Роль кардиотрофина-1 при хронической сердечной недостаточности

Актуальность

Хроническую сердечную недостаточность (ХСН) считают мировой проблемой здравоохранения, которая влияет на качество жизни пациентов, а также является причиной высокой частоты заболеваемости и смертности [1]. Ранняя диагностика ХСН представляет собой сложную задачу, поскольку обсуждаемое заболевание часто характеризуется симптомами, связанными с различными патофизиологическими и биохимическими состояниями [2].

Фиброз миокарда играет важную роль в развитии и эволюции сердечной недостаточности (СН) [3]. Фиброз миокарда определяется увеличением отложения внеклеточного матрикса (ECM) и избыточным накоплением коллагена в интерстициальном и периваскулярном пространствах. Появляется всё больше данных, свидетельствующих о том, что при развитии СН, а именно с сохранённой фракцией выброса, имеется начальная фаза системного и сердечного воспаления, которая может привести к интерстициальному и периваскулярному фиброзу. Было показано, что фиброз миокарда у пациентов с СН может быть связан с гипертрофией левого желудочка (ЛЖ), диастолической и систолической дисфункцией, а также повышенным риском госпитализации и смерти от сердечно-сосудистых заболеваний [4].

По данным Д.С. Полякова с соавт. (2021), в России за 20 лет наблюдения выявлено увеличение количества больных с ХСН с 6,1 до 8,2% в 2019 г. (3,1 млн чел.). При этом расчётная выборка пациентов ХСН в Российской Федерации (РФ) может достигать 12 млн человек. В 2017 г. количество больных с ХСН III-IV функционального класса в РФ достигло 4,5 млн человек, а за последние 20 лет увеличилось с 1,8% до 3,1% [5].

В настоящее время «биомаркером» называют биологический маркер, который объективно измеряется и оценивается в качестве индикатора нормальных биологических процессов, патологических процессов или фармакологических реакций на терапевтические вмешательства [6]. Биомаркеры могут выполнять несколько функций. Их можно использовать в качестве диагностического инструмента для выявления патологии или в качестве инструмента для определения стадии заболевания, в качестве индикатора прогноза заболевания или для прогнозирования и мониторинга реакции на проводимое лечение. Исследователи установили критерии, которым должен соответствовать биомаркер, чтобы быть клинически полезным. В частности, полезный биомаркер должен позволять проводить повторные и точные измерения с быстрым временем обработки при разумных затратах, должен предоставлять информацию, которая ещё не доступна в результате тщательной клинической оценки, и его эффективность должна быть выше, чем у других доступных тестов, и он должен помогать в принятии решений и повышать эффективность клинической помощи. Биомаркер необязательно должен быть одновременно и чувствительным, и специфичным, он должен иметь основное патофизиологическое значение и, если он имеет прогностическое значение, должен использоваться либо для начала определенного лечения, либо для мониторинга во время этого лечения [6].

Материалы и методы

В статье представлен обзор литературных данных, посвящённых роли белка кардиотрофин-1 при ХСН. Были отобраны и проанализированы статьи в базах PubMed, ScienceDirect, ProQuest, GoogleScholar, Cochrane, Medline, AMED, EMBASE, CINHAL, SportDiscus, Scopus и PEDro. Поиск статей осуществлен по ключевым словам “Heart failure”, “Biological markers”, “Cardiotrophin-1”, “Galectin-3”, “Myocardium” и их комбинациям. Критерии включения — дата публикации с 2017 по 2022 гг., клинические исследования, метаанализы и систематические обзоры, рандомизированные контролируемые исследования, наличие полного текста в открытом доступе либо абстракта. Критерии исключения — тезисы, монографии, учебные пособия, дата публикации до 2017 г., несоответствие тематики исследования, всего 80 публикаций, в обзор включена 21 публикация.

Биологические аспекты и механизмы действия кардиотрофина-1

Кардиотрофин-1 (CT-1) является членом суперсемейства интерлейкинов-6 (IL-6) с молекулярной массой 21,5 кД. СТ-1 первоначально был идентифицирован, как многообещающий гипертрофический агонист in vitro, однако в последнее время его экспрессию связывают с патологией миокарда, системным повышением артериального давления и СН, как у животных, так и у людей [7]. Белок CT-1 обильно экспрессируется в ткани сердца, индуцирует дифференцировку сердечных фибробластов человека в миофибробласты и стимулирует синтез белка и коллагена в культивируемых сердечных фибробластах животных и клетках гладких мышц сосудов, а также рост и пролиферацию фибробластов через сигнальные пути посредством связывания рецепторов с комплексом гликопротеин-130/ингибирующий фактор лейкемии β (gp130/LIFRβ). Сверхэкспрессия CT-1, связанная с синтезом и отложением в миокарде волокон коллагена, приводит к увеличению объема ЛЖ и снижению фракции выброса ЛЖ и способствует гипертрофии и фиброзу миокарда с прогрессированием ХСН [8].

Следует отметить, что CT-1 активируется в сердечных фибробластах и кардиомиоцитах в ответ на механический, гуморальный, метаболический и гипоксический стресс. При остром стрессе CT-1 проявляет защитные свойства. Однако хроническая активация обсуждаемого маркера приводит к гипертрофии кардиомиоцитов, а затем и к дисфункции ЛЖ. CT-1 проявляет свою биологическую активность через комплекс gp130/LIFRβ, который дополнительно активирует несколько сигнальных путей с различными последствиями: янус-киназа/преобразователь сигнала и активатор транскрипции (JAK/STAT3) способствует гипертрофии желудочков, в то время как p42/44 митоген-активируемая протеинкиназа (p42/44 MAPK) и фосфоинозитид-3-киназа/Akt (PI3K/Akt) ингибируют апоптоз и проявляет кардиопротекторное действие на миоциты [8].

Для изучения кардиопротекторного действия CT-1 были разработаны стратегии на основе эмбриональных стволовых клеток, индуцирующие пролиферацию сердечных клеток-предшественников кардиомиоцитов. Фактор роста фибробластов 10 (FGF10) способствует развитию сердца и индуцирует дифференцировку кардиомиоцитов in vitro. Исследовали пролиферативные эффекты FGF10 на сердечные клетки-предшественники на промежуточной стадии развития кардиомиоцитов, обнаружена взаимосвязь между FGF10 и CT-1 в пролиферации кардиомиоцитов. Мышиные стволовые клетки обрабатывали FGF10 и/или CT-1. Дифференциальную экспрессию маркеров генов, специфичных для кардиомиоцитов, анализировали на уровне транскриптов и белков. Существенная активация саркомерного α-актинина была обнаружена с помощью полимеразной цепной реакции, проточной цитометрии, вестерн-блоттинга и иммуноцитохимии. Таким образом, были получены доказательства того, что совместное введение FGF10/CT-1 приводит к усилению регуляции маркеров пролиферации, что указывает на синергический потенциал FGF10 + CT-1 в отношении кардиомиогенеза [9].

S. Hogas et al. (2017) продемонстрировали, что уровень содержания CT-1 в плазме крови увеличивается с тяжестью СН, а его высокие концентрации коррелируют с высокой смертностью у таких пациентов, но в отличие от концевого натрийуретического пептида про-В-типа (BNP/pro-BNP) уровень CT-1 не зависит от пола, возраста, индекса массы тела и функции почек [10].

Сердечная адаптация, вызванная CT-1, демонстрирует основные характеристики и преимущества, связанные с адаптацией к упражнениям на выносливость, и все они полностью обратимы при прекращении доставки белка CT-1. Примечательно, что введение только CT-1 обеспечивает ремоделирование миокарда, влияя на его компоненты и эндотелиоциты посредством ответа, инструктируемого кардиомиоцитами, так как CT-1 стимулирует как рост клеток, так и проваскулярный паракринный сигнал в популяции кардиомиоцитов. Результаты исследования М. Abdul-Ghani et al. (2017) показывают, что CT-1 может значительно улучшить сердечную деятельность при правожелудочковой СН в результате чего повреждённый миокард функционально восстанавливается. Активность CT-1 по ремоделированию миокарда передаётся через сложный и саморегулирующийся молекулярный сигнальный каскад. Например, CT-1 вызывает кратковременную активацию внутреннего пути гибели митохондриальных клеток, завершающуюся импульсом активации каспазы. Надежная активация этого сигнального каскада является ключевой особенностью патологической гипертрофии, однако CT-1, по-видимому, использует способность каспазы к клеточному ремоделированию в качестве канала для инициации физиологического роста. Учёные выяснили, что каспаза стимулирует перекрывающуюся программу экспрессии генов во время физиологической и патологической гипертрофии, MEF2-зависимую транскрипцию, и что изменение продолжительности этого биологического сигнала может быть основным механизмом управления различными результатами [11].

Активация CT-1 циклин-зависимой киназы-2 (CK), по-видимому, занимает центральное место в процессе ограниченной передачи сигналов каспаз. Эксперименты убедительно свидетельствуют о том, что стимуляция CT-1 функции CK2 имеет решающее значение для ограничения активации каспазы, ключевого молекулярного шага в установлении физиологического фенотипа гипертрофии. По данным М. Abdul-Ghani et al. (2017), стимуляция CT1 ограничивает взаимодействие между киназным комплексом и каспазой и/или соответствующими субстратами каспазы, а не напрямую увеличивает активность CK2. Учёные отметили, что во время стимуляции гипертрофии паттерн активации каспазы жёстко запрограммирован внутри клетки, образуя дискретные очаги в перинуклеарных местах и попытались проследить взаимодействие CK2/каспазы 3 с помощью анализа проксимального лигирования. Таким образом, временная активация каспазы 3 является важным этапом в процессе ремоделирования, обеспечиваемом CT-1 неизбирательное нарушение исходной активности этой протеазы приведет к снижению адаптационных возможностей миокарда, усугубляя прогрессирование заболевании [11].

Принято считать, что длительная патологическая гипертрофия сердца часто переходит в СН, что вызывает эксцентрическую гипертрофию с дилатацией камер и истончением миокарда [12]. Низкоинтенсивные тренировки на выносливость у крыс приводили к эксцентрической гипертрофии ЛЖ с увеличением отношения длины к ширине кардиомиоцитов [13]. Хотя кардиомиоциты правого желудочка (ПЖ) не показали изменений в отношении длины к ширине, авторы постулируют, что адаптивный ответ кардиомиоцитов правого желудочка может зависеть от более продолжительного или интенсивного режима упражнений, таких как высокоинтенсивные тренировки на выносливость. Кроме того, удлинение кардиомиоцитов положительно коррелировало с аэробной выносливостью у крыс, подвергавшихся тренировкам на беговой дорожке и детренировке. При тренировке длина кардиомиоцитов увеличивалась вместе с аэробной выносливостью. Описано, что увеличение отношения длины клетки к её ширине обеспечивает преимущество её выживания или даже самого организма. Некоторые клетки в условиях ограничения поступления питательных веществ (стресса) изменяют свою форму за счёт увеличению отношения длины к ширине при стимуляции CT-1, что максимизирует «отношение площади поверхности к объёму», и это позволяет эффективно использовать питательные вещества во время стресса. Напротив, сферические клетки имеют наихудшую из возможных форму для эффективного поглощения питательных веществ/субстрата. Это может частично объяснить эффекты, наблюдаемые при патологической гипертрофии из-за неспособности гипертрофированных кардиомиоцитов удовлетворять метаболические потребности [12].

Также важно отметить, что запрограммированная гибель кардиомиоцитов является важным процессом в прогрессировании дилатационной кардиомиопатии (ДКМП) и СН, а у пациентов с ДКМП и СН апоптоз наблюдается значительно чаще, чем у пациентов без этих заболеваний. Разумно предположить, что большая часть эксцентрической гипертрофии и удлинения кардиомиоцитов, наблюдаемых при прогрессировании ДКМП, вероятно, связана с непрямым растяжением ослабленного миокарда, что является вторичным эффектом прямой потери кардиомиоцитов из-за апоптоза. В контексте исследования и предложенной модели S. Sharif et al. (2021) показывают, что стимуляция CT-1 не приводит к гибели клеток, а скорее наблюдаемое удлинение кардиомиоцитов является результатом физиологического процесса гипертрофии [14].

Способность CT-1 ремоделировать миокард и сосуды подразумевает, что он может быть эффективен в борьбе с миопатиями и ишемической болезнью сердца в целом. Например, масштабируемая и обратимая гипертрофия, возникающая в результате стимуляции CT-1, может улучшать сократительную функцию постинфарктного миокарда, в то время как проангиогенная и антифибротическая активности уменьшают потерю функционального миокарда, которая происходит в течение нескольких недель после первоначальной стимуляции. Ранее в эксперименте на модели инфаркта у грызунов в течение 8 недель после перевязки левой нисходящей коронарной артерии, описано, что обсуждаемый белок способствует уменьшению размера рубца и улучшению сократительной способности миокарда. Сердечная мышца у грызунов более устойчива к образованию коллатеральных сосудов по сравнению с человеческим сердцем, тем не менее, эти наблюдения дают сильный стимул для изучения CT-1 в качестве жизнеспособной терапии «омоложения» миокарда в условиях ишемического повреждения. Предложено, что CT-1 может стать эффективным средством для улучшения сердечной функции при широком спектре кардиопатологий [14].

Хотя патологическая гипертрофия часто становится необратимой и переходит в СН, фенотип может быть обращен вспять при ограниченных обстоятельствах. Например, было показано, что ингибирование цГМФ-фосфодиэстеразы 5А (ФДЭ5А) предотвращает и обращает вспять патологическую гипертрофию сердца, вызванную перегрузкой давлением. Кроме того, кальциневрин-зависимая патологическая гипертрофия сердца частично обратима при устранении активности кальциневрина, а также при использовании антигипертензивных препаратов (бета-блокаторы и блокаторы ангиотензиновых рецепторов) [15].

Для экспресс-определения уровня CT-1 в плазме крови разработана методика хемилюминесцентного иммуноанализа на основе покрытых стрептавидином парамагнитных частиц (MPs-CLIA) в сочетании с захватывающим антителом (биотин-меченым антителом против CT-1, bio-Ab) и отделением иммунных комплексов от сложного матрикса. Хемилюминесцентный иммуноанализ, используемый в ультрамикроанализе биологических веществ, благодаря высокой специфичности и чувствительности, хорошей воспроизводимости и простоты выполнения в последнее время применяется широко. По сравнению с другими известными методами анализа уровня СТ-1 исследование MPs-CLIA значительно сокращает время обнаружения всего на 1 час, в то время как широко применяемый иммуноферментный анализ (ELISA) требует времени больше на 4–5 часов. Кроме того, систематический проверочный анализ показал, что новый метод обладает достаточной точностью, правильностью и надёжностью для количественного CT-1. Этот разработанный иммунохемилюминесцентный анализ станет значимым диагностическим инструментом для дальнейшего изучения клинической ценности CT-1 [16][17].

Y. Ping et al. (2021) обследовали 100 больных с ХСН в возрасте от 22 до 84 лет. Проведённый авторами метод хемилюминесцентного иммуноанализа демонстрирует линейную зависимость от 7,8 пг/мл до 200 нг/мл с пределом обнаружения 1,0 пг/мл. Извлечение образцов человеческой плазмы с добавлением при низком (10 пг/мл), среднем (100 пг/мл) и высоком (800 пг/мл) уровнях СТ-1 составило 96%, 104% и 110% соответственно. Вариация внутрианалитического коэффициента трёх образцов составила 8,92%, 6,69% и 3,54% соответственно, а вариация коэффициента между анализами составила 9,25%, 10,9% и 4,3% соответственно. Представленные результаты свидетельствуют о высокой чувствительности, широком линейном диапазоне, приемлемой точности данного метода [16].

Взаимосвязь CT-1 с другими прогностическими биомаркерами при СН

Изучается роль ещё одного биомаркера в патогенезе СН — галектина- 3 (Gal-3). Gal-3 является членом семейства лектинов, связывающих β-галактозид, который экспрессируется в воспалительных клетках, сердечных и сосудистых клетках, почках, и жировой ткани. Уровни Gal-3 повышены в миокарде и плазме пациентов с ХСН, и его уровни коррелируют с некоторыми маркерами ECM в сыворотке крови. Предыдущие исследования на экспериментальных моделях продемонстрировали, что Gal-3 играет роль в воспалении и фиброзе при различных патологиях, таких как гипертензия, ожирение, гиперальдостеронизм и перегрузка давлением из-за его профибротических и провоспалительных свойств [18][19][20].

Хотя СТ-1 и Gal-3 активируются альдостероном посредством активации минералокортикоидных рецепторов и, по-видимому, имеют общие профибротические механизмы, данных о взаимодействии между ними не так много [20]. E. Martinez-Martinez et al. (2019) исследовали, регулирует ли CT-1 Gal-3 и может ли Gal-3 опосредовать провоспалительные и профибротические эффекты CT-1 на миокард. С этой целью был использован протеомный подход для характеристики изменения протеостаза в сердечных фибробластах человека, подвергшихся воздействию CT-1. Кроме того, взаимодействие между CT-1 и Gal-3, а также его влияние на ремоделирование сердца было проанализировано in vitro в сердечных фибробластах человека и in vivo на трех различных моделях животных, включая крыс с артериальной гипертензией, диастолической дисфункцией и СН. У пациентов с СН гипертонической этиологии оценивались ассоциации CT-1 и Gal-3 на миокардиальном и циркулирующем уровнях, а также влияние их комбинации на клинический исход. Авторы предполагают, что CT-1 активирует Gal-3, который в свою очередь опосредует провоспалительные и профибротические эффекты миокарда CT-1. Повышение уровня обеих молекул у пациентов с СН определяет подгруппу пациентов с более высоким риском сердечно-сосудистой смертности. Ось CT-1/Gal-3 выступает в качестве потенциальной терапевтической мишени и потенциального прогностического биомаркера при СН [8][19].

О.Н. Огуркова с соавт. (2021) определяли уровни СТ-1 в сыворотке крови и его взаимосвязь с уровнем про-В-типа NT-proBNP у 76 больных обструктивной гипертрофической кардиомиопатией (ГКМП) и у 31 пациента с тяжёлой дисфункцией ЛЖ с третьим типом постинфарктного ремоделирования ЛЖ и низкой фракцией выброса менее 30%. Методом иммуноферментного анализа определяли содержание СТ-1 и С-реактивного белка в крови. Методом мультиплексного иммуноанализа с использованием системы FLEXMAP 3D Luminex Corporation оценивали уровни NT-proBNP в сыворотке крови. Содержание СТ-1 в сыворотке крови у больных обструктивной ГКМП было выше, чем в группе пациентов с тяжелой дисфункцией ЛЖ. Исследование концентрации NT-proBNP в сыворотке крови показало увеличение содержания в обеих группах пациентов. Медиана концентрации NT-proBNP и С-реактивного белка у пациентов с тяжёлой дисфункцией ЛЖ была повышена по сравнению с медианой концентрации у больных обструктивной ГКМП. У больных обструктивной ГКМП с хронической диастолической СН показано увеличение содержания СТ-1 в сыворотке крови. По данным авторов у больных обструктивной ГКМП с хронической диастолической СН повышение уровней СТ-1 и NT-proBNP прямо взаимосвязано друг с другом [21].

Заключение

ХСН является актуальной медико-социальной проблемой как во всем мире, так и в нашей стране, что обусловлено высоким уровнем заболеваемости и смертности, а также её выраженным влиянием на качество жизни пациентов. По имеющимся представлениям фиброз миокарда играет важную роль в этиопатогенезе ХСН. В качестве диагностического биомаркера при ХСН рассматривается роль белка CT-1.

CT-1 представляет собой белок семейства IL-6, оказывающий гипертрофическое и цитопротекторное действие на кардиомиоциты. Уровень CT-1 увеличивается при различных сердечно-сосудистых заболеваниях, таких как ХСН, гипертония, кардиомиопатия. CT-1 экспрессируется различными клетками, преимущественно кардиомиоцитами, эндотелиальными клетками сосудов и адипоцитами. Сердечные миоциты и сердечные фибробласты могут продуцировать CT-1 при биомеханическом стрессе, при воздействии гуморальных факторов. Анализ литературы показывает, что при СН растяжение желудочков, вызванное перегрузкой давлением или объёмом, является основным стимулом высвобождения миокардом CT-1, что способствует фиброзу за счёт стимуляции и дифференцировки фибробластов в миофибробласты. Таким образом, СТ-1 выступает в качестве кандидата на роль патогенного профибротического фактора у больных СН. Однако, с другой стороны, повышенная экспрессия CT-1 приводит к синтезу коллагена в сердечных фибробластах человека, что также способствует фиброзу, развитию гипертрофии и дисфункции кардиомиоцитов. Это значит, что повышенная экспрессия CT-1 при сердечной патологии человека может отражать и компенсаторный ответ, который ограничивает прогрессирование заболевания за счёт биологической ремоделирующей активности CT-1. Хотя было показано, что уровень CT-1 увеличивается в крови у пациентов с СН, нет однозначных данных о механизмах, участвующих в фиброзе и ремоделировании миокарда при СН. В то же время результаты исследований указывают на антиапоптическое и кардиопротекторное действие CT-1 на миоциты. С учётом роли СТ-1 в этиопатогенезе СН увеличение содержания в крови CT-1 может быть рассмотрено в качестве сердечного биомаркера как для диагностической, так и для прогностической оценки фиброза и ремоделирования миокарда при СН.