CC BY
66
УДК Б1Б.12-008.4Б-074:Б1Б.45-001.1/.3
СВЯЗЬ ПЛАЗМЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ ГАЛЕКТИНА-3 С МАРКЕРАМИ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО И НИТРОЗИЛИРУЮШЕГО СТРЕССОВ У БОЛЬНЫХ С ХРОНИЧЕСКОЙ СЕРДЕЧНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТЬЮ
Ю.В. Шукин, Е.И. Селезнев, И.И. Березин, Е.А. Медведева, В.А. Дьячков
ГБОУ ВПО «Самарский государственный медицинский университет»
Щукин Юрий Владимирович - e-mail: samgmu_pt@mail.ru
В статье представлены результаты определения плазменного содержания галектина-3 и показателей окислительного и нитрозилируюшего стрессов у больных с хронической сердечной недостаточностью ишемической этиологии. По результатам исследования получены достоверные связи уровня галектина-3 и окЛПНП, внеклеточной супероксиддисмутазы, 3-нитротирозина у группы исследуемых пациентов.
Ключевые слова: галектин-3, хроническая сердечная недостаточность, окислительный стресс,
нитрозилируюший стресс.
In article presents results of the definition of plasma level galectin-3 and indicators of oxidative and nitrosative stresses in patients with chronic heart failure of ischemic etiology. By results of research obtained significant association level galectin-3 and oxidized low-density lipoprotein, extracellular superoxide dismutase, 3-nitrotirozinum in group of study patients.
Key words: galectin-3, chronic heart failure, oxidative stress, nitrosative stress.
Необходимым условием диагностики и прогноза хронической сердечной недостаточности (ХСН) является определение биологически уникальных биомаркеров. Поэтому в настоящее время разрабатываются мультимар-керные подходы для оценки пациентов с подозреваемой или доказанной ХСН. Так, в работе Lee D.S., Vasan R.S. [1] предлагаются возможные мультимаркерные стратегии и классификация сывороточных биомаркеров ХСН на четыре категории: нейрогормональные, деструкции кардиомиоци-тов, ремоделирования матрицы миокарда и эндогенного воспаления.
В реальной кардиологической практике широкое применение нашли лишь два молекулярных маркера ХСН - мозговой натрийуретический пептид (BNP) и N-концевой фрагмент предшественника BNP - NT-proBNP. Однако, при стабильно выраженной ХСН эти два показателя могут иметь значительную вариабельность значений и зависеть от таких факторов, как пол, возраст, вес тела пациента, наличие фибрилляции предсердий или почечной недостаточности [2]. Поэтому с позиции новой мультимаркерной стратегии диагностики, оценки качества лечения, определения прогноза и выраженности патогенетических факторов ХСН есть необходимость в поиске новых эффективных тестов диагностики этого состояния.
Одним из современных достижений молекулярной биологии и медицины является открытие нового биомаркера галек-тина-3 (Гал-3). Это белок с молекулярной массой 26 кДа из группы галектинов (более 10), обладающий структурой в виде тандемных повторов коротких аминокислотных последовательностей - N-концевой домен, связанный с С-концевым углеводраспознающим доменом (около 130 аминокислот). При этом С-концевой домен отвечает за лектин-активность, а присутствие N-концевого домена необходимо для полной биологической активности галектина-3 [3, 4].
Галектин-3 широко представлен в различных тканях и в клетках он локализуется в цитоплазме, саркоплазматиче-ском ретикулуме, ядрах и митохондриях. Цитозольный пул
Гал-3 при активации смещается к плазматической мембране и интегрируется в пузырьках для выделения из мембраны. Галектин-3 участвует во многих биологических процессах, таких как рост и пролиферация клеток, апоптоз, эндогенное воспаление, фиброз миокарда и др. [5, 6]. Остается невыясненной связь галектина-3 с одним из важнейших факторов патогенеза ХСН - окислительным и нитрозилирующим стрессами.
Цель исследования: определить возможность использования плазменного содержания галектина-3 как показателя окислительного и нитрозилирующего стрессов у больных с хронической сердечной недостаточностью.
Материалы и методы
В исследование включен 101 пациент (64,5±4,3) с хронической сердечной недостаточностью, которые в прошлом перенесли инфаркт миокарда (ИМ) давностью более 2 лет. Критериями исключения являлись перенесенный ИМ давностью менее 6 месяцев, все виды онкологических заболеваний, тяжелая степень хронических легочных заболеваний, а также заболеваний печени и почек, острое нарушение мозгового кровообращения давностью менее 6 месяцев, сахарный диабет 1-го типа, возраст старше 75 лет. Диагностика ХСН основывалась на положениях Национальных рекомендаций по диагностике и лечению ХСН третьего пересмотра (2009). Эхокардиографию проводили на аппарате Logic-7. Больные были распределены по тяжести на 2 группы (таблица 1): 1-я группа - лица с ХСН Н11А III ФК и 2-я группа - пациенты с НИВ III - IV ФК. Контрольную группу (КГ) составили 36 практически здоровых лиц (средний возраст 54,7±4,5 года), у которых при клинико-инструментальном обследовании не выявлялись признаки ИВС, ГВ, ХСН.
Содержание галектина-3 в плазме крови определяли иммуноферментным методом с помощью наборов фирмы «BCM Diagnostics». Активность плазменного окислительного стресса (ОС) оценивали по уровню окисляемости липопро-теинов низкой плотности [7], а нитрозилирующего стресса -по содержанию протеинсвязанного 3-нитротирозина (3-НТ),
IVh
МЕДИЦИНСКИЙ
АЛЬМАНАХ
определяемого неферментным методом (наборы фирмы «НВТ»). Состояние антиокислительного компонента устанавливали по активности фермента внеклеточной супероксид-дисмутазы (ЕхСОД) [8, 9]. Для верификации тяжести ХСН исследовали иммуноферментным методом содержание в плазме крови ЫТ-ргоВЫР.
Статистическая обработка полученных результатов осуществлялась с помощью непараметрических методов. Для сравнения различий между группами применялся критерий Уилкоксона, парный корреляционный анализ производился по методике Спирмена. Для анализа использовался пакет программ StatSoft Statistica 6.0.
Результаты и их обсуждение
Из таблицы 1 видно, что обе группы по возрасту и полу были практически одинаковыми. Тогда как величина ФВ ЛЖ и содержание ЫТ-ргоВЫР достоверно различались между группами. При этом значения ФВ ЛЖ у больных 2-й группы были ниже данного показателя 1-й группы на 22,5%, а концентрация ЫТ-ргоВЫР была выше у лиц 2-й группы в 3,7 раза. В обеих группах наблюдалась достоверная отрицательная корреляция в парах ФВ - ЫТ-ргоВЫР, соответственно г1= -0,40 (р=0,004) и г2= -0,48 (р=0,021). Полученные результаты указывают на то, что оценка тяжести течения ХСН по содержанию ЫТ-ргоВЫР в большей степени эффективна, чем по показателю ФВ ЛЖ. В то же время содержание галек-тина-3 достоверно не коррелировало с ФВ ЛЖ в обеих группах больных ХСН, тогда как в парах Гал-3 - ЫТ-ргоВЫР отмечалась умеренная достоверная корреляция как в 1-й, так и во
2-й группах (таблица 3). Полученные результаты соответствуют данным литературы [2, 4] и свидетельствуют о том, что экспрессия и выделение галектина-3 в отличие от ЫТ-ргоВЫР умеренно связано с фактором систолического стресса, но в большей степени галектин-3 индуцирует диастолическую дисфункцию [10].
Нами установлено, что концентрация галектина-3 в плазме больных 2-й группы (таблица 2) была достоверно выше по сравнению с лицами 1-й группы на 123% (р<0,001). По совокупности имеющихся клинических данных плазменный галектин-3 значительно возрастает при острой и хронической сердечной недостаточности [4, 11]. Показано, что сердечные макрофаги активируются уже на ранней стадии сердечной недостаточности и в повышенном количестве выделяют галектин-3. При этом он увеличивает количество макрофагов и вызывает их альтернативную активацию, а также инфильтрацию тучных клеток. В свою очередь, тучные клетки являются важным источником цитокинов, факторов роста и хемокинов, в том числе гистамина, фактора некроза опухолей-а (ФНО-а), ядерного фактора кВ и ренина, которые выпускаются при их дегрануляции [12]. Кроме этого галектин-3 активирует синтез коллагена I типа и усиливает процессы деградации компонентов внеклеточного матрикса. Таким образом, в сердце развиваются процессы воспаления и особенно фиброза, которые лежат в основе неблагоприятного ремоделирования миокарда у больных ХСН [13].
Окислительный стресс относится к ситуации, когда существует дисбаланс между производством активных форм кислорода (АФК) и антиоксидантной защитой. Причем наиболее патогенными в окислении многочисленных биологических субстратов являются такие АФК, как супероксид радикал 0'2, гидроксил-радикал ОН', а также пероксид водоро-
да Н2О2 и окисленные липопротеины низкой плотности (окЛПНП) [14]. В нашем исследовании у всех больных ХСН
наблюдалось прогрессирующее увеличение концентрации окисленных ЛПНП в условиях in vitro ионами меди. При этом содержание окЛПНП у пациентов 2-й группы на 38%
(p<0,001) превышало таковое у больных 1-й группы (таблица 2). Установлена корреляция средней силы между окЛПНП и ФВ ЛЖ, толерантностью к физической нагрузке [15]. Основным механизмом окисления ЛПНП является перенапряжение миокарда, вызывающее резкое увеличение образования АФК с последующим окислением ЛПНП как в клетках сердца, так и в плазме, а также процессы, развивающиеся при ишемии-реперфузии миокарда [16]. Известно, что галектин-3 активирует рецепторный захват окЛПНП и их внутриклеточное окисление [17]. При корреляционном анализе пары галектин-3 и окЛПНП обнаружены (таблица 3) средней силы достоверные положительные связи у обследуемых лиц 1-й и 2-й групп (соответственно r1=0,520, р=0,0005 и r2=0,560, р=0,0007). Окисленные ЛПНП проявляют множество негативных биохимических эффектов, что обеспечивает их вовлечение в процессы клеточной миграции, сокращения, генной экспрессии адгезивных молекул, белков теплового шока. Они стимулируют процессы синтеза цитокинов, факторов роста, апоптоза, эндотелиальной дисфункции, фиброза миокарда при ХСН [17, 18]. В процессах прогрессирования ХСН галектин-3 активирует мембранную НАД(Ф)Н-оксидазу, особенно фибробластов. Это вызывает значительное увеличение продукции АФК, которые, активируя Ras (низкомолекулярные ГТФ-связывающие белки), Akt-путь, Р-1-3-киназы, uMAP-киназу, индуцируют реакции фиброза, воспаления и апоптоза миокарда [4, 5, 19, 20].
В последние годы изучается значение нитрозилирующего миокардиального стресса в патогенезе ХСН. Данное состояние развивается при избыточном образовании в клетках миокарда радикала оксида азота (NO*), который с высокой скоростью связывается с супероксид радикалом O*2, образуя наиболее сильный окислитель биологических структур пероксинитрит (ONOO-) [21]. При окислительном нитрози-лировании протеинсвязанного тирозина образуется
3-нитротирозин, который выходит в кровь и является высокочувствительным маркером клеточного нитрозилирующего стресса. В нашем исследовании содержание 3-НТ по сравнению с КГ прогрессирующе возрастало: в 1-й группе на 25% (p<0,01) и во 2-й группе на 130% (p<0,001). При этом уровень 3-НТ во 2-й группе был на 84% выше, чем в 1-й (p<0,001). Полученные данные показывают, что интенсивность нитрозилирующего стресса, а, следовательно, содержание пероксинитрита в клетках сердца значительно возрастает у больных с тяжелым течением ХСН. Также установлено, что плазменное содержание галектина-3 довольно сильно положительно коррелирует с уровнем 3-НТ в обеих группах больных (таблица 3). Можно полагать, что галек-тин-3 активирует внутриклеточный миокардиальный нитро-зилирующий стресс опосредованно, через стимуляцию НАД(Ф)Н-оксидазы и его способности освобождать супероксид радикал O*2 из митохондрий [18].
Естественным антиоксидантом, снижающим активность нитрозилирующего стресса, является внеклеточная суперок-сиддисмутаза (ЕхСОД), которая нейтрализует супероксид-радикал кислорода [9]. В нашей работе было установлено,
что активность ЕхСОД у больных 1-й группы по сравнению с данными КГ умеренно, но достоверно повышена на 18%,
(р<0,05), а у лиц 2-й группы, наоборот, снижена на 22% (р<0,05) (таблица 2). Такие изменения ЕхСОД в 1-й группе можно связать с активацией фермента, индуцируемой умеренно повышенной концентрацией супероксид радикала 0'2. Тогда как у пациентов 2-й группы с декомпенсирован-ным окислительным и нитрозилирующим стрессами эффективность действия ЕхСОД частично ингибируется продуктами метаболизма АФК [22]. Это подтверждается результатами корреляционного анализа. Выявлено (таблица 3) наличие достоверной отрицательной корреляции в паре 3-НТ и ЕхСОД (в 1-й группе г1=-0,320, р=0,020 и во 2-й группе г2=-0,640, р=0,0015) и окЛПНП - ЕхСОД, которая была недостоверной только в первой группе (в 1-й группе г1=-0,180, р=0,145 и во 2-й группе г2=-0,480, р=0,0008). Также отрицательная корреляция средней силы наблюдалась и в паре Гал-3 - ЕхСОД (в 1-й группе г1=-0,386, р=0,0071 и во 2-й группе г2=-0,401, р=0,0017), что подтверждает связь галек-тина-3 с продукцией супероксид радикала 0'2 (таблица 3).
Примечания: * - обозначение наличия достоверных различий исследуе-мых показателей между группами.
ТАБЛИЦА 2.
Содержание галектина-3,3-нитротирозина, окЛПНП и ЕхСОД в плазме крови у больных ХСН
Примечания: * - показатель достоверности различий по отношению к КГ; р - показатель достоверности различий исследуемых показателей между группами.
ТАБЛИЦА 3.
Данные парной корреляции исследуемых показателей
Заключение
Плазменное содержание нового биомаркера галектина-3 у больных с обострением ХСН тесно связано с показателями окислительного и нитрозилирующего стрессов как в патогенетическом, так и в диагностическом значении, и может быть использовано для оценки выраженности этих состояний у данной категории пациентов.
ш
ЛИТЕРАТУРА
1. Lee D.S., Vasan R.S. Novel markers for heart failure diagnosis and prognosis. //Curr Opin Cardiol. 2005. 20. P. 201-210.
2. Агеев Ф.Г., Азизова А.Г. Галектин-3 - новый биохимический маркер сердечной недостаточности. //Сердечная недостаточность. 2011. Т. 12. № 2. С. 108-114.
3. Boer R.A., Voors A.A., Muntendam P. et al. Galectin-3: a novel mediator of heart failure development and progression. //Eur. J. Heart Fail. 2009. V. 11. P. 811-817.
4. Shah R.V., Chen-Tournoux A.A., Picard M.H. et all. Galectin-3, cardiac structure and function, and long-term mortality in patients with acutely decompensated heart failure. //Eur. J. Heart Fail. 2010. № 8. P. 826-832.
5.de Filippi C.R., Felker G.M. Galectin-3 in heart failure-linking fibrosis, remodeling, and progression. //US Cardiology. 2010. 7 (1). P. 67-70.
6.Almkvist J., Karlsson A. Galectins as inflammatory mediators. //Glycocon. J.
2004. V. 19. P. 575-581.
7. Рагино Ю.И., Воевода М.И., Душкин М.И. и др. Применение новых биохимических способов для оценки окислительно-антиоксидантного потенциала липопротеинов низкой плотности. Клиническая лабораторная диагностика.
2005. № 4. C. 11-15.
8. Дубинина Е.Е., Туркин В.В., Бабенко Г.А. и др. Выделение и свойства супе-роксиддисмутазы плазмы крови человека. Биохимия. 1992. Т. 57. № 12. C. 1892-1901.
9. Lu Z., Xu X., Hu X., Extracellular Superoxide Dismutase Deficiency Exacerbates Pressure Overload-Induced Left Ventricular Hypertrophy and Dysfunction. // Hypertension. 2008. V. 51 (1). P. 19-25.
10. Boer R.A., Lok D.J., Jaarsma T. et all. Predictive value of plasma galectin-3 levels in heart failure with reduced and preserved ejection fraction. //Ann. Med. 2011. V. 43. P. 60-68.
11. Sharma U.C., Pokharel S., Brakel T.J. et all. Galectin-3 Marks Activated Macrophages in Failure-Prone Hypertrophied Hearts and Contributes to Cardiac Dysfunction. //Circulation. 2004. V. 110. P. 3121-3128.
12. MacKinnon A.C., Farnworth S.L., Hodkinson P.S. et all. Regulation of alternative macrophage activation by galectin-3. //The J. Immunology. 2008. V. 180. P. 2650-2658.
13. Boer R.A., Yu L., Veldhuisen D.J. Galectin-3 in cardiac remodeling and heart failure. //Curr. Heart Fail. Rep. 2010. V. 7. P. 1-8.
14. Дубинина Е.Е. Продукты метаболизма кислорода в функциональной активности клеток. Санкт-Петербург. 2006 237 с.
15. Zhu W., Sano H., Nagai R. et all. The Role of Galectin-3 in Endocytosis of Advanced Glycation End Products and Modified Low Density Lipoproteins. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2001. V. 2. № 4. P. 1183-1188.
16. Марков Х.М. Молекулярные механизмы дисфункции сосудистого эндотелия. Кардиология. 2005. № 12. С. 62-71.
17. Tsutsui T., Tsutamoto T., Wada A. Plasma oxidized low-density lipoprotein as a prognostic predictor in patients with chronic congestive heart failure. //Journal of the American College Cardiology. 2002. V. 39. № 6. P. 957-962.
18. Suzuki Y., Inoue T., Yoshimaru T., Ra C. Galectin-3 but not galectin-1 induces mast cell death by oxidative stress and mitochondrial permeability transition. // Biochim. Biophys. Acta. 2008. V. 1783 (5). P. 924-934.
19. Lok D.J., van der Meer P., de la Porte PWB, et al. Prognostic value of galectin-3, a novel marker of fibrosis, in patients with chronic heart failure: data from the DEAL-HF study. //Clin. Res. Cardiol. 2010. V. 99 (5). P. 323-358.
20. Nabeebaccus A., Zhang M., Shah A.M. NADPH oxidases and cardiac remodelling. //Heart Fail. Rev. 2011. V. 16. P. 5-12.
21. Ungvari Z., Gupte S.A., Recchia F. et all. Role of Oxidative-Nitrosative Stress and Downstream Pathways in Various Forms of Cardiomyopathy and Heart Failure. //Curr. Vasc. Pharmacol. 2005. V. 20. P. 201-210.
22. Меньшикова Е.Б., Зенков Н.К., Ланкин В.З. и др. Окислительный стресс. Патологические состояния и заболевания. Новосибирск. 2008. 290 с.
Группы 1-я группа (n=54) 2-я группа (n=61)
Пары корреляции Коэфф. корреляции (r1) р1- уровень Коэфф. корреляции (r2) р2- уровень
Гал-3 - ФВ ЛЖ -0,210 0,12б9 -0,142 0,2743
Гал-3 -NT-proBNP 0,307 0,015б 0,320 0,0118
Гал-3 - 3-НТ 0,595 0,0001 0,50б 0,0001
Гал-3 - окЛПНП 0,520 0,0005 0,5б 0,0007
Гал-3 - ЕхСОД -0,38б 0,0071 -0,401 0,0017
3-НТ - окЛПНП 0,575 0,0195 0,бб1 0,0002
3-НТ- ЕхСОД -0,320 0,020 -0,б40 0,0015
Д О хС Е 1 Н П кЛ ок -0,180 0,145 -0,480 0,0008
ТАБЛИЦА 1.
Характеристика больных ХСН
Показатели Больные ХСН
1-я группа (n=54) 2-я группа (n=61)
Средний возраст (годы) б3,5+4,1 бб,8+3,8
Мужчины (чел, %) 3б (б9) 37 (б1)
Женщины (чел, %) 18 (31) 24 (39)
Фракция выброса ЛЖ (%) 53+2,5 3 + *
ИТ-ргоВИР (пг/мл) 415+98,8 1550+95,4*
Лечение Ингибиторы АПФ (чел., %) 51 (95) 5б (92)
-блокаторы (чел., %) 45 (83) 44 (72)
Диуретики (чел., %) 28 (52) б1(100)
Показатели Контрольная группа (П=з6) M(25-75 квартили) Больные ХСН р
1-я группа (n=54) M(25-75 квартили) 2-я группа (n=61) M(25-75 квартили)
Галектин-3 (нг/мл) 7,2 (5; 9) 13 (1б; 18) * 29 (20; 37) * <0,001
3-нитротирозин (нмоль/мл) 1,8 (1; 2,5) * ,5) 3, СО ,5 2, 4,б (3,б; 5,9)* <0,001
окЛПНП (нмоль/мг белка) 3б,5 (30; 39) 45,5 (39;49)* б0 (51; 70) * <0,001
л) /м е. Д О хС Е 97 (80; 110) 115(95;129) * 7б (б2; 94) * <0,01
