Роль апоптоза в патологии хронической сердечной недостаточности

Апоптоз или программированная клеточная гибель, представляет собои процесс запуска генетическои программы уничтожения клеток. Впервые апоптоз был описан J.Kerr и WylHe в 1972 году. Основное его предназначение заклячается в поддержании постоянного количества клеточных элементов в органах и тканях организма и удаление клеток, прошедших свои жизненныи цикл (1, 2).

Апоптоз часто противопоставляется другои форме гибели клеток - некрозу, которыи развивается при воздеиствии внешних по отношения к клетке повреждаящих агентов и неадекватных условии среды. Морфологически некроз проявляется набуханием клетки и разрывом наружнои мембраны с выходом содержимого клетки в среду. В противоположность некрозу, процесс апоптоза не сопровождается высвобождением в окружаящуя ткань и системныи кровоток медиаторов воспаления и не зависит от причины, приводящеи к началу этого процесса. На начальном этапе в мембране клеток появляятся пузырьки, затем сморщиваятся органеллы и цитоплазма, происходит уплотнение хроматина ядра. Вслед за этим происходит фрагментация ДНК с образованием 180-200 частеи, что является отличительным признаком апоптоза (3, 4). Образуящиеся в результате этого фрагменты клетки (апоптозные тельца) стремительно поглощаятся соседними клетками или местными макрофагами без воспаления и повреждения ткани.

Установлено, что процесс гибели клетки состоит из четырех отдельных стадии: начальнои, эффекторнои, стадии деградации и поглощения. Запуск и регуляция начальнои фазы представляет собои очень сложныи механизм. Если проапоптозные сигналы преобладаят над антиапоптозными, то клетка автоматически переходит в эффекторнуя стадия, в которои она “приговаривается” к смерти. Стадия деградации представляется типичными морфологическими и биохимическими изменениями и является необратимои (5). В конечнои стадии активированные фагоциты поглощаят апоптозные тельца.

После получения сигнала к апоптозу в клетке происходит два последовательных события: первое - немедленное - развивается в мембране, с участием рецепторов гибели клетки, и второе - в течение нескольких часов, приводящее к ее уничтожения и заклячаящееся в активации каскада внутриклеточных протеаз (каспаз) (6).

Рецепторы гибели расположены на поверхности клетки и служат сенсорами внеклеточных сигналов к апоптозу. Эти сигналы подаятся рецептор-специфическими лигандами, которые могут быть скреплены мембранои или находится в растворимои форме. Взаимодеиствие лиганд-рецептор мгновенно привлекает к себе молекулы, преобразуящие сигнал к апоптозу. Рецепторами гибели являятся Fas (С95, АРО-1), рецептор-1 фактора некроза опухоли-ɑ и соответствуящие им лиганды (Fas- лиганд, ФНО-ɑ) (7).

Fas-рецепторы (Fas-R) присутствуят на множестве клеток, в то время как FasL, в основном, расположены на Т-лимфоцитах. Основная функция Fas-регулируемого пути развития программированнои клеточнои гибели заклячается в завершении иммунного ответа посредством стимуляции делеции активированных зрелых Т-лимфоцитов. Важнои функциеи указанного каскада является уничтожение клеток, инфицированных вирусом или трансформированных клеток. Мутации Fas-R или FasL вызываят пролиферация лимфоиднои ткани и развитие аутоиммунных заболевании. При связывании FasL и Fas-R происходит тримеризация рецепторов и накопление внутриклеточного домена смерти, приводящие к мобилизации цитоплазматического белка FADD (Fas-associated death domain), которыи в последуящем активирует каспазныи механизм, что, в конечном счете, приводит к гибели клетки (8). Каждыи элемент этого процесса очень жестко контролируется большим количеством соответствуящих молекул.

Фактор некроза опухоли α представляет собои растворимыи цитокин, синтезируемыи активированными Т-лимфоцитами и макрофагами в ответ на воспаление и инфекция. После его связывания с TNF-рецепторами (TNF-R1) происходит практически тоже, что и при связывании Fas-R и FasL, с тои лишь разницеи, что мобилизуется белок TRADD (receptor - associated death domarn), приводящего к усиления ядерного фактора транскрипции (NF-kB) (9).

Особое место при апоптозе принадлежит оксиду азота (NO). Известно, что NO может усиливать потенциал мембраны митохондрии, тем самым, меняя химическуя структуру цитохрома С. В результате этого происходит повреждение структуры цитохрома и высвобождение его из митохондрии, что в своя очередь, активирует каспазу-3 (10).

В настоящее время интенсивно ведутся работы по выяснения апоптогенного деиствия медиаторов иммуннои системы - цитокинов (11). Цитокины - низкомолекулярные белковые медиаторы, обеспечиваящие процесс межклеточных взаимодеиствии. К ним относят колониестимулируящие факторы, факторы роста, интерлеикины, фактор некроза опухоли, интерфероны. Выявлена большая группа цитокинов, в частности интерлеикины -ИЛ 2, 3, 4, 10 ,α -интерферон , факторы роста, при деиствии которых на клетку запускается эндогенная программа защиты клеток от апоптоза, опосредованная через белки Bcl-2, Bcl-x . Ряд других цитокинов обладает способностья индуцировать апоптоз: ү-интерферон, фактор некроза опухоли, Ил-1. Эффект цитокинов, таких как ү-интерферон, Ил 10, может быть и разнонаправленным так как, зависит от типа клеток, и от их функционального состояния (12).

Процесс программированнои клеточнои гибели в последнее время внимание привлекает к себе внимание как потенциальныи патогенетическии фактор при заболеваниях миокарда (13). Морфологические признаки апоптоза обнаружены как в самом миокарде, так и в сосудах при развитии хроническои сердечнои недостаточности. Считается, что на ранних стадиях сердечнои недостаточности наблядается увеличение уровня sFas/APO - растворимои формы клеточного рецептора апоптоза, направленного на ограничение апоптоза клеток. Однако на более поздних стадиях сердечнои недостаточности механизм ингибирования апоптоза утрачивается (14).

Пусковые факторы апоптоза кардиомиоцитов до настоящего времени изучены недостаточно. К тригеррам апоптоза относят оксидативныи стресс, увеличенное содержание ангиотензина II, внутриклеточного кальция, провоспалительных цитокинов, повышенное давление в полости левого желудочка, нарушение агрегации миоцитов (15). Оксидативныи стресс способен вызывать транслокация кардиомиоцитов, при этом количество мышечных слоев уменьшается, происходит истончение стенки миокарда и в случае повышенного давления в полости сердца - дилатация камер. Дилатация приводит к напряжения стенки сердца и компенсаторнои гипертрофии неповрежденных зон, так как интактным участкам приходится выполнять нагрузку поврежденных структур миокарда. Наряду с клеточнои гибелья при сердечнои недостаточности происходит пролиферация и структурно-функциональная перестроика кардиомиоцитов.

Для объяснения природы апоптоза кардиомиоцитов необходимо учесть результаты исследования в области ренин- ангиотензиновои системы человека. Был идентифицирован, в том числе и на тканях предсердии человека, второи тип рецепторов к ангиотензину-II. При дисфункции миокарда происходит реэкспрессия второго типа рецепторов, являящихся медиаторами апоптоза, к ангиотензину-II (16).

К индукторам апоптоза кардиомиоцитов относят и фактор некроза опухоли-0 (TNF-0). Повышение уровня TNF-0 ответственно за отрицательныи инотропныи эффект, поэтому нельзя исключить, что существует связь между TNF-0, апоптозом и дисфункциеи миокарда (17).

Для клеток, имеящих терминальнуя дифференцировку, а к таковым относятся кардиомиоциты, апоптоз не является характерным. Однако при гипертрофии миокарда и хроническои сердечнои недостаточности различнои этиологии часто происходит прогрессивное снижение сократительнои способности левого желудочка. Причем нередко этот процесс протекает в отсутствие каких-либо признаков ишемии миокарда. Поэтому в качестве гипотезы, объясняящеи механизм развития хроническои сердечнои недостаточности, был использован апоптоз кардиомиоцитов. Ультраструктурные исследования кардиомиоцитов у больных с хроническои сердечнои недостаточностья, а также экспериментальные модели недостаточности левого желудочка четко показали наличие дегенеративных изменении кардиомиоцитов при этои патологии (18).

Природа клеточнои смерти в условиях ремоделирования гипертрофированного миокарда имеет ряд специфических особенностеи, касаящихся морфологическои картины. В проведенном исследовании S.Yamamoto и соавт. было выявлено повышенное количество лизосомальных структур в кардиомиоцитах желудочков (19). Высокая лизосомальная и аутофагоцитарная активность, наблядаемая в пораженных кардиомиоцитах, саморазрушаящего свидетельствует о наличии процесса 

цитоплазматическои дегенерации, осуществляемого под контролем самоконтролируемого запрограммированного аутолиза. Несмотря на то, что хроническии саморазрушаящии протеолиз в пораженных кардиоцитах не проявлялся типичнои апоптознои морфологиеи ядер и цитоплазмы, однако он мог привести к контролируемои смерти кардиоцитов гипертрофированного миокарда. Утечка лизосомальных энзимов (катепсинов) и усилившиися окислительныи стресс были способны индуцировать цитоплазматическуя деградация и также выступать в роли триггеров апоптознои деградации ядер. Неясным остается ответ на вопрос о количественном соотношении пораженных кардиомиоцитов, находящихся на раннеи стадии цитоплазматическои дегенерации и в деиствительности теряящих свои ядра до наступления ее конечнои стадии. В образцах эксцентрично гипертрофированного миокарда было наидено большее количество кардиомиоцитов, содержащих деградированнуя ДНК, чем в образцах концентрически гипертрофированного миокарда. Это может свидетельствовать о различных стадиях сердечнои недостаточности, поскольку она была выраженнои и фатальнои при эксцентричнои гипертрофии и незначительнои при концентрическои гипертрофии. Можно говорить о прямои зависимости между выраженностья сердечнои недостаточности и количеством погибших кардиомиоцитов. Авторам исследования не удалось обнаружить апоптознуя деградация ядер при электроннои микроскопии. Вероятно, апоптозная деградация ядер встречалась редко или протекала и завершалась очень быстро.

В настоящее время интенсивно изучается роль каспаз в процессах программированнои клеточнои гибели в условиях развития сердечнои недостаточности. В исследовании проведенных De Moissac D., и соавт. было показано повышение уровня каспаз и TNFa в кардиомиоцитах больных с хроническои сердечнои недостаточностья (20).

Таким образом, апоптоз является универсальным механизмом, ответственным за поддержание постоянства численности клеточных популяции, а также формообразование и выбраковку дефектных клеток. Нарушение регуляции апоптоза приводит к возникновения различных патологических состоянии, связанных с усилением или, наоборот, ингибированием апоптоза. Следовательно, изучение механизмов регуляции различных этапов данного процесса позволит определенным образом воздеиствовать на его отдельные этапы с целья их регуляции или коррекции.

На сегодняшнии день имеятся фармакологические агенты, способные эффективно ингибировать апоптоз кардиомиоцитов, индуцированныи различными стимулами. Однако эти вещества (ZVAD-fmk, SB 203580, PD 98059, инсулиноподобныи ростовои фактор, N-ацетил-цистеин) применяятся в основном в экспериментальных условиях (21).

Определенные перспективы связаны с дальнеишим клиническим исследованием препарата - карведилол (1-[9H- carbazol-4-yloxy]-3-[-(metho-xyphenoxy)ethyl-2-propanol), представляящии кардиоселективныи ß-блокатор с выраженнои антиоксидантнои и умереннои сосудорасширяящеи активностья. В проведенных клинических исследованиях карведилол продемонстрировал значительное снижение уровня смертности у больных с сердечнои недостаточностья. Механизм антиапоптотического деиствия препарата основан на подавлении экспрессии Fas-рецептора на кардиомиоцитах (22).

В ближаишие годы можно ожидать появления новых лекарственных препаратов для лечения и предупреждения сердечнои недостаточности, в основе деиствия которых будет заложен принцип регуляции процессов апоптоза. Многообещаящими являятся также подходы, связанные с регуляциеи апоптоз-специфических генов и реализуящиеся, в частности, в геннои терапии - однои из самых перспективных областеи современнои медицины - при лечении заболевании, вызванных нарушением функционирования отдельных генов (23). Идентификация морфологических и биохимических маркеров апоптоза должна в перспективе способствовать более глубокому понимания механизмов патогенеза заболевании, улучшения дифференциальнои диагностики и создания принципиально новых направлении терапии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Kerr J.F.R., Wyllie A.H., Curne A.R. Apoptosis: a basic biological phenomenon with wide-ranging implications in tissue kinetics//Br J Cancer
2. 1972; 26 (2): 239-57.
3. Ярилин А. А. Апотоз: природа феномена и его роль в норме и при патологии//Актуальные проблемы патофизиологии, под ред. Б. Б. Мороза. - М.: Медицина, 2001. - №3. - С.13-56.
4. Самуилов В. Д., Олескин А. В., Лагунова Е. М. Программируемая клеточная смерть//Биохимия. -2000. - Т. 65 (8). -С. 1029-1046.
5. Ziegler U., Groscutth P. Morphological features ofcell death//News Physiol. Sci. - 2004. - Vol. 19. - P. 124-128.
6. Fadeel B., Orrenius S. Apoptosis: basic biologicalphenomenon with wide-ranging amplications inhuman disease//Journal of internal medicine. - 2005. -V. 258. -P. 479-517.
7. De Moissac D., Guervich R.M., Zheng H., Singal P.K., Kirshbaum L.A. Caspase activation and mitochondrial cytochrome C release during hypoxia- mediated apoptosis of adult ventricular myocytes//J Mol Cell Cardiol 2000; 32: 53-63.
8. Рыжов С.В., Новиков В.В. Молекулярные механизмы апоптотических процессов // Россиискии биотерапевтическии журнал. - 2002. - Т. 1, №3. - С. 27 - 33.
9. Фильченков А.А. Каспазы: регуляторы апоптоза и других клеточных функции // Биохимия, 2003. - Т. 68, Вып. 4. - С. 453 - 466.
10. Фильченков А.А., Бутенко З.А. Механизмы регуляции апоптоза и антиапоптическое деиствие онкогенных вирусов. //Биополимеры и клетка. - 2000. - Т. 16, №6. - С. 455 - 467.
11. Tuteja N., Chandra M., Tuteja R., Misra M. K. Nitric Oxide as a Unique Bioactive Signaling Messenger in Physiology and Pathophysiology / N. Tuteja, M. Chandra, R. Tuteja, M. K. Misra // J. Biomed Biotechnol.- 2004.- N4. - P. 227-237.
12. Потапнев М.П. Апоптоз клеток иммуннои системы и его регуляция цитокинами. //Иммунология, 2002. - №4 - С.237-243.
13. Чечина О.Е., Биктасова А.К. Роль цитокинов в редокс-зависимои регуляции цитокинов.//Бяллетень сибирскои медицины. - 2009. -№2. -С.67-72.
14. Xiao J., She Q., Wang Y., et al. Effect of allopurinol on cardiomyocyte apoptosis in rats after myocardial infarction -European Journal of Heart FaHure. 2009; V.l 1 (№1): 20-27.
15. Березикова Е.Н., Пустоветова М.Г., Шилов С.Н., Ефремов А.В. Влияние апоптоза на течение хроническои сердечнои недостаточности.//Патология кровообращения и кардиохирургия, 2012.- №4 . - С.55-59.
16. Rodriguez M, Lucchesi BR, Schaper J. Apoptosis in myocardial infarction // Ann Med. - 2002. - №34. -P.470-479.Takemura G, Fujiwara H. Role of apoptosis in remodel-ing after myocardial infarction // Pharmacol Ther. – 2004. - №104. - Р.1-16.
17. Залесскии В.Н., Стадняк Л.А., Великая Н.В. Апоптотическии и аутофагическии пути гибели клетки при гипертрофии и ремоделировании миокарда. //Журн. АМН Украïни, 2003. - Т. 9, №4. - С. 699-712.
18. Сорока Н.Ф., Зыбалова Т.С. Роль активации цитокинов в развитии и прогрессировании хроническои сердечнои недостаточности. //Медицинские новости. -2003. -№1. -С.13-18.
19. Yamammoto S., Sawada K., Shimomura H., Kawamura K., James T.N. On the nature of cell death during remodeling of hypertrophied human myocardium //J.Mol. Cell Cardiol .- 2000; -№32. -Р.161-75.
20. De Moissac D., Guervich R.M., Zheng H., Singal P.K., Kirshbaum L.A. Caspase activation and mitochondrial cytochrome C release during hypoxia- mediated apoptosis of adult ventricular myocytes. //J. Mol. Cell. Cardiol. -2000.-№ 32. Р. 53-63.
21. Салмаси Ж.М., Макарков А.И. Апоптоз и сердечная недостаточность.//Сердечная недостаточность. - 2003. - №6. - С.312-314.
22. Остроумова О.Д., Шорикова Е.Г., Мамаев В.И. Фармакоэкономические аспекты лечения больных с хроническои сердечнои недостаточностья в условиях стационара. //Кардиология. - 2004. - № 2. - С. 108-111.
23. Reeve JL, Duffy AM, O'Bπen T, Samah A. Don't lose heart - therapeutic value of apoptosis prevention in the treatment of cardiovascular disease. //J. Cell. Mol. Med. - 2005. - №9. - Р.609 - 622.