CC BY
116
ОБЗОРЫ ЛИТЕРАТУРЫ
© Коллектив авторов, 2009
Т.В. Бершова, С.В. Монаенкова, А.Г. Гасанов
ПАТОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АПОПТОЗА КАРДИОМИОЦИТОВ ПРИ СЕРДЕЧНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ
ГУ Научный центр здоровья детей РАМН, Москва
Исследование молекулярных механизмов программированной гибели клетки при заболеваниях сердца стало в последние годы одной из самых сложных и актуальных проблем медицинских наук. Сложность этой проблемы заключается в том, что, несмотря на большое количество экспериментальных данных, до сих пор остаются неисследованными механизмы этого явления, не до конца выяснена регуляция апоптоза кардиомиоцитов в целостном многоклеточном организме. В настоящем обзоре обобщены литературные данные о значимой роли апоптоза в генезе заболеваний сердца. Анализируется роль различных групп регуляторов клеточной гибели: цитокинов, оксида азота, ростовых факторов. В качестве общей причины активации процессов апоптоза при заболеваниях сердца рассматриваются гипоксические поражения миокарда.
Ключевые слова: апоптоз, цитокины, оксид азота, супероксид дисмутаза, аннексин-V.
Study of cell programmed death molecular mechanisms in cases of cardiac diseases is one of the most difficult and actual medical problems in last years. Difficulty of this problem consists in the fact that mechanisms of this phenomenon are unknown in spite of great number of experimental data; its mechanisms are not still studied and regulation of cardiomyocytes apoptosis in entire multicellular organism is not clear. This review summarizes literature data about significant role of apoptosis in genesis of cardiac diseases. Author analyze role of different cell death regulators: cytokines, nitrogen oxide, growth factors. Hypoxic myocardium lesions are considered as general origin of apoptosis activation in cases of cardiac diseases. Key words: apoptosis, cytokines, nitrogen oxide, superoxide dismutase, annexin-V.
Хроническая сердечная недостаточность (ХСН) является грозным осложнением практически всех болезней сердца, отягощающим их течение и прогноз. Несмотря на достижения в диагностике и лечении заболеваний сердечно-сосудистой системы, синдром ХСН встречается все чаще [1]. Хроническая недостаточность кровообращения - это патофизиологический синдром, при котором в результате того или иного заболевания не только сердечно-сосудистой системы, но и других органов и систем происходит снижение сократительной функции миокарда, приводящее к нарушению кровоснабжения всего организма как при физической нагрузке, так и в покое. Клиническими проявлениями ХСН являются одышка, тахикардия, отеки, повышенная утомляемость.
По данным ВОЗ, для всех случаев ХСН независимо от причины и стадии недостаточности кровооб-
ращения (НК) ежегодная смертность составляет 10%, 5-летняя - 50%. Сердечно-сосудистые заболевания занимают одно из ведущих мест среди патологии детского возраста и приводят к высокой инва-лидизации и смертности детского населения [2, 3].
На первом году жизни ребенка основной причиной сердечной недостаточности являются врожденные пороки сердца (ВПС), а в более старшем возрасте основное значение приобретают кардио-миопатии (КМП). При этом около 51% всех больных с КМП составляют больные с дилатационной (ДКМП) и около 41% с гипертрофической кардио-миопатией (ГКМП) [4].
С патофизиологической точки зрения существует множество причин возникновения ХСН. В основе всех их могут быть либо прямые повреждающие воздействия на миокард, либо функцио-
Контактная информация
Бершова Татьяна Владимировна - д.м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории клинической биохимии ГУ НЦЗД РАМН
Адрес: 119991, г. Москва, Ломоносовский проспект, 2/62 Тел.: (495) 134-03-41, E-mail: monaenkovasv@mail.ru Статья поступила 07.05.09, принята к печати 10.06.09
нальная перегрузка камер сердца. В клинических исследованиях, проведенных в последние годы, выявлено, что ранняя диагностика и лечение ХСН могут значительно повлиять на последующее течение и прогноз болезни [5].
В патогенезе ХСН после воздействия на сердце причинного фактора запускается механизм развития СН. Он складывается из нейрогуморальной активации, оксидативного стресса, апоптоза и ре-моделирования сердца. Нейрогормональная активация характеризуется повышением уровня компонентов ренин-ангиотензин-альдостероновой системы (РААС) (ренин, ангиотензин II, альдосте-рон), предсердного натрийуретического пептида, вазопрессина, простагландинов, способствующих прогрессированию СН в функциональной и структурной деградации миокарда [6].
В настоящее время особое внимание уделяется современным взглядам на молекулярные основы ХСН. Концепция патогенеза коронарной недостаточности включает в себя большое число новых компонентов химической регуляции патологических процессов в миокарде с многоуровневой системой биохимической и структурной организации, к которым относят низкомолекулярные регуляторы (нейропептиды, цГМФ, N0 и др.), цитокины, регу-ляторные пептиды. Достаточно активно обсуждается гипотеза значимости апоптоза в развитии СН [7].
Актуальность проблемы апоптоза - программированной клеточной гибели (ПКГ) определяется взаимосвязью нарушений регуляции процессов ПКГ с большинством заболеваний. Проявления апоптоза были найдены в различных типах тканей. Он встречается как в медленно пролифе-рирующей популяции клеток (гепатоциты, клетки эпителия коры надпочечников), так и в быстро пролиферирующих клеточных популяциях. В первом случае он выполняет функцию гомеоста-тической регуляции оптимального объема ткани. Во втором - роль апоптоза связана в основном с дифференцировкой клеток [8].
При различных патологических состояниях осмотическая гибель клеток обусловлена в основном ослаблением апоптоза (аутоиммунные заболевания, злокачественные опухоли, особенно имеющие гематогенное происхождение). Считается, что мембранные механизмы апоптоза имеют наибольшее значение в устранении клеток в процессе иммунного ответа (при нарушении антигенного гомеостаза), элиминации самих иммуноцитов, выполнивших свою функцию, или при контакте их с клетками забарьерных (привилегированных) органов, а также при уничтожении трансформированных клеток. Большую группу заболеваний, связанных с усилением апоптоза, образуют инфекционные процессы, заболевания нервной системы, вызываемые атрофией определенных ее участков, заболевания крови - апластическая анемия, анемии при дефиците железа, фолатов, вита-
мина В12 [9]. Существует ряд заболеваний, при которых в реализации основного поражения решающая роль принадлежит апоптозу, их примером может служить инфаркт миокарда, при котором ПКГ является преобладающей формой гибели кардио-миоцитов в ранний период развития инфаркта, токсический (алкогольный) гепатит и др. [10].
Длительное время считалось, что ПКГ не характерна для высокодифференцированных тканей. Только в течение последних нескольких лет установлено присутствие апоптоза кардиомиоци-тов при остром и хроническом миокардите [11, 12]. Гибель клеток путем апоптоза происходит также при уменьшении кровоснабжения органа, например при ишемической болезни сердца [13]. В 1994 г. O.H. Bing высказал гипотезу об апоптозе как ведущем патогенетическом механизме развития дилатации сердца при хронической перегрузке и привел ее экспериментальное подтверждение [14]. Многие исследователи отводят апоптозу ведущую роль в структурных изменениях сердца в результате потери массы мышечных клеток на поздних этапах декомпенсации.
В силу того, что кардиомиоциты являются клетками конечно детерминированными, их потеря в значительной мере определяет степень нарушения сократительной способности оставшегося миокарда. Ультраструктурные исследования кар-диомиоцитов у больных с кардиомиопатиями, гипертрофией миокарда и ХСН, а также экспериментальные модели недостаточности левого желудочка четко показали наличие дегенеративных изменений кардиомиоцитов при этой патологии. Отмечена прямая зависимость между выраженностью СН и количеством погибших кардиомиоцитов. В ряде исследований показана также ответственность апоптоза за элиминацию клеток воспаления в интер-стиции инфарктной зоны, гибель кардиомиоцитов в отдаленном периоде инфаркта миокарда и участие ПКГ в развитии атеросклероза [15].
В последнее время большое внимание исследователей привлекает развитие ПКГ при КМП. Так, исследованиями М. Valente и др. у больных с пра-вожелудочковой аритмогенной кардиомиопатией было установлено наличие апоптических изменений [16]. У больных с ДКМП в кардиомиоцитах выявлено увеличение гена bcl-2 -протектора процессов апоптоза - в 1,8 раза по сравнению с группой контроля. Авторы высказывают мнение о том, что при ДКМП процессы апоптоза имеют место, и, возможно, ПКГ при данной патологии имеет вторичный механизм запуска в результате гипоксии.
По мнению Colucci W.S., причиной развития ремоделирования левого желудочка у больных с ДКМП считаются ПКГ части кардиомиоцитов и развитие заместительного фиброза [17]. Несмотря на то, что данные об изучении ранних стадий ре-моделирования у больных с ДКМП практически отсутствуют, автор предполагает, что на началь-
ном этапе этот процесс носит адаптивный характер, направленный на поддержание сердечного выброса, однако в дальнейшем ремоделирование левого желудочка становится прогрессирующим дезадаптивным процессом и приводит к систолической и диастолической дисфункции миокарда с развитием в итоге симптомов ХСН. На сегодняшний день до конца не ясно, является ли апоптоз ведущим этиологическим фактором дилатации миокарда у больных с идиопатическими КМП или ремоделирование сердца развивается у них вследствие гипоксии на фоне хронической недостаточности кровообращения [18].
По мнению ряда авторов, природа клеточной смерти в условиях ремоделирования гипертрофированного миокарда имеет ряд специфических особенностей, касающихся морфологической картины. В проведенном Roberg K. и др. исследовании было выявлено повышенное количество лизо-сомальных структур в кардиомиоцитах желудочков [19]. Лизосомальный путь активации апопто-за связан с действием активных форм кислорода, что ведет к нарушению функций митохондрий, к последующему выходу протеаз и нарастанию процессов апоптоза как непосредственно по пути активации каспаз, так и по пути активации процессов ПКГ, связанных с нарушением целостности митохондрий. Высокая лизосомальная и аутофа-гоцитарная активность, наблюдаемая в пораженных кардиомиоцитах, свидетельствует о наличии саморазрушающего процесса цитоплазматичес-кой дегенерации, осуществляемого под контролем самоконтролируемого запрограммированного ау-толиза. Было показано, что хронический саморазрушающий протеолиз в пораженных кардиомио-цитах, хотя и не связан с типичной апоптозной морфологией ядер и цитоплазмы, но может привести к контролируемой смерти кардиомиоцитов гипертрофированного миокарда. Утечка лизосо-мальных энзимов (катепсинов) и усилившийся окислительный стресс были способны индуцировать цитоплазматическую деградацию и также выступать в роли триггеров апоптозной деградации ядер. Накопленные экспериментальные и клинические данные свидетельствуют о том, что нарушение проницаемости лизосомальной мембраны и количество попадающих в цитозоль протео-литических ферментов являются ранними этапами индукции апоптоза [20]. Интерес представляют исследования Fallavolitta и др., в ходе которых в образцах эксцентрично гипертрофированного миокарда было найдено большее количество кар-диомиоцитов, содержащих деградированную ДНК, чем в образцах концентрически гипертрофированного миокарда [21]. Авторы исследования считают, что это может свидетельствовать о различных стадиях СН, поскольку она была выраженной и фатальной при эксцентричной гипертрофии и незначительной при концентрической гипертро-
фии. Как показало ультраструктурное исследование, при кардиоваскулярной патологии различной этиологии апоптоз выявляется в кардиомио-цитах, фибробластах, эндотелиальных и гладко-мышечных клетках сосудов.
Апоптоз представляет собой многоступенчатый, алгоритмизированный, до определенной стадии обратимый процесс, связанный с экспрессией целого ряда генов, вовлечением многих ферментных систем, чем существенно отличается от гибели клеток путем некроза. Гибель клетки путем апоптоза обычно не сопровождается развитием воспаления, так как целостность мембраны не нарушается. Клетка теряет большую часть цитоплазмы с образованием апоптических телец, которые подвергаются фагоцитозу. Морфологические изменения при апоптозе являются проявлениями происходящих в апоптических клетках биохимических процессов. Распознание и последующая элиминация клеток, подвергшихся апоптозу, осуществляются благодаря появлению на их поверхности специфических молекул, в норме экспрес-сирующихся только на внутренней цитоплазмати-ческой мембране (например, молекулы фосфати-дилсерина (ФС) [22].
При апоптозе морфологические изменения характеризуются сморщиванием и конденсацией хроматина, а биохимические - каскадом последовательных процессов. К ним относят фазу инициации, фазу развития апоптоза, или эффекторную фазу, и фазу деградации, при которой происходят усиленный распад клеточных белков и ДНК и реорганизация скелета. Следующим этапом является фагоцитоз апоптических клеток макрофагами [23]. Начальные фазы регулируемой клеточной гибели различаются в зависимости от типа клеток и от апоптоз-индуцирующего сигнала, этап деградации ДНК универсален в большинстве клеток и является переходом к необратимой, терминальной стадии клеточной гибели [24]. Феномен апоп-тоза является результатом действия различных факторов, приводящих к гибели клетки. Это могут быть неспецифические факторы (температура, токсические агенты, гипоксия, свободные радикалы), так и специфические агенты, как внутриклеточные, так и внешние, опосредующие свое действие через рецепторные системы: гормоны, цитокины, пептидные ростовые факторы [25].
Основные механизмы индукции апоптоза можно условно разделить на 3 группы в зависимости от «точки приложения» фактора, индуцирующего развитие апоптоза: мембранные, митохонд-риальные и ядерные [8].
Мембранные или рецептор-опосредованные факторы включают реализацию апоптогенного сигнала через специальные рецепторы (например, Fas-рецептор ( Fas-R)), С-концевой внутриклеточный домен которых (так называемый death domen, DD) способен инициировать этапы разви-
тия апоптоза [26]. Прежде всего к ним относятся рецепторы семейства фактора некроза опухолей (TNF), такие как Fas/APO-1 (CD95). Рецептор является ключевой фигурой работы химической реакции во всех тканях. Активность рецептора определяется, как правило, стимулированной экспрессией или увеличением плотности рецепторных структур, специфичных для вещества-лиганда. Белок клеточной поверхности Fas/APO-1 (CD95) способен после взаимодействия его со своим ли-гандом (Fas-L) индуцировать в клетке апоптоз. Fas/APO-1 экспрессируется практически во всех типах тканей. Повышенная его экспрессия наблюдается в почках, сердце, тимусе [27].
Большинство рецепторов суперсемейства Fas/APO-1 имеет растворимые формы соответствующих лигандов. Так, к рецептору для TNF обоих типов имеется два соответствующих цито-кина TNFa и TNFß. Лиганд к Fas/APO-1 является трансмембранным белком, также относящимся к семейству TNF. После связывания рецепторов данного семейства с соответствующим лигандом происходит каскад последовательных реакций, приводящих в итоге к гибели клетки. Fas-L преимущественно экспрессируется активированными Т-лимфоцитами. Широкая представленность Fas-R и Fas-L в разных органах и клетках человека свидетельствует о существенной роли этой системы в поддержании гомеостаза организма. В функционировании системы Fas-R/Fas-L важным является уровень их экспрессии на клеточной мембране, а также способность клеток синтезировать эти белки и накапливать их в цитоплазме. Показано, что при онкологичеких заболеваниях функциональное состояние системы Fas/Fas-L изменяется в сторону усиления Fas-зависимого апоптоза [28]. В ряде проведенных исследований установлено, что молекулярные механизмы ПГК у больных миокардитом и симптомами СН сопровождались повышением уровня Fas-L в сыворотке крови [29]. Согласно современным представлениям, при ХСН апоптоз ассоциируется с экспрессией Fas/APO-1 и индуцируется ишемией, реперфузией, цитокина-ми, нейрогормонами [30]. Показано, что содержание растворимой формы Fas/APO-1 (sFas/APO-1) повышается в плазме крови больных ХСН в результате депонирования внеклеточного домена специфического рецептора [31]. Связывание Fas с Fas-L приводит к активации каспазы-8 и способствует инициации начальной стадии Fas-индуци-рованной ПКГ, называющейся индукторной. Фаза развития апоптоза (эффекторная) обусловлена активацией каспазы-1 и является общей при многих способах индукции апоптоза. Каспаза-1 повышает проницаемость митохондриальной мембраны, что сопровождается выделением в цитоплазму целого ряда апоптогенных факторов, в том числе цито-хрома С. Эти факторы в комплексе или самостоятельно приводят к активации каспазы-3, что вле-
чет за собой активацию дальнейшей цепочки кас-паз и эндонуклеаз и приводит к деградации ДНК.
Комплекс рецептора с соответствующими ли-гандами - TNF, Fas-лигандом приводит к взаимодействию с эффекторным доменом смерти - death effecter domain (DED), способным вовлекать во взаимодействие специфические протеазы - каспа-зы не только в цитомембране, но и в других структурах клеток. Так, в процессе реализации своего цитотоксического действия лимфоциты также выделяют сериновые протеазы (гранзимы) и белок (перфорин), образующий поры в мембране. Запуск этого варианта апоптоза может быть связан не только с цитоплазматической мембраной, но и с мембранами органелл. Так, рецепторы TNF обнаружены на мембранах эндоплазматического рети-кулума и их активация инициирует апоптоз [32]. Развитие рецептор-опосредованного апоптоза также может быть связано с активацией цитоплазма-тических рецепторов глюкокортикоидами, эстрогенами и другими гормонами.
Доказано, что повышение уровня TNFa ответственно за развитие отрицательного инотропного эффекта, кардиомиопатии, отека легкого. По данным ряда исследований [33], TNFa отвечает за индукцию апоптоза кардиомиоцитов и является независимым предиктором неблагоприятного прогноза больных с ХСН. Однако существует мнение о том, что CD95 (APO-1/Fas), индуцируя апоп-тоз в кардиомиоцитах и клетках эндотелия, стимулирует клеточную пролиферацию и может служить маркером позитивной активации и гиперактивации клеток, что предполагает его участие в ремоделировании сердца на начальной стадии развития ХСН. Особый вариант апоптоза находит реализацию при цитокиновом дефиците, когда клетка испытывает недостаток факторов роста, которые в обычных условиях активируют соответствующие рецепторы [14]. Установлено, что молекулярные механизмы ПГК у больных миокардитом и симптомами СН сопровождаются повышением уровня Fas-L в сыворотке крови [34]. Авторы приходят к выводу, что у больных с ранней стадией НК апоптоз протекает по митохондриальному пути. При этом к механизмам, сопровождающим высвобождение митохондриальных апоптических факторов, относят оксидативный стресс, обусловленный в том числе и снижением активности Mg-зависимый супероксиддисмутазы.
При индукции апоптоза по мембранному пути образование комплекса Fas-R / Fas-L, наряду с активацией каспазы-8, приводит к транслокации кислой сфингомиелиназы в область мембраны и образованию церамида. Последний способствует фосфорилированию проапоптических белков семейства bcl-2. Церамид, как один из наиболее важных регуляторов ПКГ, образуется в клетке в ответ на действие разнообразных факторов: активация Fas-рецептора, TNFa, монооксид азота,
ишемия-реперфузия, влияние кортикостероидов и других гормонов [35]. Под действием церамида происходит активация протеинкиназы С и фосфо-липазы А2, что и приводит к перераспределению ФС между внутренней и наружной частью цитоп-лазматической мембраны. Экстернация молекул ФС на поверхность клетки, претерпевающей апоп-тоз, и апоптических телец, образующихся при этом, является одним из наиболее характерных признаков апоптоза. Именно с этим процессом связывают тот факт, что развитие апоптоза не сопровождается развитием воспаления. Экстернализиро-ванные молекулы ФС распознаются специальными рецепторами фагоцитов, после чего апоптические клетки или их фрагменты удаляются из ткани [36].
Кроме того, распознание и последующая элиминация клеток, подвергающихся апоптозу, осуществляется благодаря появлению на их поверхности специфических молекул кальций-зависимых, фосфолипидсвязующих белков - аннекси-нов. Эти белки в норме экспрессируются только на внутренней поверхности цитоплазматической мембраны и выполняют сигнальную функцию. Один из них аннексин^ способен связывать про-теинкиназу С, моделируя тем самым ее активность. Fadok V. и соавт. было показано, что аннек-син^, образуя комплекс с прокоагулянтными фосфолипидами с высокой аффинностью, преимущественно с ФС, способен приносить последний на клеточную поверхность [22]. Экспрессия ФС на клеточной поверхности происходит только у клеток со сниженным мембранным потенциалом. Авторами была выявлена четкая обратная зависимость между величиной мембранного потенциала и уровнем экспрессии ФС. Это позволило им сделать предположение о том, что снижение величины мембранного потенциала является ранним признаком апоптоза, моделирующим ряд его проявлений, в том числе появление молекул ФС на поверхности клеток, подвергшихся ПКГ [37, 38].
Митохондриальные механизмы апоптоза также привлекают пристальное внимание исследователей. Внутри митохондрий содержится ряд белков (цитохром С, эндонуклеаза G и др.), попадание которых в цитоплазму приводит к запуску апоп-тоза [39]. Было показано, что цитохром С высвобождается в цитозоль в процессе апоптоза в интакт-ных клетках. Молекулярные механизмы, отвечающие за перенос цитохрома С из митохондрий в цито-золь в процессе апоптоза, неизвестны. Однако установлено, что на ранних стадиях апоптоза происходит снижение мембранного потенциала митохондрий. Выброс цитохрома С в цитозоль приводит к активации программы апоптоза через активацию каспаз-за-висимого пути. Этот результат достигается при взаимодействии цитохрома С с другими факторами в ци-тозоле, при этом образуется комплекс - апоптосома.
Для предупреждения необоснованной индукции «митохондриального» апоптоза существует
система белков, обеспечивающих контроль за выходом из митохондрий проапоптических факторов. Эта система представлена белками семейства bcl-2, имеющими четыре гомологичных домена (ВН1-ВН4). Среди них выделяют белки с анти-апоптическими (bcl-2, bcl-X, bcl-w) и проапопти-ческими ( bax, bak, bad, bid и др.) свойствами. Именно равновесие между этими белками определяет судьбу клетки [40]. Белки семейства bcl находятся в постоянном динамическом равновесии, что в конечном счете определяет статус жизни и смерти клетки. На молекулярном уровне механизмы защитного действия bcl-2 еще не расшифрованы. Известно, что, помимо осуществления контроля и сдерживания проапоптических процессов, эти белки обеспечивают выживание клетки и с помощью других механизмов: путем контроля целостности клеточных органелл, а также благодаря их антиоксидантному действию [41, 42]. Bcl-2 белки осуществляют также регуляцию образования митохондриальных пор временной проницаемости (РТР - permeability transition pores), предотвращая выход цитохрома С и других указанных факторов через каналы из интермитохондриаль-ного пространства. Деградация bcl-2 приводит к попаданию в цитоплазму цитохрома С, который способствует олигомеризации цитозольного белка -апоптоз-активирующего фактора (Apaf), играющего роль «арматуры», на которой происходит протеолитический процессинг каспазы-9 [43].
Описаны также другие системы митохонд-рий-зависимого апоптоза. В частности, доказано вовлечение митохондрий в Fas-индуцированный апоптоз за счет ограниченного протеолиза белка bid, активная форма которого (t-bid), встраиваясь в мембрану митохондрий, приводит к выходу ци-тохрома С [44]. Известно, что митохондрии являются своеобразными сенсорами кислородного обеспечения клеток и описанные механизмы включаются в клетке при различных гипоксичес-ких состояниях, оксидативном стрессе, нарушении окислительного фосфорилирования и энергообеспечения клетки в целом, а также при многих других патологических состояниях. Перераспределение цитохрома С в цитозоль происходит до активации каспаз и фрагментации ДНК, которые считаются критериями апоптоза, следовательно измерение выхода цитохрома С из митохондрий можно использовать как инструмент для определения первых ранних этапов инициации апопто-за в клетках. Учитывая важную роль цитохрома С в регуляции процессов ПКГ, представляется особенно значимым выяснение его роли в процессах регуляции апоптоза при ХСН.
Ядерные механизмы апоптоза включаются в результате повреждения генетического материала. Огромное значение в реализации апоптичес-кого сигнала в данном случае играет белок р53 (протеин с молекулярной массой 53 000 Д) [45].
Являясь фактором транскрипции, этот протеин индуцирует экспрессию генов проапоптических факторов (bax), рецепторов семейства TNF и ингибиторов циклинзависимых протеинкиназ (р21, р27), что одновременно активирует апоптоз и блокирует вхождение клетки в следующую фазу клеточного цикла. Кроме того, р53 поступает из ядра к митохондриям [46] и запускает развитие апоптоза по митохондриальному пути [47]. В последнее время установлено, что некоторые ферменты репарации ДНК могут вызывать вторичное повреждение ДНК и индуцировать программу апоптоза независимо от белка р53 [48].
В регуляции процессов апоптоза участвуют индуцируемые стрессом (в том числе повышением концентрации NO) белки теплового шока (БТШ) [49], одним из основных представителей которых являются протеины с молекулярным весом 70 кДа -БТШ-70. Последние обладают наиболее выраженными протективными функциями, увеличивая сопротивляемость клеток к воздействию разнообразных индукторов апоптоза. Однако роль их не сводится только к антиапоптическому эффекту. Имеются свидетельства того, что БТШ-70 способны проявлять также противоположные проапоп-тические свойства. Полифункциональность БТШ-70 в процессе ПКГ указывает на необходимость дополнительного изучения роли этих протеинов в развитии программы апоптоза. Механизмы взаимосвязи ПГК и экспрессии БТШ при заболеваниях сердца остаются во многом не выясненными.
При ХСН, что доказано во многих исследованиях, процесс апоптоза может резко активироваться в ответ на растяжение кардиомиоцита и активацию нейрогормонов, стимулирующих реакции клеточных белков апоптоза. В этом случае мембрана клетки сохраняется целой, но происходит специфическая деградация ядра, и кардиомиоцит гибнет. Такие морфологические признаки апоптоза обнаружены как в сосудах, так и в самом миокарде в ответ на воздействие гипоксии, окислительного стресса, реперфузии при ишемии миокарда, постинфарктных изменений и при развитии СН [50, 51].
Сигнальные пути инициации апоптоза и некроза часто оказываются общими, при этом важную роль в переключении апоптоз-некроз играют активные метаболиты кислорода и активные метаболиты азота (NO, NO2, ONOO). В условиях накопления активных метаболитов кислорода нарушается баланс между О- и NO. Сдвиг его в сторону супероксид-аниона приводит к образованию высокотоксичного пероксинитрита (ONOO), вызывающего апоптоз [52]. Показано, что при НК уровень NO повышен. Предполагается, что как сам NO, так и эндотелиальная его синтаза, способствуют гипертрофии миокарда и индукции апоп-тоза кардиомиоцитов. Менее определенными являются данные о роли индуцируемой миокарди-альной синтазы [53]. По мнению Marnett L.J. и со-
авт. [54]. и Stein В. и соавт. [55], в очагах ишемии возможно образование NO нитритным путем без участия NO-синтазы, кислорода и L-аргинина, а также независимое от NO-синтазы образование NO за счет реакции между аргинином и перекисью водорода. Такие биорегуляторные влияния NO раскрывают роль этого биологического активного агента в реализации процессов клеточной гибели.
Среди основных регуляторных факторов развития ПГК при СН основное место отводится ише-мическим повреждениям миокарда. При ишемии и реперфузии сердца возникает каскад множественных процессов, включающих нарушения мембранной целостности и ионного транспорта, прогрессирующего протеолиза, расстройств функционально необходимого взаимодействия нейромеди-аторов, снижение активности ферментов антиок-сидантной системы. Торможение супероксиддис-мутазы, каталазы, глютатионпероксидазы, снижение уровня токоферола могут служить пусковым моментом в развитии апоптоза кардиомиоци-тов. Для объяснения природы апоптоза кардио-миоцитов необходимо учесть также результаты исследования в области изучения ренин-ангиотен-зиновой системы человека. Показано, что при дисфункции миокарда происходит реэкспрессия второго типа рецепторов к ангиотензину II, которые являются медиаторами апоптоза [53].
Еще одной вероятной причиной развития апоптоза кардиомиоцитов является повышение концентрации свободного цитозольного кальция. Изменение концентрации ионов кальция в мат-риксе митохондрий способствует образованию поры временной проницаемости, что в патологических условиях приводит к открытию РТР и последующему выходу апоптогенных факторов из митохондрий [25]. Механизмы непосредственной активации ПКГ свободными радикалами не вполне ясны, но достаточно определенно известно, что в качестве посредника может выступать TNFa. Он может рассматриваться как аутокринный соучастник миокардиальной дисфункции и смерти кардиомиоцитов при НК, гипоксических состояниях, вирусном миокардите [56].
Наличие в организме физиологических факторов - индукторов и ингибиторов апоптоза позволяет сделать вывод, что ПКГ зависит от соотношения факторов, вызывающих апоптоз и предотвращающих его, а также от регуляторных внутриклеточных механизмов. Накопленный к настоящему времени теоретический и экспериментальный материал о выраженности, механизмах запуска и регулирования ПКГ представляется чрезвычайно перспективным в отношении значимости этого явления в патогенезе НК.
Таким образом, ПГК при СН имеет важное значение в развитии этого синдрома и включает в себя множество молекулярных компонентов, регулирующих апоптоз кардиомиоцитов. Однако
работы, касающиеся изучения ПГК при сердечнососудистых заболеваниях, немногочисленны и касаются лишь исследований, проведенных у взрослых. Прогресс в изучении апоптоза вообще и у детей, в частности, может быть связан с решением вопросов, которые до настоящего времени не разработаны. К ним относят исследования, направленные на раскрытие роли апоптоза в структурных изменениях сердца, определяющих вариант
дисфункции миокарда на разных стадиях течения ХСН. Особый интерес представляет изучение программы реализации «клеточной смерти», обусловленной динамикой сигнальных молекул апоптоза, отображающих степень системности ПКГ по мере прогрессирования ХСН. Лучшее понимание процесса гибели клеток при развитии и формировании НК будет способствовать оптимизации терапевтических режимов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Березин А.Е. Новый класс лекарственных средств — ингибиторы металлопротеиназ — в лечении сердечной недостаточности. Клин. мед. 2004; 80(5): 7-15.
2. Christopher R, Daniel DK, Steven EL, Paolo R. Associations between neurohormonal and inflammatory activation and heart failure in children. Am. Heart Journal. 2008; 155 (3): 527-533.
3. Towbin JA, Lowe AM, Colan SD et al. Incidence, causes, and outcomes of dilated cardiomyopathy in children. JAMA. 2006; 296 (15): 1867-1876.
4. Andrews RE, Fenton MJ, Ridout DA, Burch M and on Behalf of the British Congenital Cardiac Association. New-onset heart failure due to heart muscle disease in childhood: a prospective study in the United kingdom and Ireland. Circulation. 2008; 117 (1): 79-84.
5. Скворцов АА., Челмокина C.M., Пожаренная Н.И., Мареев В.Ю. Моделирование активности системы нейрогумо-ральной регуляции при хронической сердечной недостаточности. Рос. мед. журнал. 2000; 2 (8): 87-93.
6. Скворцов АА., Мареев В. Ю., Носанова С.Н. и др. Необходима ли тройная комбинация различных групп нейро-гормональных модуляторов для лечения больных со стабильной умеренной хронической сердечной недостаточностью. Тер. архив. 2006: 78 (2): 14-20.
7. Remme WJ, Swedberg K. Guidelines for the diagnosis and treatment of chronic heart failure. Eur. Heart J. 2001; 17: 1527-1560.
8. Ярилин АА. Апоптоз. Природа феномена. Его роль в целостном организме. Патофиз. и эксп. терапия. 1998; 2: 43-48.
9. Duan W,Guo ZH, Jiang HY et al. Dietary Restriction Normalizes Glucose Metabolism and BDNF Levels, Slows Disease Progression and Increases Survival in Huntingtin Mutant Mice. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003; 100 (5): 2911-2916.
10. Palojoki M, Saraste A, Eriksson A et al. Cardiomyocyte apoptosis and ventricular remodeling after myocardial infarction in rats. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2001; 280 (6): 2726-2731.
11. Das A,Xi L, Kukreja RC. Phosphodiesterase-5 Inhibitor Sildenafil Preconditions Adult Cardiac Myocytes against Necrosis and Apoptosis. J. Biol. Chem. 2005; 280 (13): 12944-12955.
12. Ricci C, Pastukh V,Schaffer SW. Involvement of the mitochondrial permeability transition pore in angiotensin II-mediated apoptosis. Exper. and Clin. Cardiology. 2005; 10 (3): 160-164.
13. Симоненко В.Б., Бойцов СА., Глухов АА. Апоптоз и патология миокарда. Клин. мед. 2000; 76 (8): 12-16.
14. Bing OH. Hypothesis: apoptosis may be a mechanism for the transition to heart failure with chronic pressure overload. J. Mol. Cell Cardiol. 1994; 26 (8): 943-948.
15. Залесский В.Н., Гавриленко Т.И., Фильченков АА. Апоптоз при ишемии и реперфузии миокарда. Лшарьска справка. 2002; 1: 21-24.
16. Valente M, Calabrese F, Thiene G. In vivo evidence of apoptosis. Fv. Pathol. 1998; 152 (2): 479-2484.
17. Colucci WS. Apoptosis in the heart. N. Eng. J. Med. 1996; 335: 1224-1226.
18. Dor Y, Keshet E. Ischemia-driven angiogenesis. Trends Cardiovasc. Med. 1997; 7: 289-294.
19. Roberg K, Ollinger K. Oxidative stress causes relocation of the lysosomal enzyme cathepsin D with ensuing apoptosis in neonatal rat cardiomyocytes. Am. J. Pathol. 1998; 152 (5): 1151-1156.
20. Guicciardi ME, Leist M, Gores GJ. Lysosomes in cell death. Oncogene. 2004; 23: 2881-2890.
21. Fallavollita JA,Lim H, Canty JM. Myocyte apoptosis and reduced SR gene expression precede the transition from chronically stunned to hibernating myocardium. J. Mol. Cell. Cardiol. 2001; 33 (11): 1937-1944.
22. Fadok VA, Volker DR, Campbell PA et al. Exposure of phospatidylserine on the surface of apoptotic lymphocytes triggers specific recognition and removal by macrophages. J. Immunol. 1992; 148: 22157-22164.
23. Clarke PG. Apoptosis: From morphological types of cell death to interacting pathways. Trends Pharmacol. Sci. 2002; 23: 308-310.
24. Cory S, Adams JM. The Bcl2 family: regulators of the cellular life-or-death switch. Nat. Rev. Cancer. 2002; 2 (9): 647-656.
25. Москалева Е.Ю., Севрин С.Е. Возможные механизмы адаптации клетки к повреждениям, индуцирующих программированную гибель. Связь с патологией. Патол. физиол. и эксп. терапия. 2006; 2: 2-15.
26. Takemura G, Ohno M, Hayakawa Y et al. Role of apop-tosis in the disappearance of infiltrated and proliferated interstitial cells after acute myocardial infarction. Circ. Res. 1998; 82: 1130-1138.
27. Gang L, Huhua L, Liangming W. Serum levels of soluble Fas ligand and soluble Fas receptor in patients with chronic congestive heart failure. Clin. Med. Sci. J. 2002: 17 (4): 258.
28. Atasoy P, Bozdogan O, Erekul S et al. Fas-mediated pathway and apoptosis in normal, hyperplastic, and neoplastic endometrium. Gynecologic Oncology. 2003; 91 (2): 309-317.
29. Li Y, Takemura G, Kosai K et al. Critical Roles for the Fas/Fas Ligand System in Postinfarction Ventricular Remodeling and Heart Failure. Circ. Res. 2004; 95 (6): 627-636.
30. Stamatis A, John TP, Michael G et al. Growth hormone administration reduces circulating proinflammatory cytokines and soluble Fas/soluble Fas ligand system in patients with chronic heart failure secondary to idiopathic dilated cardiomy-opathy. Am. Heart J. 2002; 144 (2): 359-364.
31. Cai W, Devaux B,Schaper W, Schaper J. The role of Fas/APO 1 and apoptosis in the development of human atherosclerotic lesions. Atherosclerosis. 1997; 335: 177-186.
32. Hashimoto S, Nagai S,Sese J et al. Gene expression profile in human leukocytes. Blood. 2003; 101: 3509-3513.
33. Schumann H, Morawiez H, Hakim K et al. Alternative spicing of the primary Fas transcript generating soluble Fas antagonists is suppressed in the failing human ventricular myocardium. Biochem. Biophys. Res. Com. 1997; 239 (3): 794-798.
34. Монаенкова С.В., Бершова Т.В., Басаргина Е.Н. и др. Возможные механизмы программированной клеточной гибели при сердечной недостаточности у детей. Сб. матер. XI Конгресса педиатров России. М., 2007: 464.
35. Tepper AD, Ruurs P.Wiedmer T et al. Sphingomyelin Hydrolysis to Ceramide during the Execution Phase of Apoptosis Results from Phospholipid Scrambling and Alters Cell-surface Morphology. The Journal of Cell Biology. 2000; 150(1): 155-164.
36. Martin SJ, Re.utelingsperger CP, McGahon AJ et al. Early redistribution of plasma membrane phosphatidylserine is a general feature of apoptosis regardless of the initiating stimulus: inhibition by overexpression of Bcl-2 and Abl. Journal of Experimental Medicine. 1995; 182: 1545-1556.
37. Vermes I, Haanen C, Steffens-Nakken H, Re.utelingsperger C. A novel assay for apoptosis. Flow cytometric detection of phosphatidylserine expression on early apoptotic cells using fluorescein labelled Annexin V. J. Immunol. Methods. 1995; 184 (1): 39-51.
38. Yamaguchi S, Yamaoka M, Okuyama M et al. Elevated circulating levels and cardiac secretion of soluble fas ligand in patients with congestive heart failure - differential in vitro preventive effect of cytokines and protease antagonists. The Am. Journal of Cardiology. 1999; 83 (10): 1500-1504.
39. Vempati XJD, Diaz F, Barrientos A et al. Role of Cytochrome c in Apoptosis: Increased Sensitivity to Tumor Necrosis Factor Alpha Is Associated with Respiratory Defects but Not with Lack of Cytochrome c Release. Molecular and Cellular Biology. 2007; 27 (5): 1771-1783.
40. Kroemer G. The proto-oncogene Bcl-2 and its role in regulating apoptosis. Nature Medicine. 1997; 3: 614-620.
41. Cory S, Adams JM. The Bcl2 family: regulators of the cellular life-or-death switch. Nat. Rev. Cancer. 2002; 2 (9): 47-56.
42. Esposti MD, Hatzinisiriou I, McLennan H.Ralph S. Bcl-2 and Mitochondrial Oxygen Radicals. Biol. Chem. 1999; 274 (42): 29831-29837.
43. Ferri KF, Kroemer G. Organelle-specific initiation of cell death pathways. Nat. Cell Biol. 2001; 3 (11): 255-263.
44. Heibein J A, Goping IS, Barry M et al. Granzyme B-mediated cytochrome c release is regulated by the Bcl-2 family members Bid and Bax. J. Exp. Med. 2000; 192: 1391-1402.
45. XJo T, Kinoshita Y, Morrison RS. Apoptotic Actions of p53 Require Transcriptional Activation of PUMA and Do Not Involve a Direct Mitochondrial/Cytoplasmic Site of Action in
Postnatal Cortical Neurons. J. Neurosci. 2007; 27 (45): 12198-12210.
46. Arima Y.Nitta M, Kuninaka S et al. Transcriptional Blockade Induces p53-dependent Apoptosis Associated with Translocation of p53 to Mitochondria. Biol. Chem. 2005; 280 (19): 19166-19176.
47. Moorjani N, Catarino P, Trabzuni D et al. Upregulation of Bcl-2 proteins during the transition to pressure overload-induced heart failure. International Journal of Cardiology. 2007; 116 (1): 27-33.
48. Nakano K.Vousden KH. PUMA, a novel proapoptotic gene, is induced by p53. Mol. Cell. 2001; 7: 683-694.
49. Beere HM. The stress of dying: the role of heat shock proteins in the regulation of apoptosis. J. Cell Sci. 2004; 117 (13): 2641-2651.
50. Halestrap AP, Kerr PM, Javadov S, Woodfield K. Elucidating the molecular mechanism of the permeability transition pore and its role in reperfusion injury of the heart. Biochim. Biophys. Acta. 1998; 1366: 79-94.
51. Matt son MP. Apoptosis in neurodegenerative disorders. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2000; 1 (2) 120-129.
52. Ferdinandy P, Schulz R. Nitric oxide, superoxide, and peroxynitrite in myocardial ischemia-reperfusion injury and preconditioning. Br. J. Pharmacol. 2003; 138: 532-543.
53. Затейщиков ДА., Митушкина JI.O., Кудряшова О.Ю. Полиморфизм генов NO-синтазы и рецептора ангиотензина II первого типа и эндотелиальный гемостаз у больных ИБС. Кардиология. 2000; 40 (11): 28-32.
54. Marnett LJ, Wright TL, Crews ВС et al. Regulation of prostaglandin biosynthesis by nitric oxide is revealed by targeted deletion of inducible nitric-oxide synthase. J. Biol. Chem. 2000; 275 (18): 3427-3430.
55. Stein B, Eschenhagen T.Rudiger J. Increased expression of constitutive nitric oxide synthase III, but not inducible nitric oxide synthase II, in human heart failure. J. Am. Coll. Cardiol. 1998; 32: 1179-1186.
56. Ceconi C, Curello S,Bachetti T et al. Tumor necrosis factor in congestive heart failure: a mechanism of disease for the new millennium. Prog. Cardiovasc. Dis. 1998; 41 (1): 25-30.
