Рис. 3. Влияние УДР-1 на развитие тубулоинтерстициального фиброза.

цев более восприимчив к гипоксии, поскольку он исключительно зависим от аэробного гликолиза [30]. По этой причине, а также вследствие не-фротоксичности протеинурии и ухудшающегося перитубулярного кровотока эпителий проксимальных канальцев в большей степени подвержен повреждению, а перитубулярно развиваются явления фиброза. В его развитии большую роль играют перитубулярные фибробласты, перициты, макрофаги, а также эндотелий перитубулярных артериол и капилляров [27, 28].

При воздействии на перитубулярный сосуд происходит активация рецепторов II типа сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGFR2) и других сигнальных систем (ADAMTS-1/TIMP3, PDGF-B, ЖОТ, ANGPT) на перицитах и миграция перицитов, нарушается их перекрестная связь с эндотелиоцитами, что приводит к дестабилизации сосудистой стенки и запуску процесса раре-фикации (запустеванию капилляров и уменьшению плотности сосудистого пространства в межуточном веществе) [31, 32].

Представляют интерес результаты экспериментального исследования S. №као и соавт. (2011), в котором было показано, что VEGF-А способен стимулировать неоангиогенез и макро-

фагальную инфильтрацию интерстиция только в присутствии VAP-1, его блокада с помощью ингибиторов лишает VEGF-А способности влиять на неоваскуляризацию и инфильтрацию макрофагами [33]. Таким образом, можно предположить содружественное влияние важнейшего сигнального VEGF-опосредованного пути ремоделиро-вания тубулоинтерстициальной ткани с УАР-1-опосредованным сигнальным путем.

Поскольку при хроническом гломерулонеф-рите тубулоинтерстициальный фиброз с течением времени развивается у большинства больных, учитывая его существенное значение в ремоде-лировании почечной паренхимы и развитии почечной недостаточности, изучение механизмов его формирования позволит фиксировать точки возможного лекарственного воздействия. Одним из таких механизмов является активизация УАР-1-опосредованного сигнального пути в развитии перитубулярного фиброза. В экспериментальных исследованиях с ингибиторами эффектов УАР1/ SSAO было показано, что применение PXS-4681A в дозе 2 мг/кг сопоставимо с эффектом дексаме-тазона в дозе 10 мг/кг во влиянии на объем экссудата, инфильтрацию нейтрофилами, содержание ФНО-а и интерлейкина-6 в экссудате [34]. Воз-

можно, противовоспалительные и антифибро-тические эффекты ингибиторов эффектов VAP1/ SSAO могут быть продемонстрированы и при хронических гломерулонефритах.

Однако, несмотря на наличие аргументов в пользу данного предположения, экспериментальная научная база пока выглядит довольно скромно. Тем не менее, дальнейшее изучение влияния сигнального VAP-1-опосредованного пути на течение и исходы гломерулонефрита позволит расширить представления о патогенезе заболевания и новых путях влияния на прогрессирование хронической почечной недостаточности.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Salmi M, Jalkanen S. A 90-kilodalton endothelial cell molecule mediating lymphocyte binding in humans. Science 1992; 257: 1407-1409

2. Rucker RB, O'Dell BL. Connective tissue amine oxidase I. Purification of bovine aorta amine oxidase and its comparison with plasma amine oxidase. Biochim Biophys Acta Enzymol 1971; 235:32-43

3. Airenne TT, Nymalm X Kidron H et al. Crystal structure of the human vascular adhesion protein-1: Unique structural features with functional implications. Protein Science 2005; 14:1964-1974.

4. Jalkanen S, Salmi M. Cell surface monoamine oxidases: enzymes in search of a function. EMBO J. 2001; 20: 3893-3901

5. Abella A, García-Vicente S, Viguerie N et al. Adipocytes release a soluble form of VAP-1/SSAO by a metalloprotease-dependent process and in a regulated manner. Diabetologia 2004; 47: 429-438

6. Kurkijarvi R, Adams DH, Leino R et al. Circulating form of human vascular adhesion protein-1 (VAP-1): increased serum levels in inflammatory liver diseases. J Immunol 1998; 161: 1549-1557

7. Salmi M, Jalkanen S. Developmental regulation of the adhesive and enzymatic activity of vascular adhesion protein-1 (VAP-1) in humans. Blood. 2006; 108: 1555-1561

8. Tohka S, Laukkanen M-L, Jalkanen S, Salmi M. Vascular adhesion protein 1 (VAP-1) functions as a molecular brake during granulocyte rolling and mediates their recruitment in vivo. FASEB J. 2001; 15: 373-382

9. Salmi M, Yegutkin GG, Lehvonen R et al. A cell surface amine oxidase directly controls lymphocyte migration. Immunity 2001; 14: 265-276

10. Dunkel P, Balogh B, Meleddu R et al. Semicarbazide-sensitive amine oxidase/vascular adhesion protein-1: a patent survey. Expert Opin. Ther. Patents 2011; 21(9): 1453-1471

11. Kinemuchi H, Sugimoto H, Obata T, Satoh N, Ueda S. Selective inhibitors of membrane-bound semicarbazide-sensitive amine oxidase (SSAO) activity in mammalian tissues. Neurotoxicol-ogy. 2004; 25: 325-335

12. Merinen M, Irjala H, Salmi M et al. Vascular adhesion protein-1 is involved in both acute and chronic inflammation in the mouse. Am J Pathol. 2005; 166: 793-800

13. Koskinen K, Vainio PJ, Smith DJ et al. Granulocyte transmigration through the endothelium is regulated by the oxidase activity of vascular adhesion protein-1 (VAP-1). Blood 2004; 103: 3388-3395

14. Noonan T, Lukas S, Peet GW et al. The oxidase activity of vascular adhesion protein-1 (VAP-1) is essential for function. Am. J. Clin. Exp. Immunol. 2013; 2(2): 172-185

15. Galkina E, Ley K. Vascular Adhesion Molecules in Atherosclerosis. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2007; 27: 2292-2301

16. Jalkanen S, Karikoski M, Mercier N et al. The oxidase

activity of vascular adhesion protein-1 (VAP-1) induces endothelial E- and P-selectins and leukocyte binding. Blood. 2007; 110: 1864-1870

17. Morin N, Lizcano JM, Fontana E et al. Semicarbazide-sensitive amineoxidase substrates stimulate glucose transport and inhibit lipolysis in human adipocytes. J Pharmacol Exp Ther 2001; 297: 563-572

18. Carpene C, Bour S, Visentin V et al. Amine oxidase substrates for impaired glucose tolerance correction. J Physiol Biochem 2005; 61: 405-420

19. Iffiu-Soltesz Z, Wanecq E, Lomba A et al. Chronic ben-zylamine administration in the drinking water improves glucose tolerance, reduces body weight gain and circulating cholesterol in high-fat diet-fed mice. Pharmacol Res 2010; 61: 355-363

20. Mercader J, Iffiu-Soltesz Z, Brenachot X et al. SSAO substrates exhibiting insulin-like effects in adipocytes as a promising treatment option for metabolic disorders. Future MedChem 2010; 2: 1735-1749

21. Noda K, She H, Nakazawa T et al. Vascular adhesion pro-tein-1 blockade suppresses choroidal neovascularization. FASEB J 2008; 22: 2928-2935

22. Kurkijarvi R, Jalkanen S, Isoniemi H, Salmi M. Vascular adhesion protein-1 (VAP-1) mediates lymphocyte-endothelial interactions in chronic kidney rejection. Eur. J. Immunol. 2001. 31:2876-2884

23. Boomsma F, Veldhuisen DJ van, Kam PJ et al. Plasma semicarbazide-sensitive amine oxidase is elevated in patients with congestive heart failure. Cardiovasc Res 1997; 33: 387-391

24. Airas L, Mikkola J, Vainio JM et al. Elevated serum soluble vascular adhesion protein-1 (VAP-1) in patients with active relapsing remitting multiple sclerosis. J of Neuroimmunology 2006; 177: 132-135

25. Koc-Zorawska E, Malyszko J, Zbroch E et al. Vascular adhesion protein-1 and renalase in regard to diabetes in hemodialysis patients. Arch Med Sci 2012; 8(6): 1048-1052

26. Koc-Zorawska E, Malyszko J, Zbroch E et al. VAP-1 in peritoneally dialyzed patients. Postepy Hig Med Dosw (Online). 2013; 67: 1340-134

27. Lin M-S, Li H-Y Wei J-N et al. Serum vascular adhesion protein-1 is higher in subjects with early stages of chronic kidney disease. Clinical Biochemistry 2008; (41): 1362-1367

28. Lin S., Kisseleva T, Brenner DA, Duffield JS. Pericytes and perivascular fibroblasts are the primary source of collagen-producing cells in obstructive fibrosis of the kidney. Am J Pathol 2008; 173: 1617-1627

29. Kawakami T, Mimura I, Shoji K et al. Hypoxia and fibrosis in chronic kidney disease: crossing at pericytes. Kidney Int Suppl 2014; (4): 107-112

30. Epstein FH. Oxygen and renal metabolism. Kidney Int 1997;51: 381-385

31. Lin SL, Chang FC, Schrimpf C et al. Targeting endothelium-pericyte cross talk by inhibiting VEGF receptor signaling attenuates kidney microvascular rarefaction and fibrosis. Am J Pathol. 2011; 178:911-923

32. Schrimpf C, Teebken OE, Wilhelmi M, Duffield JS. The Role of Pericyte Detachment in Vascular Rarefaction. J Vasc Res 2014; 51: 247-258

33. Nakao S, Noda K, Zandi S et al. VAP-1-Mediated M2 Macrophage Infiltration Underlies IL-1 p - but Not VEGF-A-Induced Lymph- and Angiogenesis. Am J Pathol 2011; 178: 1913-1921

34. Foot JS, Yow TT, Schilter H et al. PXS-4681A, a Potent and Selective Mechanism-Based Inhibitor of SSAO/VAP-1 with Anti-Inflammatory Effects In Vivo. J Pharmacol Exp Ther 2013; 347: 365-374

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Поступила в редакцию: 05.02.2015 г.

Принята в печать: 26.06.2015 г.