В настоящее время эндотелий считают сложным и многофункциональным органом, выполняющим иммунную, вазоконстрикторную, вазодилататорную функции. Он участвует в модуляции функций сосудов за счет синтеза биологически активных веществ (БАВ), которые поддерживают местный сосудистый гомеостаз [1, 2]. Из-за своего уникального местоположения эндотелиоциты первыми встречаются с продуктами обмена веществ и ксенобиотиками, которые вызывают их повреждение [2]. В патологических условиях формируется эндотелиальная дисфункция (ЭД), характеризующаяся дисбалансом продукции вазодилататоров и вазоконстрикторов [1–3]. При этом многие исследователи считают ЭД неспецифическим звеном в патогенезе заболеваний сердечно-сосудистой и цереброваскулярной систем [4–6].
На возникновение и развитие ЭД оказывают влияние оксидативный стресс, синтез вазоконстрикторов и цитокинов, подавляющих продукцию оксида азота (NО) – основного вазодилататора [3, 7]. Устойчивость сосудистой стенки к действию повреждающих факторов зависит от стабильности клеточной мембраны эндотелиоцитов и целостности межклеточных контактов [2, 3]. Так, клеточная активация и апоптоз приводят к морфологическим изменениям эндотелиоцитов, изменению реологических свойств крови, вызывают слущивание эндотелиоцитов, стимулируют адгезию и агрегацию тромбоцитов. Вследствие нарушения межклеточных контактов увеличивается проницаемость эндотелия для липопротеидов и моноцитов и, таким образом, начинается развитие атеросклеротического повреждения сосудистого эндотелия [2, 3 ,5].
Определить уровень выраженности ЭД можно, исследовав в крови концентрацию вазоактивных веществ и факторов, вызывающих повреждение эндотелия [1]. Так, скорость образования различных БАВ эндотелием зависит от химической структуры этих соединений и направления их секреции (внутри- и/или внеклеточная). В связи с этим факторы, выделяемые эндотелием, делят на следующие группы: постоянно вырабатываемые клетками эндотелия и выделяемые в базолатеральном направлении или в кровь (например, оксид азота); аккумулирующиеся в эндотелии и выделяемые им при стимуляции или повреждении (фактор Виллебранда, Р-селектин); вещества, не вырабатываемые в физиологических условиях, но синтез которых резко увеличивается при активации эндотелия (эндотелин-1, ICAM-1, VCAM-1, Е-селектин); факторы, синтезируемые и аккумулирующиеся в эндотелии (t-PA) либо являющиеся мембранными рецепторами эндотелиоцитов (тромбомодулин, рецептор протеина С) [3]. Таким образом, целью настоящей работы было проанализировать диагностическую значимость молекулярных маркеров ЭД, поскольку в настоящее время биомаркеры ЭД используются для: 1) определения лиц с высоким риском сердечно-сосудистой и цереброваскулярной патологии; 2) быстрой и точной диагностики заболеваний; 3) эффективного прогноза и лечения [7].
Исходя из функций эндотелия выделяют следующие формы ЭД: вазомоторную, гемостатическую, адгезионную, ангиогенную [1–3].
Вазомоторная форма ЭД связана с нарушением соотношения между эндотелиальными вазоконстрикторами и вазодилататорами.
Основным вазодилататором является оксид азота (NO), который в физиологических условиях постоянно синтезируется эндотелием. NO принимает участие в регуляции многих его функций, в том числе участвует в обеспечении неадгезивности эндотелия по отношению к форменным элементам крови. Под воздействием таких факторов риска, как свободные радикалы, липопротеины низкой и очень низкой плотности, провоспалительные цитокины, нарушается способность эндотелия синтезировать NO, а также снижается его биодоступность [2, 6], что приводит к возникновению ЭД. При этом показана корреляция между маркерами оксидативного стресса и ЭД [2]. Поскольку молекула NO нестабильна и быстро метаболизируется до нитрита и нитрата, то в этой связи определяют ее более стабильные суммарные метаболиты [8, 9].
Повышенное образование мощного вазоконстриктора ЭТ-1 во многом определяет ЭД и опережает клинические проявления различных заболеваний. Так, ЭТ-1 способствует развитию атеросклеротического повреждения сосудов, ишемическому повреждению головного мозга, возникновению легочной и системной гипертензии и рассматривается как маркер и предиктор тяжести и исхода данных заболеваний [4, 9, 10]. Определение уровня содержания ЭТ-1 в сыворотке крови характеризует эндотелийзависимую вазоконстрикцию [10].
Также прямым вазоконстриктором является ангиотензин II (АТ II). Он взаимодействует с NADPH-оксидазой и индуцирует образование супероксида, который реагирует с NO, вызывая его инактивацию [2].
В настоящее время наблюдается повышенный интерес исследователей к изучению асимметричного диметиларгенина (АДМА) как фактора риска развития сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) [11, 12]. Так как АДМА является структурным аналогом L-аргинина, то он может ингибировать активность всех изоформ NOS и вызывать нарушение синтеза NO в эндотелии [11]. Поэтому целесообразно его использование как перспективного биохимического маркера ЭД. АДМА является предиктором возникновения инсульта и транзиторных ишемических атак. Его уровень является показательным маркером ЭД при сахарном диабете [12].
Тромбофилическая форма ЭД связана с нарушением соотношения тромбогенных и атромбогенных эндотелиальных факторов.
Маркером активации дисфункции эндотелия можно считать фактор фон Виллебранда (vWF) [13, 14]. vWF синтезируется в эндотелии и мегакариоцитах и принимает участие в сосудисто-тромбоцитарном гемостазе, обеспечивая адгезию тромбоцитов к сосудистой стенке. В физиологических условиях циркулирующий vWF не связывает тромбоциты. Повреждение сосудистой стенки приводит к тому, что vWF взаимодействует с ее первичным матриксным компонентом и вызывает агрегацию тромбоцитов с образованием тромбоцитарной пробки. Таким образом, vWF участвует во взаимодействии тромбоцитов с поврежденным субэндотелиальным слоем [14].
При ЭД происходит нарушение способности клетки к нормальному участию в процессах свертывания и фибринолиза, возрастает предрасположенность к тромбозу. Так, фибриноген способствует повышению адгезионной и агрегационной способности тромбоцитов, участвует в формировании фибринового тромба и изменяет реологические свойства плазмы. Помимо этого, он является белком острой фазы. В связи с вышеперечисленным фибриноген играет важную роль в возникновении и развитии ССЗ [13, 14].
Таким образом, высокий уровень содержания vWF и фибриногена в системном кровотоке можно считать маркером гиперкоагуляции и основным патогенетическим звеном, участвующим в возникновении и развитии таких заболеваний, как острая и хроническая сердечная недостаточность, гипертоническая болезнь, мерцательная аритмия [4, 13, 14].
Адгезивная форма ЭД связана с нарушением взаимодействия лейкоцитов и эндотелия – процесса, происходящего при участии адгезивных молекул, продуцируемых эндотелиоцитами.
Под влиянием медиаторов воспаления и провоспалительных цитокинов на мембране эндотелиоцитов синтезируются Р- и Е-селектины, молекулы ICAM и VCAM [1, 3, 5]. В процессе возникновения и развития воспаления активное участие принимают лейкоциты, при этом они взаимодействуют с клетками эндотелия [1]. Молекулы адгезии ICAM-1 и VCAM-1 принимают непосредственное участие в процессе атеросклеротического повреждения сосудов, поскольку способствуют адгезии макрофагов и их миграции в сосудистый эндотелий [2, 5]. В ряде исследований показано, что повышенный уровень ICAM-1 в сыворотке является предиктором возникновения и развития ССЗ [2, 5, 7].
На начальном этапе сосудистого воспаления провоспалительные цитокины стимулируют синтез селектинов [1, 2]. Авторы [5, 6] считают, что они вызывают повышенную адгезию моноцитов к сосудистой стенке, а также стимулируют их миграцию в эндотелий. Так, была показана корреляция высокого уровня P-селектина и риска возникновения ССЗ [2].
Ангиогенная форма ЭД обусловлена нарушением процесса ангиогенеза. Нарушение регуляции ангиогенеза или его стимуляция вне связи с функциональными потребностями могут привести к тяжелым последствиям [2, 7].
Основным регулятором ангиогенеза является васкулоэндотелиальный фактор роста (VEGF). Он синтезируется ишемизированными тканями и эндотелиоцитами, что вызывает образование коллатералей сосудов [4, 5, 7]. Не вызывает сомнения тот факт, что от способности организма к ангиогенезу зависит степень приспособления к патологическому состоянию, репарации и выживаемости [15].
Так, в работе [4] авторами показано, что на начальном этапе ишемического повреждения головного мозга высокий уровень VEGF способствует активации процесса ангиогенеза; таким способом происходит противодействие атеросклеротическому повреждению сосудистой стенки. Уровень содержания VEGF в крови отражает его диагностическую значимость при цереброваскулярной патологии и при сахарном диабете [16, 17], кроме того, его диагностическая значимость доказана в кардиологии [18, 19], а также при некоторых онкологических заболеваниях [20].
На эндотелиоциты также влияют тромбоцитарный фактор роста, основный фактор роста фибробластов (bFGF) и трансформирующий фактор роста [1–3]. В исследованиях было показано, что высокий уровень bFGF в крови является прогностическим маркером при онкологических и кардиологических заболеваниях [1, 7].
Новым прогностическим биомаркером ЭД являются эндотелиальные микрочастицы, которые образуются из активированных эндотелиоцитов [21]. Так, повышение уровня эндотелиальных микрочастиц наблюдается при кардиоваскулярных, метаболических и ревматических заболеваниях. Также они участвуют в процессах васкулярного ремоделирования, неоангиогенеза, неоваскуляризации и репарации тканей [5]. Считают, что уровень циркулирующих эндотелиальных микрочастиц отражает баланс между клеточной активацией и апоптозом. Основными биорегуляторами продукции микрочастиц являются провоспалительные цитокины [21].
Оценить функциональное состояние эндотелия можно косвенно. Для этого необходимо исследовать в крови содержание факторов, повреждающих эндотелий, – гомоцистеина (ГЦ), С-реактивного белка (СРБ), провоспалительных цитокинов и др. Уровень содержания данных факторов связан со степенью выраженности ЭД [1, 5, 7].
На мембране эндотелиоцитов экспрессируются интерлeйкины (ИЛ), моноцитарный хемотаксический белок-1 (MCP-1), фактор некроза опухоли-α (ФНО-α) и др. [7]. Например, снижение уровня холестерина и липопротеинов низкой плотности приводит к восстановлению эндотелия [16]. При длительном воздействии повреждающих факторов в клетках эндотелия наблюдаются необратимые структурные и биохимические изменения [1]. Таким образом, показано, что хроническое воздействие повреждающих факторов на эндотелиоциты вызывает возникновение и развитие воспалительного процесса, являющегося пусковым механизмом возникновения атеросклеротического повреждения сосудистого эндотелия [3, 19].
МСР-1 является биомаркером, отражающим формирование воспалительных инфильтратов в стенках кровеносных сосудов при атеросклерозе [16]. Многими исследователями показано, что МСР-1 не выявляется в сосудистой стенке в нормальных условиях [16], его синтез индуцируют провоспалительные цитокины, а также ФНО-α и γ-интерферон [7]. MCP-l обеспечивает активацию клеточного иммунитета и миграцию фагоцитов в очаг воспаления [5]. Определение уровня MCP-1 может отражать степень выраженности ЭД [4, 16].
ФНО-α вырабатывается разными типами клеток, в том числе макрофагами, эндотелиальными и гладкомышечными клетками. Рядом авторов показано, что высокие уровни ФНО-α, ИЛ-6 и ИЛ-18 являются предикторами развития кардиоваскулярной и цереброваскулярной патологии [5, 7].
ИЛ-6 играет важную роль в процессе разрыва атеросклеротической бляшки. Увеличение его концентрации в крови коррелирует с содержанием СРБ. Авторами [5, 7, 8] было показано, что у здоровых лиц увеличение содержания ИЛ-6 в сыворотке крови связано с высоким риском развития миокардиальной ишемии.
СРБ снижает скорость процесса фибринолиза и способствует синтезу ингибитора активатора плазминогена [5], стимулирует высвобождение моноцитарного тканевого фактора, который снижает концентрацию NO и простациклина и таким путем увеличивает адгезию тромбоцитов [2, 7]. Высокий уровень СРБ у здоровых лиц является фактором риска развития ССЗ, поскольку СРБ играет важную роль в регуляции синтеза eNOS [5]. Таким образом, СРБ действует не только как воспалительный биомаркер, но и как медиатор сосудистых заболеваний.
ИЛ-18 экспрессируется в атеросклеротических бляшках и обнаруживается в макрофагах. Он напрямую связан с развитием ЭД, поскольку способствует повышению экспрессии молекул адгезии в сосудистом эндотелии [7].
Авторами [22] показано, что прооксидантные и антиоксидантные ферменты, а также белки острой фазы могут быть биомаркерами ССЗ и, в частности, указывать на риск осложнений ИБС. В качестве таких биомаркеров можно назвать церулоплазмин, лактоферрин и миелопероксидазу (МПО). Данные металлопротеины образуют комплекс, в котором димер МПО взаимодействует с двумя молекулами ее физиологического ингибитора – церулоплазмина, который связан с лактоферрином. Показано, что определение концентрации/активности церулоплазмина у больных ИБС эффективно в оценке развития и тяжести воспаления при атеросклерозе. Так, у больных с инфарктом миокарда и нестабильной стенокардией обнаружено снижение концентрации церулоплазмина, что отражает активность процессов воспаления и развитие окислительного стресса при остром коронарном синдроме [22, 23].
В последние годы продемонстрирована взаимосвязь между увеличением концентрации МПО и риском развития ССЗ [23]. МПО – это фермент, высвобождаемый из активированных нейтрофилов, моноцитов и тканевых макрофагов, которые катализируют образование активных форм кислорода. Так, показана роль МПО в возникновении и прогрессии атеросклероза [7, 23]. Образуемые МПО, высокореакционные соединения вызывают пероксидацию липидного бислоя клеточных мембран, а также посттрансляционную модификацию белков, включая галогенирование и нитрование [7]. Таким образом, показано, что МПО может оказывать влияние на возникновение и прогрессию ЭД. По мнению большинства исследователей, она может выступать прогностическим маркером развития ИБС [7, 23].
Во многих работах последних лет показано, что высокий уровень ГЦ в сыворотке крови приводит к развитию сердечно-сосудистой и цереброваскулярной патологии [24, 25]. ГЦ представляет собой серосодержащую аминокислоту, образующуюся в организме в метаболическом пути превращения метионина. ГЦ обладает выраженным цитотоксическим действием. В связи с этим клетки млекопитающих выработали различные механизмы защиты от гипергомоцистеинемии. В нормальных условиях избыток ГЦ выводится из организма двумя путями: с участием фолиевой кислоты и витамина В12, или с помощью витамина В6. В крови ГЦ окисляется с образованием свободных радикалов, вызывающих окисление липопротеидов низкой плотности и повреждение эндотелиоцитов. ГЦ угнетает образование NO вследствие повреждения внутренней артериальной выстилки. Снижение синтеза NO вызывает увеличение агрегационной активности тромбоцитов. Гипергомоцистеинемия приводит к увеличению экспрессии ИЛ-6, который стимулирует пролиферацию гладкомышечных клеток сосудистой стенки, а также повышает риск развития сердечно-сосудистой патологии [23].
Заключение. В настоящее время в лабораторной практике степень выраженности ЭД определяют по уровню содержания в крови ряда БАВ, продуцируемых эндотелием, или косвенно связанных с синтезируемыми эндотелием факторами, такими как NO, ЭТ-1, ГЦ, АТ-II и др. Большая часть определяемых факторов экспрессируется не только эндотелиоцитами, но и другими типами клеток, следовательно, их диагностическая ценность неодинакова. В связи с этим в настоящее время является актуальным поиск новых, более специфичных предикторов ЭД, свидетельствующих о ее возникновении задолго до проявления клинических признаков заболевания. Также ранняя диагностика ЭД и назначение соответствующего патогенетического лечения, направленного на восстановление функции эндотелия, на начальном этапе позволят улучшить прогноз у пациентов с сердечно-сосудистой и цереброваскулярной патологиями.
Библиографическая ссылка
Степанова Т.В., Иванов А.Н., Попыхова Э.Б., Лагутина Д.Д. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МАРКЕРЫ ЭНДОТЕЛИАЛЬНОЙ ДИСФУНКЦИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2019. – № 1. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=28530 (дата обращения: 20.04.2024).