CC BY
25
Теоретична медицина
УДК 616.24:616.12-008.331.1-053.2:577.2
ВОЛОСОВЕЦ А.П.1, АБАТУРОВ А.Е.2, АГАФОНОВА Е.А.2 1 Национальный медицинский университет им. А.А. Богомольца, г. Киев 2Днепропетровская государственная медицинская академия
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ И СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ЛЕЧЕНИЯ ЛЕГОЧНОЙ АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТЕНЗИИ У ДЕТЕЙ
3. Роль триггерных факторов в развитии легочной артериальной гипертензии
Резюме. В обзоре представлены механизмы реализации влияния хронической гипоксии, воспаления, нарушений гемодинамики, ВИЧ и HHV-8 на развитие легочной артериальной гипертензии. Ключевые слова: легочная артериальная гипертензия, молекулярно-генетические механизмы, дети.
Сокращения: АКМ (активные кислородсодержащие метаболиты), ВИЧ (вирус иммунодефицита человека), ЛАГ (легочная артериальная гипертензия), ALK (активинподобная киназа), Angp-1 (ангиопоэтин-1), Angt (ангиотензин), AP-1 (активирующий протеин 1), BMP (костные морфогене-тические белки), BMPR2 (рецептор II типа костного морфогенетического белка), CD36 (рецептор тром-боспондина), COX (циклооксигеназа), ELAM (эндо-телиновая молекула адгезии лейкоцитов), ET (эндо-телин), FOXO1 (forkhead transcription factor FKHR), HHV-8 (герпесвирус 8-го типа), HIF (индуцибель-ный гипоксией фактор), HSP (белок теплового шока, шаперон), ICAM-1/CD54 (межклеточная адгезивная молекула-1), ICAM-2/CD102 (межклеточная адгезивная молекула-2), IFN (интерферон), IP-10/CXCL10 (интерферон-у-индуцируемый протеин 10 kDa), LANA-1 (latency-associated nuclear antigen 1), LKLF/ KLF2 (lung Kruppel-like factor), MCP1/CCL2 (макро-фагальный хемоаттрактантный протеин), MIP-1a/ CCL3 (макрофагальный воспалительный протеин 1a), MIP-1P/CCL4 (макрофагальный воспалительный протеин-1а), MLCK (киназа легких цепей миозина), MMP (матриксная металлопротеиназа), NF-IL6 (нуклеарный фактор IL6), NF-кВ (нуклеарный фактор кВ), NO (монооксид азота), NOS (нитроок-сидсинтаза), PDGF (тромбоцитарный фактор роста), PGI2 (простациклин), RANTES/CCL5 (регулятор активации нормальной Т-клеточной экспрессии и секреции); ROC (receptor-operated cation channels/ рецептор-управляемые каналы), SERT (серотони-новый транспортер), SOC (store-operated channels/ резерв-управляемые каналы), TGF-b (трансформирующий фактор роста b), TIMP-1 (тканевой ингибитор
металлопротеиназ), TRPC (transient receptor potential channels), TXA2 (тромбоксан A2), TXAS (тромбоксан-синтаза), VCAM-1 (адгезивная молекула I сосудистого эндотелия), VEGF (сосудистый эндотелиальный фактор роста), VIP (вазоактивный интестинальный пептид), EDNR (эндотелиновый рецептор), MLCK (киназа легких цепей миозина), ИЛАГ (идиопатиче-ская ЛАГ), FGF (фактор роста фибробластов), VGCC (вольтажзависимые Са2+-каналы), IQGAP1 (ключевой регулятор клеточно-клеточной адгезии), NOX4 (субъединица NADPH-оксидазы).
Введение
Инициирующими факторами развития легочной артериальной гипертензии у детей с генетической предрасположенностью могут выступать: воспаление; хроническая гипоксия; диффузные заболевания соединительной ткани; врожденные пороки сердца (системно-легочные шунты); портальная ги-пертензия; другие заболевания, сопровождающиеся постоянным изменением легочного кровотока; заболевания, протекающие с тромбоэмболией; ВИЧ-инфекция; герпесвирусная инфекция 8-го типа; влияние токсических веществ [1, 140].
Роль хронической гипоксии в развитии ЛАГ
Гипоксия регулирует множество генов, участвующих в регуляции гликолиза [103], липидного, белкового обменов [91, 93, 114]. Под влиянием гипоксии происходит выраженная вазоконстрикция, ремо-делирование стенки сосудов легких, увеличивается коагуаляционный потенциал крови, индуцируется процесс воспаления.
Гипоксия в результате прямого и опосредованного действия кислородзависимых механизмов вызывает выраженную констрикцию сосудов, преимущественно прекапиллярного ложа легких (рис. 1) [35, 129, 226]. Ведущим механизмом вазоконстрик-тивного действия гипоксии является ингибиция экспрессии O2-чувствительных вольтажзависимых калиевых каналов &у1.1, &у1.2, Юу1.5, &у2.1 и Kv9.3 гладкомышечных клеток сосудов [109, 112, 134, 207], что приводит к деполяризации мембраны клетки и активации L-типа VDCC, которые обусловливают прохождение ионов Ca2+ в клетку, вызывая вазокон-стрикцию [25, 129, 167].
Гипоксия сопровождается образованием избытка АКМ, которые могут ингибировать основные вазо-дилатационные молекулярные механизмы, связанные с действием NO, PGI2, EDHF [67].
Хроническая гипоксия сопровождается изменением экспрессии множества генов эндотелиоцитов и гладкомышечных клеток, участвующих в регуляции тонуса сосудов [4, 166]. В частности, происходит сни-
жение продукции вазодилатирующих факторов NO, PGI2, адреномедуллина, гемоксигеназы-1 и увеличение продукции ET, серотонина, TXA2, сфингозина 1, экспрессии EDNR-1e рецепторов, SERT, обусловливающих вазоконстрикцию [198]. Вазоконстрикторы, продукция которых вызвана гипоксией, индуцируют активность малых ГТФ-связанных протеинов (Rho, Ras, Rab, Sarl/Arf, и Ran семейств), которые ингибируют миозиновую фосфатазу (MLCPh), что приводит к Ca^/калмодулин-зависимой активации MLCK и сокращению гладкомышечных клеток [133, 203]. Гипоксия индуцирует активность PLА и PLQ диацилглицероллипазы, что сопровождается изменением липидного бислоя мембраны эндотелиоци-тов и усилением продукции дериватов арахидоновой кислоты, которые непосредственно влияют на тонус сосудов [198].
При дефиците кислорода снижается активность кислородзависимых реакций, в частности понижается уровень гидроксилирования пролиновых остатков (P402 и P564) в a-субъединице HIF-1. Гидрокси-
Гладкомышечная клетка
Нормоксия
Гипоксия
В
Экспрессия
1
TRPC6
ССЕ
TG ОСа
TRPC6
V
TG ОСа
Констрикция Пролиферация
!
tlCaX
t
MARK/Erk/Akt
I I
IP3/DAG STATs
* У 1
GPCR
Эндотелиоцит
Нормоксия
Гипоксия
Экспрессия
-АЛ
CPA
ОСа
I
CPA
ОСа
AP-1
Транскрипция
7
t Эндотелиоцит ET-1/PDGF
ÔET-1
ÏÏ л -
1 1 RTk-
PDGF Паракринный механизм
Рисунок 1. Роль хронической гипоксии в развитии ЛАГ [167]
лирование a-субъединицы HIF-1, которое является кислородзависимой реакцией, приводит к ее поли-убиквитинированию и протеасомной деградации. Дополнительная активация HIF-1 происходит за счет еще одной системы сенсинга концентрации кислорода: малых ГТФаз семейства Rho [27]. Негидрок-силированная a-субъединица HIF-1 формирует с конститутивно экспрессируюшейся ß-субъединицей HIF-1 супрамолекулярный комплекс, который, присоединяясь к соответственным си-элементам ДНК, регулирует экспрессию более 100 генов, необходимых для адаптации клеток к гипоксии [27, 106, 117]. В частности, генов, участвующих в эритропоэзе и обмене железа — эритропоэтина, трансферина, трансферинового рецептора, церулоплазмина; в ан-гиогенезе - TGFß3, VEGF, EG-VEGF, MMP2, ка-тепсина D; в регуляции сосудистого тонуса — iNOS, ET-1, адреномедуллина, а1в-адренорецептора; в регуляции метаболизма глюкозы — аденилаткиназы-3, альдолазы-А, -С, карбоангидразы-9, энолазы-1, транспортеров глюкозы 1 и 3, гексокиназы 1 и 2, лактатдегидрогеназы-А, пируваткиназы-М, фос-фофруктокиназы L, активирующих анаэробное дыхание; в регуляции клеточной пролиферации и выживания — TGF, адреномедуллина; в регуляции апоптоза — протеина BNip3, Nix. Однако многие из данных молекулярных факторов участвуют в процессах вазоконстрикции и пролиферации гладко-мышечных клеток сосудов легких [42, 182, 183, 185, 222, 233]. HIF-2a в отличие от полиубиквитарного HIF-1a экспрессирован только в гладкомышечных клетках сосудов легких и клетках, продуцирующих катехоламины, и индуцирует преимущественно продукцию ET-1 [148, 178, 183, 184].
Образующиеся в результате гипоксии АКМ принимают участие в индуцированной гипоксией ва-зоконстрикции и пролиферации гладкомышечных клеток. Под влиянием гипоксии происходит увеличение продукции TGF-ß1, который индуцирует экспрессию NOX4 — субъединицы NADPH-оксидазы. АКМ, обусловленные активностью NOX4, индуцируют синтез индуцибельных гипоксией факторов — HIF-1a, HIF-2a, HIF-3a [118, 178, 183, 227].
Гипоксия подавляет продукцию эндотелиоцита-ми тромбомодулина и увеличивает экспрессию тканевого фактора, повышая прокоагуляционную активность [200].
Под влиянием гипоксии происходит активация факторов транскрипции NF-кВ, NF-IL6, что приводит к усилению продукции: 1) провоспалительных цитокинов IL-1 ß, IL-2, IL-6, IL-12, IL-18, TNF-a, TNF-ß, гранулоцитарного колониестимулирующего фактора, гранулоцитарно-макрофагального коло-ниестимулирующего фактора, IFN-ß, IFN-g; 2) хемо-кинов — GROa, GROß, GROg, IL-8, IP-10/CXCL10, MIP-1a/CCL3, MIP-1ß, RANTES/CCL5; 3) адгези-нов — Е-селектина, ICAM-1/CD54, ICAM-2, CD102, VCAM-1, ELAM, MACAM-1; 4) острофазовых белков — С-реактивного протеина, сывороточного амилоидА-протеина; В, С3, С4 факторов комплемента, ли-
пополисахаридсвязывающего белка, кислого a1-гликопротеина; 5) иммунорегуляторных молекул — к легких цепей иммуноглобулинов, инвариантных цепей; 6) костимулирующих молекул CD80, CD86 на антигенпрезентирующих клетках; 7) антигенов I и II класса HLA системы; 8) 02-микроглобулина 9) a- и b-рецепторов T-клеток; 10) транспортера, ассоциированного с процессингом антигена; 11) индуцибель-ных ферментов нитрооксидсинтазы, COX-2, PLA2; 12) ММР и др. [116, 139, 198].
Хроническая гипоксия приводит к ремодели-рованию сосудов [164]. В условиях гипоксии увеличивается продукция эндотелиальными клетками ламинина, фибронектина, эластина, значительно снижается синтез протеингликанов и молекул, которые ингибируют рост гладкомышечных клеток. Данные изменения в спектре эндотелиальной продукции обусловливают усиленную пролиферацию гладкомышечных клеток. Гипоксия активирует резидентные адвентициальные фибробласты, вызывая продукцию провоспалительных цитокинов и хемо-кинов, которые привлекают моноциты/фиброциты к периваскулярному пространству, оказывая прямое действие на процессы ремоделирования, ангиогене-за, синтез коллагена и др. [17, 146, 198]. Гладкомы-шечные клетки сосудов являются высокопластичными клетками, которые, изменяя под влиянием экзогенных факторов экспрессию генов, достаточно быстро меняют свой статус — от контрактильного к мигрирующему или пролиферирующему. Известно, что контрактильность и фенотипические метаморфозы гладкомышечных клеток зависят от изменения внутриклеточной концентрации ионов Са2+ [224]. Основными системами, регулирующими уровень цитозольного Са2+, являются вольтажзависимые Са2+-каналы (VGCC); вольтажнезависимые Са2+-ка-налы — TRPC и ROC, SOC, которые также состоят из субъединиц TRPC; механизмы высвобождения и секвестрации Са2+ саркоплазматическим и эндо-плазматическим ретикулумом; высвобождающая из клетки во внеклеточное пространство Ca2+-Mg2+ АТФазная помпа; Na+-Ca2+ обменник, митохондри-альные и лизосомальные механизмы высвобождения и секвестрации Са2+ [5, 72, 210, 211, 225]. Показано, что гиперэкспрессия TRPC6 приводит к пролиферации гладкомышечных клеток [61], а в развитии неоинтимы принимают участие TRPC1 [155].
Под влиянием гипоксии увеличивается продукция компонентов экстрацеллюлярного матрикса — коллагенов 1, 3, 4 и 18, MMP-2, виментина и тенас-цина C, на фоне снижения синтеза протеингликана декорина, который является ингибитором TGF-b и PDGF, a-катенина и IQGAP1 — ключевого регулятора клеточно-клеточной адгезии [41, 84, 213]. Тенасцины — высококонсервативное семейство больших олигомерических гликопротеинов экстра-целлюлярного матрикса, молекулы которых имеют повторяемые последовательности, подобные повторам молекул эпителиального фактора роста, фибро-нектина, фибриногена [95]. Показано, что тенасцин
^ как мощный митоген, индуцирует пролиферацию гладкомышечных клеток и может вызвать трансформацию мезенхимальных клеток в эндотелиоциты, тем самым привести к организации неоинтимы [82, 137, 163].
Также под действием гипоксии в гладкомышеч-ных клетках и фибробластах легочной ткани усиливается экспрессия FK506-связывающего протеина ^ (12 kDa), просаросина, FISP, альдолазы 3^ S100A4, CD36 FKBP1a и подавляется экспрессия остеогли-цина, гомолога 10-го клеточного цикла, HSP 60, протеина, связывающего клеточную нуклеиновую кислоту [66].
Роль воспаления в развитии ЛАГ
Показано, что даже «чистые» формы ИЛАГ сопровождаются повышенным уровнем в сыворотке крови ^-1 и ^-6, которые являются мощными ми-тогенами и способствуют развитию тромбоза. Повышение давления в легочных артериях и хроническая гипоксия сопровождаются увеличением концентрации солютабного CD40, MCP1/CCL2, хемоаттрак-танта для моноцитов и ^клеток RANTES/CCL5, фракталкина/CX3CL1, обусловливая возникновение воспалительного процесса в стенках мелких легочных артерий [196, 212]. Мембранный фракталкин, продуцируемый эндотелиальными клетками, играет важную роль в адгезии клеток крови, несущих фрак-талкиновый рецептор CX3CR1 (моноцитов, натуральных киллеров, цитотоксических Т-лимфоцитов) [76, 105]. CCL2 и фракталкин способствуют пролиферации гладкомышечных клеток в мелких сосудах легких [99].
Но и сам процесс хронического воспаления может быть решающим фактором развития легочной гипертензии [45].
Неаддитивная роль процессов хронической гипоксии и воспаления в развитии ЛАГ
Взаимодействие двух ведущих факторов развития ЛАГ — хронической гипоксии и воспаления — особенно показательно на примере системы Angp-1. Ангиопоэтин-1 (70-kD) является ангиогенным фактором роста и играет центральную роль в ангиоге-незе [122]. Баланс и последовательная экспрессия Angp-1 и VEGF необходимы для формирования новых сосудов. Angp-1 является агонистом рецептора тирозиновой киназы Tie2. Продукция Angp-1 и экспрессия рецептора Tie2 индуцируются гипоксией и регулируются ^-10, VEGF, TGF-P, TNF-a (табл. 1) [122, 193].
Angp-1 и рецептор Tie2 играют важнейшую роль в развитии ЛАГ. Отмечено, что при ЛАГ значительно увеличивается продукция Angp-1. Гиперпродукция Angp-1 является причинным фактором ЛАГ, а не следствием ее развития [140]. Хроническое воспаление бронхолегочных структур, которое сопровождается усилением продукции TNF-a, обусловливает индукцию синтеза Angp-1, а гипоксия — как индукцию синтеза Angp-1, так и экспрессию рецепторов Tie2. Рецепторы Tie2 преимущественно экспресси-руются на клеточных мембранах эндотелиоцитов. Но их экспрессия характерна и для эпителиоцитов, гладкомышечных клеток, фибробластов, моноцитов, нейтрофилов, эозинофилов. Возбуждение рецептора Tie2 вызывает хемотаксис гладкомышечных клеток, нейтрофилов, эозинофилов, индуцирует дифференцировку мезенхимальных клеток в гладко-мышечные клетки. Таким образом, усиленная продукция Angp-1, возбуждение рецепторов Tie2 обусловливают гиперпролиферацию гладкомышечных клеток. Индукция рецепторов Tie2 также активирует продукцию серотонина, MMP, плазмина и ингиби-рует продукцию TIMP [108, 122, 193, 206]. У пациентов с ИЛАГ Angp-1 увеличивает экспрессию ET-1 и серотонина [12, 168]. Протеин Angp-1 обладает антиапоптотическим действием на эндотелиальные клетки, ингибируя фактор транскрипции FOXO1 через активацию Akt [13]. Angp-1 нарушает эффективность передачи сигналов от BMPR-II и резко снижает внутриклеточный уровень концентрации мРНК BMPR-IA в эндотелиоцитах [140]. По всей вероятности, ингибирующее влияние Angp-1 на активность BMPR-II, BMPR-IA является одним из связующих звеньев патогенезов спорадической и семейной легочной гипертензии [194].
Роль нарушений гемодинамики в развитии ЛАГ
Изменения скорости движения и давления крови в легочных сосудах приводит к изменению положения прореснички эндотелиоцита [24]. Первичный изгиб прореснички приводит опосредовано через полицистин-2 к повышению уровня внутриклеточной концентрации ионов Са2+ [158]. Изменения положения прореснички изменяет состояние цитоскелета клетки, [37, 73, 125, 195], активирует механорецепторы (интегриновые рецепторы, G-протеиновые рецепторы, ионные каналы), что обусловливает изменение экспрессии множества генов, в том числе вазоактивных медиаторов (ET-1, Angt II, тромбоксанов, eNOS, LKLF/KLF2, PGI2), факторов роста (PDGF, FGF, VEGF, TGF-ß) [2, 50,
Таблица 1. Влияние некоторых факторов на продукцию Angp-1 и экспрессию Tie2 [122]
Фактор Продукция Angp-1 Экспрессия Tie2
Гипоксия Увеличивается(краткосрочно) Увеличивается
TNF-a Увеличивается или уменьшается в зависимости от типа клеток
IL-1 ß Снижается
VEGF Увеличивается Увеличивается(краткосрочно)
(^ъкюоЬье
^¿Г/ребёнка
74, 113, 157]. Усиление продукции KLF2 (члена SP/ XKLF-семейства факторов транскрипции цинкового пальца Cys2/His2) сопровождается индукцией экспрессии eNOS [111, 153]. Под влиянием механо-сенситивных рецепторов увеличивается экспрессия TRPM7 на мембране гладкомышечных клеток, способствуя их пролиферации [143].
Роль инфекционных агентов в развитии ЛАГ
Экзогенными факторами, увеличивающими риск развития ЛАГ, являются определенные вирусные инфекции (ВИЧ, HHV-8) [177].
Нарушение функционирования BMPR2 может быть вызвано не только мутациями. Так, показано, что белок tat ВИЧ-1 ингибирует экспрессию BMPR2 [26]. В последние годы появились доказательства участия HHV-8, обладающего эндотелио-тропностью, в развитии апоптозрезистентных клонов эндотелиоцитов и плексиформных поражений. Инфекционный процесс, вызванный HHV-8, сопро-
Волосовець О.П.1, Абатуров O.e.2, Агафонова О.О.2 Нацональниймедичний унверситет 1м. О.О. Богомольця, м. Ки1в
2Ан!пропетровсы<а державна медична академЯ
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧН МЕХАЖЗМИ РОЗВИТКУ Î СУЧАСН МЕТОДИ ЛкУВАННЯ ЛЕГЕНЕВО1 АРТЕР|АЛЬНО1 ППЕРТЕНЗП У Д1ТЕЙ 3. Роль тригерних чинниюв у розвитку легеневоТ артер1ально'| ппертензм
Резюме. В оглядi подaнi механiзми реалiзацiï впливу хрошчно'1 rinoKciï, запалення, порушень гемодинамiки, В1Л i HHV-8 на розвиток легеневоï артерiальноï rinepTeH3iï.
Kro40BÎ слова: легенева артерiальна гiпертензiя, молекулярно-генетичш механiзми, дiти.
вождается подавлением продукции ВМР4, высокой экспрессией вирусных циклина и LANA-1. Структура вирусного циклина гомологична структуре циклина D, который направляет циклинзависимые киназы 4 и 6 к белку ретинобластомы. Фосфорили-рованный белок ретинобластомы участвует в регуляции гена p14ARF и генов, определяющих клеточный цикл. Вирусный циклин, конкурируя с циклином D, ингибирует активность белка ретинобластомы, что ведет к ускорению клеточного цикла и ингиби-ции экспрессии p14ARF. Дефицит p14ARF приводит к снижению экспрессии р53, тем самым ингибируя р53-зависимый апоптоз. Протеин LANA-1 также подавляет активность р53. Таким образом, латентная HHV-8 инфекция может привести к пролиферации апоптозрезистентных клонов эндотелиоцитов, уменьшению просвета мелких сосудов и, как следствие, легочной гипертензии [34, 65, 96].
Список литературы находится в редакции Получено 16.03.10 □
VolosovetsA.P.1, AbaturovA.Ye.2, Agafonova Ye.A.2 National Medical University named after A.A. Bogomolets, Kyiv
2Dneporpetrovsk State Medical Academy, Ukraine
MOLECULAR-GENETIC MECHANISMS OF DEVELOPMENT AND CONTEMPORARY TREATMENT MODES OF PULMONARY
HYPERTENSION IN CHILDREN 3. The Role of Trigger Factors in Development of Pulmonary Hypertension
Summary. In the review there are presented the mechanisms of realization of chronic hypoxia influence, inflammation, hemodynamic disorders, HIV and HHV-8 on development of pulmonary hypertension.
Key words: pulmonary hypertension, molecular-genetic mechanisms, children.
