CC BY
26
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, АССОЦИИРОВАННЫЕ С РАЗВИТИЕМ АОРТАЛЬНОГО СТЕНОЗА
Типтева Т. А.1, Чумакова О. С.1, Затейщиков Д. А.1,2,3
Аортальный стеноз (АС) является одним из наиболее частых клапанных поражений сердца у больных старше 65 лет. Несмотря на изученность молекулярных механизмов развития и прогрессирования АС, хирургическое лечение в настоящее время остается единственным возможным лечением порока. В связи с коморбидностью пожилых больных, остаются препятствия для рекомендации таким пациентам хирургической замены клапана, несмотря на очевидный неблагоприятный прогноз консервативной терапии. Поиск новых подходов для ранней оценки неблагоприятных факторов риска, скорости прогрессирования заболевания позволит оценить необходимость более раннего лечения, а также позволит выявить возможности замедления прогрессирования заболевания. Одним из направлений изучения остается поиск генетических маркеров. В обзоре представлены основные исследованные молекулярные механизмы и связанные с ними генетические маркеры, ассоциированные с развитием АС.
Российский кардиологический журнал 2015, 10 (126): 99-106
http://dx.doi.org/10.15829/1560-4071-2015-10-99-106
Ключевые слова: аортальный стеноз, генетическая предрасположенность.
1ФГБУ ДПО Центральная государственная медицинская академия УД Президента РФ, Москва; 2ГБУЗ Городская клиническая больница №51 ДЗ г. Москвы,
Москва; 3ФГБУ Федеральный научно-клинический центр специализированных видов клинической помощи и медицинских технологий ФМБА России, Москва, Россия.
Типтева Т. А. — аспирант кафедры терапии, кардиологии и функциональной диагностики с курсом нефрологии, Чумакова О. С. — к.м.н., доцент кафедры терапии, кардиологии и функциональной диагностики с курсом нефрологии, Затейщиков Д. А.* — д.м.н., руководитель первичного сосудистого отделения, профессор кафедры терапии, кардиологии и функциональной диагностики с курсом нефрологии, в.н.с. лаборатории генетики.
*Автор, ответственный за переписку (Corresponding author): dz@bk.ru
АС — аортальный стеноз, АК — аортальный клапан, МКМ — межклеточный матрикс, СРБ — С-реактивный белок, ВМР — костные морфогенетические белки, ММР — металлопротеиназа, ССС — сердечно-сосудистая система.
Рукопись получена 30.07.2015 Рецензия получена 03.08.2015 Принята к публикации 10.08.2015
MOLECULAR-GENETIC FACTORS, ASSOCIATED WITH AORTIC STENOSIS DEVELOPMENT
1 1 12 3
Tipteva TA. , Chumakova O. S. , Zateyshchikov D. A. '
Aortic stenosis (AS) is one of the most prevalent valvular heart disorders in patients older than 65 years. Regardless the studied molecular mechanisms of development and progression of the disease, surgical treatment is recently the only successful method of help. Due to lots of comorbidities of older patients, there are obstacles to recommend surgical valve replacement, even knowing an adverse prognosis of conservative treatment. Search for new approaches to earlier assessment of adverse risk factors, speed of progression of this disease, would help to evaluate the necessity of earlier treatment and could make to slow down the progression of the disease. One of directions for this — is a search for genetic markers. This review focuses on the main known molecular mechanisms and genetic markers related to them, that are associated with AS.
Russ J Cardiol 2015, 10 (126): 99-106
http://dx.doi.org/10.15829/1560-4071-2015-10-99-106
Key words: aortic stenosis, hereditary predisposition
1FSBI APE Central state medical Academy of the administrative Department of the President of the Russian Federation, Moscow; 2SBHI City Clinical Hospital №51 HD of Moscow, Moscow; 3FSBI Federal Scientific-Clinical Center of Specialized Types of Clinical Assessment and Medical Technologies FMBA Russia, Moscow, Russia.
Аортальный стеноз (АС) представляет собой самый частый тип клапанного поражения сердца в пожилом возрасте в развитых странах [1, 2]. Поскольку единственным возможным способом лечения является хирургическая коррекция порока, крайне важно иметь возможность выявить данное заболевание тогда, когда операция выполнима. Поиск новых подходов для ранней оценки неблагоприятных прогностических факторов, скорости прогрессии заболевания с учетом биохимических и генетических маркеров необходим для того, чтобы оценить необходимость более раннего лечения и выявить новые механизмы возможного замедления прогрессирова-ния заболевания. В последнее время, в связи с прогрессом, достигнутым в разработке методов изучения
генома, появилась возможность провести изучение формирования врожденной предрасположенности к данному заболеванию.
Нами суммированы основные исследованные молекулярные механизмы и связанные с ними генетические маркеры, ассоциированные с развитием АС.
Известно, что больные, имеющие наследственный анамнез АС, имеют более высокий риск развития порока [3]. Наследственная предрасположенность к АС, особенно в случае выявления этого порока у близких родственников, была изучена в популяци-онном исследовании жителей Юты Home BD, et al. [4]. Во Франции также были выявлены 5 семей с наследственным характером развития АС [5].
Таблица 1
Генетические ассоциации, связанные с развитием АС
Ген Хромосомное расположение Генетический вариант Эффект (аллель, однонуклеотидный полиморфизм) Количество больных АС/группа контроля Фенотип Популяция,страна Автор
VDR 12q13.11 BsmI +(B) 100/100 АС Германия Ortlepp, et al.
APOB 2p24-p23 Xbal +(X+) 62/62 АС Бразилия Avakian, et al.
rs1042031 НП 457/3294 АС Канада Gaudreault N,
rs6725189 НП et al.
APOE 19q13.2 изоформы +(E2) 62/62 АС Бразилия Avakian, et al.
+ (E4) 43/759 АС США Novaro, et al.
PON1 7q21-22 Q192R НП 67/251 АС Португалия Moura LM, et al.
ESR1 6q25.1 918 T/C (PvuII) +(p) 41/41 АС Швеция (женщины в постменопаузе) Nordstrom, et al.
IL10 1q31-q32 -1082 G/A +(G) 187/0 Кальцификация АК Германия Ortlepp, et al.
-819 C/T +(C)
592 C/A + (C)
NOTCH1 9q23-35 R1108X НП 5 поколений АС США Garg V, et al.
H1505del НП семьи
pT596M НП
pP1797H НП
rs13290979 НП 457/3294 АС Франция, Канада Ducharme V, et al.
LPA(a) 6q25-q26 rs10455872 +(G) 6942/5301 АС Европа, США, Thanassoulis G,
в т.ч. испано — et al. американская и афроамериканская
MYO7A 11q13.5 rs2276288 НП 265/961 АС США Ellis SG, et al.
AGTR1 3q24 rs5194 НП
ELN 7q11.23 rs2071307 НП
LTBR 12p13 rs35681405 НП
GUCY26P 10 rs10885330 НП
VEGF-A 6p12 pArg325X НП 2 поколения АС Китай Zhao W, et al.
семьи
Сокращения: НП — нуклеотидный полиморфизм, АС — аортальный стеноз, АК — аортальный клапан.
По данным исследования с участием 1871 больного с артериальной гипертензией (Hypertension Genetic Epidemiology Network Study), выявлена ассоциация с семейной формой АС с полиморфизмом локуса 16-й хромосомы - 16q22.1-q22.3 (ОШ: 3,14) , 19-й хромосомы - 19р13.11-р11(ОШ: 2,88), 1-й - 1q42 (ОШ: 2,12), 16-й- 16q22.1-q22.3 (ОШ: 2,63). Кроме того, выявлена вероятная ассоциация АС с полиморфизмом локуса 2q37 (ОШ:2,03) [6].
Однако факторы, объясняющие наследственный характер АС, продолжают оставаться не изученными. Теоретически, наследственную предрасположенность к развитию АС следует искать среди генов, кодирующих белки - участники патогенеза АС, т.е. белки процессов кальцификации, воспаления, ремоделиро-вания межклеточного матрикса, нарушения липид-ного обмена, ангиогенеза.
Результаты генетических исследований у больных АС и выявленные генетические ассоциации с развитием АС приведены в таблице 1.
Молекулярно-генетические механизмы кальцификации при АС
В развитии АС принимают участие структурные компоненты аортального клапана (АК): клеточные элементы и межклеточный матрикс (МКМ). В настоящее время молекулярные механизмы развития АС наиболее полно изучены на примере нескольких путей развития кальцификации АК. Компонентами МКМ являются фибробласты и белки МКМ, играющие регуляторную роль. В экспериментах in vivo было показано, что в стенотически измененных клапанах фибробласты приобретают свойства плюрипотент-ных клеток, способных к остеобластической диффе-
ренцировке. "Активированные" фибробласты (или миофибробласты) имеют сходные свойства с остеобластами костной ткани и обладают возможностью синтезировать остеогенные медиаторы [7].
Наиболее изученными регуляторными путями экспрессии остеогенных медиаторов "активированными фибробластами" являются: пути трансформирующих факторов роста (TGFpi и р3), в том числе костных морфогенетических белков (bone morphogenetic protein — BMP), Wnt, RANK/RANKL и Notchl пути. Каскад основных путей молекулярных взаимодействий, принимающих участие в процессе кальцификации, представлен на рисунке 1. Результатом является активация белков — транскрипционных факторов RUNX2/Cbfa1(Runx2), MSX2, Osterix, регулирующих в костной ткани дифференцировку плю-рипотентных мезенхимальных клеток в незрелые остеобласты, зрелые остеобласты и затем в остео-циты. В частности, RUNX2 непосредственно стимулирует транскрипцию генов, кодирующих остеокаль-цин, коллаген I типа, остеопонтин и матриксную металлопротеиназу 3 типа (ММР3) [8, 9]. Наряду с вышеперечисленными механизмами, активация RUNX2 возможна при воздействии других факторов: компонентов МКМ (интегринов), фактора роста фибробластов — 2 (FGF-2), механическом и гормональном (паратиреоидный гормон) воздействии [10].
TGFp-связанный каскад молекулярных взаимодействий
Трансформирующий фактор роста р, имеющий 3 изоформы (TGFpi/2/3) — многофункциональный цитокин и фактор роста для многих клеток. Связываясь с TGFp рецептором II типа, активизирует фосфо-рилирование рецептора TGFp I типа. В свою очередь, рецептор фосфорилирует регуляторный белок SMAD2/3, связывающийся с коферментом SMAD4 в единый комплекс, который транспортируется в ядро и функционирует как транскрипционный фактор клеточного роста, пролиферации и апоптоза [11]. TGFpi наряду с процессами кальцификации, обладает известной способностью регулировать остеобла-стическую трансдифференцировку фибробластов [12, 13], влиять на высвобождение белков BMP, инги-бировать апоптоз остеобластов [14] и активировать дифференцировку остеокластов [15]. Также были выявлены способности TGFp1: индуцировать экспрессию а-актина гладкомышечных клеток в клапанах сердца, индуцировать процессы апоптоза клеток МКМ клапанов [16], влиять на синтез фибробластами коллагена I и III типа, обнаруживаемых при АС [17]. Все это также позволяет отнести TGFp1 к биомаркерам фиброза и ремоделирования МКМ.
Данные об активности TGFp1 пути в патогенезе АС подтверждены в экспериментальных моделях на животных [13], а также данными исследований
Межклеточный матрикс
TGFp
атрикс - +
TGFp BMP Wnt RANKL
Frizzled Ja:
II U ь-
Остеопротегерин TNF-a
Wnt_ , RANKL Notch1
Jagged Delta
RANK
TGFRI TGFRII
BMPRIl BMPRII P-catenin
SMAD1/5/8 P P SMAD4
P ATF2 P
Цитоплазма SMAD2/3 SMAD4
NICD
ERK1/2
Ядро
CSL
NICD
Цитоплазма
Экспрессия: Runx2'
•Остеопонтин t •Остеокальцин
Рис. 1. Молекулярные механизмы кальцификации.
с количественной ПЦР, показавшей повышенный уровень экспрессии мРНК генов TGFfil, щелочной фосфатазы и ММР-9 в кальцинированном аортальном клапане больных АС [18].
В отношении генетических полиморфизмов TGFfil получены противоречивые данные. Полиморфизм TGFfil (509 C/T) — отсутствие С аллеля — изучался в исследовании Nordstrom P, et al., где была выявлена недостоверная тенденция к его ассоциации с аортальным склерозом (р=0,10) у женщин в постменопаузе [19]. В исследовании Anger T, et al. с участием 20 больных с АС, в кальцинированных клапанах была выявлена повышенная экспрессия гена TGFfil и гена белка сосудистой адгезии (vascular adhesion protein — 1 (VAP1)). Однако, в более крупных исследованиях по изучению генетических полиморфизмов TGFfil с развитием критического АС полиморфизм TGFfil (в частности rs6957) не показал своей связи с АС [20]. Также данные об экспрессии гена TGFfil в кальцинированном клапане не были подтверждены в более позднем исследовании на ограниченной выборке больных (5 чел.) [21].
Костные морфогенетические белки (BMP) — сигнальные пути
BMP — группа цитокинов, принадлежащих к суперсемейству TGFp и объединенных общим про-остеогенным потенциалом. Регуляция BMP осуществляется подобно TGFp — через систему SMAD. Однако для активации BMP пути требуется участие дополнительных кофакторов: ATF2, AP-1, AML со специфическими сайтами связывания с ДНК. Кофакторы необходимы для идентификации целевых генов для синтеза проостеогенных белков — Runx2
и MSX2 [22, 23]. Помимо эктопического остеоген-ного потенциала, BMP известны своей способностью влиять на активность моноцитов, эпителиальных и нервных клеток. Активность BMP — пути при АС подтверждается выявленным повышенным уровнем экспрессии BMP 2 и 4 типа в кальцинированном АК [24]. Также известно, что BMP 2 и 4 усиливают активность и экспрессию щелочной фосфатазы и остео-кальцина — маркеров кальцификации в клетках межклеточного матрикса клапанов сердца [12].
Wnt/ в — катениновый путь
Wnt — белки относятся к семейству секретируе-мых белков, регулирующих дифференцировку клеток в процессе остеогенеза. Связь Wnt на поверхности клеток с рецепторами семейства Frizzled и LRP способствует увеличению уровня р-катенина в цитоплазме клеток, который, в свою очередь, проникает в ядро и формирует с T-клеточным фактором (TCF) ДНК-связывающий комплекс [25, 26]. К целевым Wnt генам относятся Runx2, RANKL—лиганды, остео-кальцин, Jaggedl и ИЛ-8 (http://www.stanford. edu/~rnusse/pathways/targets.html) и Tcf7 и LEF1. Активаторами Wnt-пути являются: BMP белки, TNF-а, оксидативный стресс. Участие этого механизма при АС подтверждено в экспериментальных моделях: увеличение концентрации LRP5 рецептора выявлено в АК кроликов с АС [27].
RANK/RANKL — путь
RANKL — цитокин, относящийся к TNF-а суперсемейству, представляет собой трансмембранный белок на поверхности остеобластов, стромальных клеток, Т-клеток и эндотелия. RANKL-лиганд для активации рецептора NF-kB — RANK на поверхностях остеокластов. RANKL стимуляция рецептора ведет одновременно к активации остеокластогенеза, а также к стимуляции экспрессии Runx2 у больных с АС [28]. Остеопротегерин является ингибитором RANK/RANKL пути, а TNF-a — наоборот, его активатором. Так, при АС был выявлен пониженный уровень остеопротегерина наряду с повышенной экспрессией RANKL [28]. RANK/RANKL путь также непосредственно способствует накоплению кальция в МКМ.
Notch — сигнальный путь
Семейство Notch состоит из 4х трансмембранных белков (Notch1-4) и 5 лигандов (Delta — like 1,3,4 и Jagged 1, 2), расположенных на клеточной мембране. При активации рецептора образуется его внутриклеточный домен (NICD), мигрирующий в клеточное ядро, где формирующийся комплекс с транскрипционным фактором CSL, NICD активирует гены: Hes и Hrt семейств, ответственных за развитие сердечно-сосудистой системы (ССС) (дифференци-
ровку клеток и контроль фенотипа гладкомышечных клеток). In vitro была выявлена способность Notchl ингибировать проостеогенный транскрипционный фактор Runx2 [29]. В случае возникновения определенной мутации в Notchl гене отмечалось развитие кальцификации АК, что было связано с повышением экспрессии Runx2 [30, 31]. Также повышенная экспрессия рецептора Notch1 и его лиганда Lagged1 была выявлена в кальцинированных атеросклеротических бляшках [32].
Наилучшим образом процессы кальцификации с максимально возможным количеством генетических полиморфизмов были изучены на примере гена Notchl в работе Garg V, et al. у ограниченной группы больных с АС, составляющих 5 поколений семьи. В ходе исследования были выявлены следующие мутации этого гена: R1108X, H1505del, pT596M, p.P1797H, ассоциированные с развитием АС [31]. Однако, в более позднем исследовании с участием 457 франко-канадских больных с тяжелым АС при изучении 14 генетических вариантов мутации этого гена, включающих вышеперечисленные варианты, был обнаружен лишь 1 тип нуклеотидного полиморфизма, достоверно связанный с АС rs13290979 (p=0,003). Тем не менее, он не имел популяционной значимости [33].
Кальциевый обмен
Развитие АС тесно связано с нарушением кальциевого обмена, что подтверждается его развитием на фоне хронической почечной недостаточности и при многократном гемодиализе [34, 35]. Патологическая кальцификации в ССС связана также с процессами потери минеральной плотности костной ткани [36].
Известно, что уровень сывороточного кальция регулируется витамином Д (дигидроксихолекальци-
2 3
феролЧ,25-(ОН) -D ), который образуется путем
гидроксилирования из 25-гидроксихолекальцифе-
3
рола (25-OH-D ). Процесс гидроксилирования индуцируется паратгормоном, который, в свою очередь, активируется в зависимости от концентрации ионизированного кальция на поверхности клеток паращи-товидной железы. Помимо обмена витамина Д, паратгормон увеличивает деминерализацию костной ткани за счет активации остеокластов, усиливает реабсорбцию кальция в почечных канальцах и снижает реабсорбцию фосфора. Связь нарушений кальциевого обмена с развитием АС была выявлена в работах Lindroos и Linhartova, et al. Повышенная секреция
паратиреоидного гормона, низкий уровень витамина
3
Д (25-гидроксихолекальциферола (25-OH-D ) и высокий уровень сывороточного кальция ассоциировались с наличием АС [37, 38].
При генетических исследованиях полиморфизм BsmI витамина Д был изучен на примере 100 больных
2
с критическим AC(S АК <1 см ). Частота встречаемости В аллеля гена витамина Д была на 35% выше у больных с АС, чем в группе контроля (соответствующей по полу, возрасту, наличию или отсутствию ИБС) (р=0,001) [39]. Связь В аллеля витамина Д с развитием АС объясняется авторами тем, что у носителей аллеля выявляется худшая абсорбция кальция, его быстрая потеря, что обуславливает повышенную секрецию паратгормона и, как следствие, развитие АС. Однако, существуют данные о возможном влиянии на метаболизм кальция различных вариантов рецепторов к витамину Д.
Молекулярно-генетические механизмы процессов воспаления при АС
Провоспалительные цитокины — белки с плейо-тропным типом действия, регулирующие лейкоцитарную активность. Наиболее изученными при АС являются: высокочувствительный С-реактивный белок (СРБ) [40], растворимые межклеточные молекулы адгезии (sICAM-1) [41], циркулирующие растворимые рецепторы конечных продуктов гликози-лирования (AGE) — sRAGES [42], IL6, IL1 ß, ФНО-а (TNF-а), фибриноген, белок теплового шока 60 (Hsp60), растворимый тканевой фактор (sTF), растворимый Е-селектин [43].
TNF-a считается центральным участником процессов воспаления в развитии и прогрессии АС. Это подтверждается следующими данными: активация sRAGES (молекул, ассоциированных с кальцифика-цией ССС) связана с увеличением концентрации TNF-a [44], in vitro добавление TNF-a к культивируемым клеткам МКМ АК активирует BMP-путь и каль-цификацию клапана [45]. Также известна способность TNF-a усиливать экспрессию молекул адгезии: Е-селектин, Р-селектин и ICAM-1 [46]. Следует отметить, что TNF-a в эксперименте наиболее интенсивно индуцировал накопление кальция в тех клапанах, где уже начался процесс АС, что свидетельствует о возможной генетической/эпигенетической регуляции степени выраженности порока [45]. С точки зрения генетических исследований TNF-a, известно лишь о повышенном уровне экспрессии гена в АК [46], так же, как и в отношении ICAM-1, молекул адгезии сосудистого эндотелия 1 типа (vascular cell adhesion molecule-1 — VCAM-1) и hsp60 [47].
Генетические полиморфизмы провоспалительных цитокинов при АС наиболее изучены на примере интерлейкинов, в частности интерлейкина 10 (IL10), однако были получены противоречивые данные. Так, в работе Ortlepp JR, et al., высокая частота аллелей (rs1800896, rs1800871, and rs1800872), связанных с высоким уровнем IL10 ассоциировалась с развитием заболевания [39]. Gaudreault N, et al. также показали связь полиморфизмов интерлейкина 10 (IL10), особенно промотерного полиморфизма
(rs1800872), влияющего на продукцию цитокина, с развитием АС. При этом, высокая частота встречаемости аллеля была связана, наоборот, с низкой концентрацией IL10, что ассоциировалось с развитием АС (р=6,2х10 ). Полученные данные объяснялись известным выраженным противовоспалительным эффектом цитокина [20]. В работе Ortlepp JR, et al. также получены данные о наличии связи генетических полиморфизмов с тяжестью заболевания, со степенью кальцификации АК.
Молекулярно-генетические механизмы
процессов фиброза и ремоделирования МКМ при АС
Механизмы ремоделирования МКМ при АС были изучены на примере ММР и катепсинов, ферментов, участвующих в деградации межклеточного матрикса: ММР 1,2,3,7,9,12 и их ингибиторов (TIMP1,2,3,4), катепсинов S, K, V, G, трансформирующего фактора роста ßl(TGFßl) [16, 48-50], TNF-a [51], тенасцина С [52]. Генетические полиморфизмы ММР и катеп-синов не изучались, однако высокий уровень экспрессии гена ММР (в частности, ММР 1,7,9,12) и ТИМР 1,2 в образцах самих клапанов при морфологическом исследовании был ассоциирован с АС [21].
Молекулярно-генетические механизмы липидного обмена при АС
Широко известна роль факторов риска сердечнососудистых заболеваний в отношении АС. Так, известно, что возраст, мужской пол, курение в анамнезе, высокие уровни ЛПНП, ЛПа, холестерина являются независимыми факторами риска АС.
Генетические маркеры липидного обмена остаются одним из наиболее изучаемых направлений для генетических исследований АС. Несмотря на наличие достоверных данных о связи некоторых генов липидного обмена с развитием АС, неизвестно, участвуют ли непосредственно сами гены в развитии заболевания, или их эффект опосредован дополнительными механизмами (например, гиперлипиде-мией — фактором риска АС). В одном из наиболее крупных исследований Thanassoulis G, et al. с участием 6942 больных: однонуклеотидный полиморфизм в локусе липопротеина а (ЛПа) rs10455872 был ассоциирован с развитием АС (для аллеля ОШ 2,05; р=9,0х10 ) и достиг уровня геномной значимости. Исследование было подтверждено для европейской, афроамериканской и испано-американской когорты пациентов (р<0,05 для всех групп). В исследовании также изучался плазменный уровень ЛПа в 2х когортах больных (Framingham Heart Study(FHS) и the Age, Gene/Environment Susceptibility Reykjavik Study (AGES-RS)), коррелировавший с частотой выявления G-аллеля и с выявлением АС. Относительный риск развития АС в 2х когортах больных при наличии
полиморфизма ЛПа составил 60-68% (ОШ 1,62, р=1х10 ). Связь же с прогнозом заболевания не изучалась [53].
По данным Novaro GM, et al., согласно исследованию, в котором принимало участие 802 больных (43 больных с АС и 759 больных группы контроля) 4-й аллель аполипопротеина Е (apoE4) был независимым предиктором развития АС (ОШ 1,94, 95% ДИ, 1,013,71, р=0,046) [54]. Результаты этого исследования ограничены небольшим количеством больных с АС (43), у 23 из которых была выявлена еще и кальцифи-кация митрального клапана.
Однонуклеотидные полиморфизмы гена аполипо-протеина В (АРОВ) были изучены Gaudreault N, et al. у 457 больных с АС [20]. Миссенс мутация в гене АРОВ (rs1042031) была достоверно связана с АС (р=0,00001), однонуклеотидный полиморфизм АРОВ стоп-кодона (rs6725189) также был достоверно связан с развитием АС (р=0,000013). Следует отметить, что в этом исследовании изучалась связь полиморфизмов с тяжестью заболевания: больные с более чем одним аллелем АРОВ полиморфизмов имели более тяжелую степень АС. Таким образом, был сделан вывод о том, что более тяжелые фенотипические проявления АС неоднозначно связаны с пожилым возрастом, что еще раз подтверждает генетическую составляющую развития АС.
В исследовании Avakian SD, et al. изучалась распространенность: аполипопротеита А-1 (АРОА1) A/G мутации, инсерции/дилеции АРОВ сигнального белка, рестрикционного фрагмента АРО В XbaI и полиморфизмы аполипопротеина Е (АРОЕ) у 62 больных с критическим АС, доказана связь генотипа АРО В XbaI X+/X+ (p=0,007) и АРО Е2 аллеля с развитием АС [55].
По данным Nordstrom P, et al., полиморфизм эстрогенового рецептора a (PvuII), (ранее известного наличием ассоциации с липидным обменом и коронарным атеросклерозом) в виде высокой частоты р аллеля (р=0,03) независимо связан с развитием склероза АК (у 41 женщины в постменопаузе) [19]. PvuII полиморфизм также был связан с высоким уровнем общего холестерина (р=0,02) и ЛПНП (р=0,04).
При изучении липидного обмена при АС Moura LM, et al. обратили внимание на параоксаназу 1 (PON1) — фермент с антиоксидантными свойствами, синтезируемый в печени и высоко ассоциированный с ЛПВП. В своей работе они показали, что наличие мутации Q192R в гене PON1 связано с развитием АС (р=0,03) [56]
Молекулярно-генетические механизмы неоангиогенеза в АК при АС
Наличие процессов неоангиогенеза в патогенезе АС подтверждается во многих исследованиях [47, 57-59]. Так, фактор роста сосудистого эндотелия
VEGF и его два рецептора Flt1 и Klk1 ассоциированы с процессами неореваскуляризации в АК при АС [57, 58]. Остеонектин (или SPARC), секретируемый белок, участвующий в процессах неореваскуляризации и воспаления (активирует ММР 9) также экспресси-руется в АК при АС [59], экспрессия хондромодулина I — антагониста процессов неореваскуляризации, снижена при АС [60]. Активация неоангиогенеза при АС находится в сильной взаимосвязи с процессами воспаления: в исследованиях неоднократно было замечено повышение уровня экспрессии проангио-генных биомаркеров локально в месте участков воспаления, также была выявлена способность прово-спалительного цитокина TNF-а усиливать секрецию VEGF [61]. Группой китайских исследователей был выявлен генетический полиморфизм в гене VEGF на примере 2-х поколений одной семьи, ассоциированный с развитием АС [62].
В ряде генетических исследований больных с АС были обнаружены полиморфизмы генов с неуточ-ненным механизмом влияния на развитие порока. В исследовании Ellis SG, et al., с участием 265 больных с умеренным и критическим АС и 961 больного без АС определена корреляция следующих однонук-леотидных полиморфизмов: ген MYO7A (rs2276288), p=0,001, AGTR1 (rs5194), p=0,004, ELN (rs2071307), p=0,005, LTBR (rs35681405), р=0,006, GUCY26P (rs10885330), р=0,006 с развитием АС. Ген MYO7A кодирует нетрадиционный миозин (присутствующий не только в мышечных клетках), ассоциированный с редкими наследственными синдромами глухоты и риском развития меланомы. AGTR1 ген кодирует рецептор ангиотензина I типа, связан со снижением ангиотензиновой активности, кальцификацией коронарных артерий. ELN ген кодирует один из основных составных компонентов межклеточного матрикса — эластин, мутации и делеции в этом гене наблюдаются у детей с надклапанным АС и с анетодермией (разновидностью очаговой первичной атрофии кожи) [63].
Каскады молекулярно-генетических путей при АС тесно связаны между собой, активация одних путей может регулировать запуск других. Так, выявлены данные о взаимосвязи сигнальных путей кальцификации АК: Notch и RANK/RANKL, Wnt, TGFp [64]. BMP (в частности, BMP2) наряду с активацией собственного пути способен индуцировать каскады TGFp, Wnt и Notch [23, 65]. Активация каскада TGFp — пути может ингибировать Wnt-ZP-катениновый путь [66]. Существуют данные о взаимодействии между прово-спалительными факторами и компонентами деградации МКМ: TNF-а может стимулировать экспрессию ММР на поверхности миофибробластов АК [43].
Помимо изучения молекулярных путей развития АС, генов и генетических вариантов, существует отдельное направление генетических исследований — изучение эпигенетической регуляции. В основе
эпигенетической регуляции лежат механизмы изменения экспрессии генов, не затрагивающие последовательность нуклеотидов в ДНК. Ацетилирование белков - гистонов и метилирование ДНК - основные механизмы эпигенетической регуляции экспрессии генов, известные при АС. Ацетилирование гисто-нов, нарушающее связывание транскрипционных факторов, регулируется гистон — деацетилазами I-IV классов [67]: I (HDAC3) и III (Sirts) классы принимают участие в процессах кальцификации ССС. HDAC3 способен подавлять активность Runx2 и предотвращать патологическую остеобластическую диф-ференцировку [68], Sirt1 подавляет процессы воспаления и активацию эндотелиальных клеток [69].
Участие процессов метилирования ДНК в развитии кальцификации ССС было подтверждено экспериментально in vitro. Метилирование промотерной зоны ДНК, кодирующей актин гладкомышечных клеток было связано с их кальцификацией, a при добавлении деметилирующего агента кальцификация значительно уменьшалась [70].
Таким образом, АС представляет сложный патологический процесс с множественными, до конца не изученными молекулярными механизмами разви-
Литература
1. livanainen AM, Lindroos M, Tilvis R, et al. Natural history of aortic valve stenosis of varying severity in the elderly. Am J Cardiol 1996, 78(1): 97-101.
2. Stewart BF, Siscovick D, Lind BK, et al. Clinical factors associated with calcific aortic valve disease. Cardiovascular Health Study. J Am Coll Cardiol 1997, 29(3): 630-4.
3. Le Gal G, Bertault V, Bezon E, et al. Heterogeneous geographic distribution of patients with aortic valve stenosis: arguments for new aetiological hypothesis. Heart 2005, 91(2): 247-9.
4. Horne BD, Camp NJ, Muhlestein JB, et al. Evidence for a heritable component in death resulting from aortic and mitral valve diseases. Circulation 2004, 110(19): 3143-8.
5. Probst V, Le Scouarnec S, Legendre A, et al. Familial aggregation of calcific aortic valve stenosis in the western part of France. Circulation 2006, 113(6): 856-60.
6. Bella JN, Tang W, Kraja A, et al. Genome-wide linkage mapping for valve calcification susceptibility loci in hypertensive sibships: the Hypertension Genetic Epidemiology Network Study. Hypertension 2007, 49(3): 453-60.
7. Rajamannan NM, Subramaniam M, Rickard D, et al. Human Aortic Valve Calcification Is Associated With an Osteoblast Phenotype. Circulation 2003, 107(17): 2181-4.
8. Ducy P, Zhang R, Geoffroy V, et al. Osf2/Cbfa1: a transcriptional activator of osteoblast differentiation. Cell 1997, 89(5): 747-54.
9. Kern B, Shen J, Starbuck M, et al. Cbfa1 Contributes to the Osteoblast-specific Expression of type I collagen Genes. J Biol Chem 2001, 276(10): 7101-7.
10. Franceschi R, Xiao G. Regulation of the osteoblast-specific transcription factor, Runx2: responsiveness to multiple signal transduction pathways. J Cell Biochem 2003, 88(3): 446-54.
11. Gordon K, Blobe G. Role of transforming growth factor-beta superfamily signaling pathways in human disease. Biochim Biophys Acta 2008, 1782(4): 197-228.
12. Osman L, Yacoub MH, Latif N, et al. Role of Human Valve Interstitial Cells in Valve Calcification and Their Response to Atorvastatin. Circulation 2006, 114(1_suppl): I-547-52.
13. Walker GA, Masters KS, Shah DN, et al. Valvular Myofibroblast Activation by Transforming Growth Factor-{beta}: Implications for Pathological Extracellular Matrix Remodeling in Heart Valve Disease. Circ Res 2004, 95(3): 253-60.
14. Chua CC, Chua BH, Chen Z, et al. TGF-beta1 inhibits multiple caspases induced by TNF-alpha in murine osteoblastic MC3T3-E1 cells. Biochim Biophys Acta 2002, 1593(1): 1-8.
15. Chambers T. Regulation of the differentiation and function of osteoclasts. J. pathology 2000, 192(1): 4-13.
16. Jian B, Narula N, Li Q-y, et al. Progression of aortic valve stenosis: TGF-{beta}1 is present in calcified aortic valve cusps and promotes aortic valve interstitial cell calcification via apoptosis. Ann Thorac Surg 2003, 75(2): 457-65.
17. Khan R, Sheppard R. Fibrosis in heart disease: understanding the role of transforming growth factor-beta in cardiomyopathy, valvular disease and arrhythmia. Immunology 2006, 118(1): 10-24.
тия, генетическая основа которого может помочь установить ключевые звенья в патогенезе заболевания, позволит оценить необходимость более раннего лечения и выявить новые механизмы замедления прогрессии заболевания.
Изучение генетических факторов является перспективным направлением в изучении АС, поскольку клинические, эхокардиографические данные не всегда в полной мере могут предсказать активность патологического процесса у конкретного больного, а также скорость прогрессии порока, особенно на начальных этапах и при бессимптомном течении заболевания. Тем не менее, в настоящее время количество генетических исследований весьма ограничено. Возможными путями исследования генетических факторов при АС могут быть: целенаправленное изучение отдельно взятого гена с выявлением максимально возможных генетических полиморфизмов (как было исследовано для гена N0^1) и их ассоциаций с развитием АС, а также изучение уже известных генетических полиморфизмов с большей по численности выборкой больных с АС, с изучением связи с прогнозом заболевания, что будет иметь значение в отношении практического применения полученных результатов.
18. Clark-Greuel JN, Connolly JM, Sorichillo E, et al. Transforming growth factor-ß1 mechanisms in aortic valve calcification: increased alkaline phosphatase and related events. The Annals of thoracic surgery 2007, 83(3): 946-53.
19. Nordstrom P, Glader CA, Dahlen G, et al. Oestrogen receptor alpha gene polymorphism is related to aortic valve sclerosis in postmenopausal women. J Intern Med 2003, 254(2): 140-6.
20. Gaudreault N, Ducharme V, Lamontagne M, et al. Replication of genetic association studies in aortic stenosis in adults. Am J Cardiol 2011, 108(9): 1305-10.
21. Bosse Y Miqdad A, Fournier D, et al. Refining molecular pathways leading to calcific aortic valve stenosis by studying gene expression profile of normal and calcified stenotic human aortic valves. Circ Cardiovasc Genet 2009, 2(5): 489-98.
22. Yang X, Meng X, Su X, et al. Bone morphogenic protein 2 induces Runx2 and osteopontin expression in human aortic valve interstitial cells: Role of Smad1 and extracellular signalregulated kinase 1/2. J Thorac Cardiovasc Surg 2009, 138(4): 1008-15.
23. Hruska KA, Mathew S, Saab G. Bone Morphogenetic Proteins in Vascular Calcification. Circ Res 2005, 97(2): 105-14.
24. Kaden J, Bickelhaupt S, Grobholz R, et al. Expression of bone sialoprotein and bone morphogenetic protein-2 in calcific aortic stenosis. J Heart Valve Dis 2004, 13(4): 560-6.
25. Komiya Y Habas R. Wnt signal transduction pathways. Organogenesis 2008, 4(2): 68-75.
26. Pandur P, Maurus D, Kühl M. Increasingly complex: new players enter the Wnt signaling network. Bioessays 2002, 24(10): 881-4.
27. Rajamannan NM, Subramaniam M, CairaF, et al. Atorvastatin Inhibits Hypercholesterolemia-Induced Calcification in the Aortic Valves via the Lrp5 Receptor Pathway. Circulation 2005, 112(9_suppl): I-229-34.
28. Kaden J, Bickelhaupt S, Grobholz R, et al. Receptor activator of nuclear factor kappaB ligand and osteoprotegerin regulate aortic valve calcification. J Mol Cell Cardiol 2004, 36(1): 57-66.
29. Engin F, Yao Z, Yang T, et al. Dimorphic effects of Notch signaling in bone homeostasis. Nat Med 2008, 14(3): 299-305.
30. Meier-Stiegen F, Schwanbeck R, Bernoth K, et al. Activated Notch1 target genes during embryonic cell differentiation depend on the cellular context and include lineage determinants and inhibitors. PLoS One 2010, 5(7): e11481.
31. Garg V, Muth AN, Ransom JF, et al. Mutations in NOTCH1 cause aortic valve disease. Nature 2005, 437(7056): 270-4.
32. Shimizu T, Tanaka T, Iso T, et al. Notch Signaling Induces Osteogenic Differentiation and Mineralization of Vascular Smooth Muscle Cells Role of Msx2 Gene Induction via Notch-RBP-Jk Signaling. Arteriosclerosis, thrombosis, and vascular biology 2009, 29(7): 1104-11.
33. Ducharme V, Guauque-Olarte S, Gaudreault N, et al. NOTCH1 genetic variants in patients with tricuspid calcific aortic valve stenosis. J Heart Valve Dis 2013, 22(2): 142-9.
34. Maher ER, Young G, Smyth-Walsh B, et al. Aortic and mitral valve calcification in patients with end-stage renal disease. Lancet 1987, 2(8564): 875-7.
35. McFalls EO, Archer SL. Rapid progression of aortic stenosis and secondary hyperparathyroidism. Am Heart J 1990, 120(1): 206-8.
36. Vattikuti R, Towler DA. Osteogenic regulation of vascular calcification: an early perspective. Am J Physiol Endocrinol Metab 2004, 286(5): E686-96.
37. Lindroos M, Kupari M, Valvanne J, et al. Factors associated with calcific aortic valve degeneration in the elderly. European heart journal 1994, 15(7): 865-70.
38. Linhartova K, Veselka J, Sterbakova G, et al. Parathyroid hormone and vitamin D levels are independently associated with calcific aortic stenosis. Circ J 2008, 72(2): 245-50.
39. Ortlepp JR, Hoffmann R, Ohme F, et al. The vitamin D receptor genotype predisposes to the development of calcific aortic valve stenosis. Heart 2001, 85(6): 635-8.
40. Imai K, Okura H, Kume T, et al. C-Reactive protein predicts severity, progression, and prognosis of asymptomatic aortic valve stenosis. Am Heart J 2008, 156(4): 713-8.
41. Shavelle DM, Katz R, Takasu J, et al. Soluble intercellular adhesion molecule-1 (sICAM-1) and aortic valve calcification in the multi-ethnic study of atherosclerosis (MESA). J Heart Valve Dis 2008, 17(4): 388-95.
42. Basta G, Corciu AI, Vianello A, et al. Circulating soluble receptor for advanced glycation end-product levels are decreased in patients with calcific aortic valve stenosis. Atherosclerosis 2010, 210(2): 614-8.
43. Kaden JJ, Dempfle CE, Grobholz R, et al. Interleukin-1 beta promotes matrix metalloproteinase expression and cell proliferation in calcific aortic valve stenosis. Atherosclerosis 2003, 170(2): 205-11.
44. Csiszar A, Ungvari Z. Endothelial dysfunction and vascular inflammation in Type 2 diabetes: interaction of AGE/RAGE and TNF-a signaling. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2008, 295(2): H475-6.
45. Yu Z, Seya K, Daitoku K, et al. Tumor Necrosis Factor-a Accelerates the Calcification of Human Aortic Valve Interstitial Cells Obtained from Patients with Calcific Aortic Valve Stenosis via the BMP2-Dlx5 Pathway. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics 2011, 337(1): 16-23.
46. Warnock JN, Nanduri B, Pregonero Gamez CA, et al. Gene profiling of aortic valve interstitial cells under elevated pressure conditions: modulation of inflammatory gene networks. International journal of inflammation 2011, 2011.
47. Mazzone A, Epistolato MC, De Caterina R, et al. Neoangiogenesis, T-lymphocyte infiltration, and heat shock protein-60 are biological hallmarks of an immunomediated inflammatory process in end-stage calcified aortic valve stenosis. J Am Coll Cardiol 2004, 43(9): 1670-6.
48. Aikawa E, Aikawa M, Libby P, et al. Arterial and aortic valve calcification abolished by elastolytic cathepsin S deficiency in chronic renal disease. Circulation 2009, 119(13): 1785-94.
49. Attaran S, Sherwood R, Dastidar MG, et al. Identification of low circulatory transforming growth factor beta-1 in patients with degenerative heart valve disease. Interact Cardiovasc Thorac Surg 2010, 11(6): 791-3.
50. Fondard O, Detaint D, Iung B, et al. Extracellular matrix remodelling in human aortic valve disease: the role of matrix metalloproteinases and their tissue inhibitors. European heart journal 2005, 26(13): 1333-41.
51. Kaden JJ, Dempfle CE, Grobholz R, et al. Inflammatory regulation of extracellular matrix remodeling in calcific aortic valve stenosis. Cardiovasc Pathol 2005, 14(2): 80-7.
52. Jian B, Jones PL, Li Q, et al. Matrix metalloproteinase-2 is associated with tenascin-C in calcific aortic stenosis. Am J Pathol 2001, 159(1): 321-7.
53. Thanassoulis G, Campbell CY Owens DS, et al. Genetic associations with valvular calcification and aortic stenosis. N Engl J Med 2013, 368(6): 503-12.
54. Novaro GM, Sachar R, Pearce GL, et al. Association Between Apolipoprotein E Alleles and Calcific Valvular Heart Disease. Circulation 2003, 108(15): 1804-8.
55. Avakian S, Annicchino-Bizzac J, Grinberg M, et al. Apolipoproteins AI, B, and E polymorphisms in severe aortic valve stenosis. Clin Genet 2001, 60(5): 381-4.
56. Moura LM, Faria S, Brito M, et al. Relationship of PON1 192 and 55 gene polymorphisms to calcific valvular aortic stenosis. Am J Cardiovasc Dis 2012, 2(2): 123-32.
57. Chalajour F, Treede H, Ebrahimnejad A, et al. Angiogenic activation of valvular endothelial cells in aortic valve stenosis. Exp Cell Res 2004, 298(2): 455-64.
58. Soini Y Salo T, Satta J. Angiogenesis is involved in the pathogenesis of nonrheumatic aortic valve stenosis. Hum Pathol 2003, 34(8): 756-63.
59. Charest A, Pepin A, Shetty R, et al. Distribution of SPARC during neovascularisation of degenerative aortic stenosis. Heart 2006, 92(12): 1844-9.
60. Yoshioka M, Yuasa S, Matsumura K, et al. Chondromodulin-I maintains cardiac valvular function by preventing angiogenesis. Nat Med 2006, 12(10): 1151-9.
61. Syvaranta S, Helske S, Laine M, et al. Vascular endothelial growth factor-secreting mast cells and myofibroblasts: a novel self-perpetuating angiogenic pathway in aortic valve stenosis. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2010, 30(6): 1220-7.
62. Zhao W, Wang J, Shen J, et al. A nonsense variation p.Arg325X in the vascular endothelial growth factor-A gene may be associated with congenital tricuspid aortic valve stenosis. Cardiol Young 2012, 22(3): 316-22.
63. Ellis S, Dushman-Ellis S, Luke M, et al. Pilot candidate gene analysis of patients? 60 years old with aortic stenosis involving a tricuspid aortic valve. Am J Cardiol 2012, 110(1): 88-92.
64. Tang Y Urs S, Boucher J, et al. Notch and Transforming Growth Factor-{beta} (TGF{beta}) Signaling Pathways Cooperatively Regulate Vascular Smooth Muscle Cell Differentiation. J Biol Chem 2010, 285(23): 17556-63.
65. Zamurovic N, Cappellen D, Rohner D, et al. Coordinated Activation of Notch, Wnt, and Transforming Growth Factor-ß Signaling Pathways in Bone Morphogenic Protein 2-induced Osteogenesis Notch TARGET GENE Hey1 INHIBITS MINERALIZATION AND Runx2 TRANSCRIPTIONAL ACTIVITY Journal of Biological Chemistry 2004, 279(36): 37704-15.
66. Chen JH, Chen WL, Sider KL, et al. Beta-catenin mediates mechanically regulated, transforming growth factor-beta1-induced myofibroblast differentiation of aortic valve interstitial cells. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2011, 31(3): 590-7.
67. de Ruijter AJ, van Gennip AH, Caron HN, et al. Histone deacetylases (HDACs): characterization of the classical HDAC family. Biochem J 2003, 370(Pt 3): 737-49.
68. Schroeder TM, Kahler RA, Li X, et al. Histone Deacetylase 3 Interacts with Runx2 to Repress the Osteocalcin Promoter and Regulate Osteoblast Differentiation. Journal of Biological Chemistry 2004, 279(40): 41998-2007.
69. Stein S, Schafer N, Breitenstein A, et al. SIRT1 reduces endothelial activation without affecting vascular function in ApoE-/- mice. Aging (Albany NY) 2010, 2(6): 353-60.
70. de Oca AM, Madueno JA, Martinez-Moreno JM, et al. High-phosphate-induced calcification is related to SM22a promoter methylation in vascular smooth muscle cells. J. Bone and Mineral Research 2010, 25(9): 1996-2005.
