Введение
По последним данным, около 17,5 миллионов человек умирают от сердечно-сосудистых заболеваний ежегодно. Сердечно-сосудистые заболевания остаются одной из основных причин смерти в мире[1]. Атеросклероз является наиболее распространенным патологическим процессом в структуре сердечно-сосудистой патологии. В настоящее время воспалительная природа атеросклероза не подвергается сомнению[1,2]. По современным представлениям, атеросклероз является хроническим воспалением стенки кровеносного сосуда с вовлечением активированных иммунные клеток и гладкомышечных клеток сосудов, эндотелия[3]. В последние годы все чаще внимание исследователей атерогенеза привлекают различные связанные с воспалением сывороточные маркеры – такие как S100.
S-100 – семейство кальцийсвязывающих белков, которое в последние годы находит все более широкое применение в клинической практике – как правило, для диагностики новообразований. Общее название протеинов этой группы отсылает к физическим свойствам – особенностью их является полное растворение в растворах сернокислого аммония при нейтральных значениях pH. Изучаться эти соединения стали с 1965 года, когда были открыты первые представители[1].
Известно более двух десятков подобных белков, разделенных на группы – S100A, S100B, S100P, S100Z. Структуры разных видов S100 отличаются друг от друга, но их общей чертой является наличие кальцийсвязывающих мотивов – факторов элонгации (EF). Пространственная конформация белка изменяется при связывании ионов кальция с фактором элонгации, что позволяет взаимодействовать с различными специфичными белками рецепторов и обуславливает участие во множестве реакций, связанных с ростом и развитием клеток[1]. Функции эти многообразны: участие в реакциях фосфорилирования, мышечного сокращения (подобно родственному тропонину), клеточной дифференцировке и секреции. Ранее основным клиническим значением белков S-100 считалось повышение их уровня при злокачественных образованиях - S100A4 при поражении органов ЖКТ и молочной железы, S100B при меланоме, S100A9 при паранеопластических процессах предстательной железе. Так же повышенный уровень этих протеинов определяется в крови при специфических процессах, например в ЦНС[4,5].
В последнее же время все обширнее изучается участие S100 в процессах сосудистого воспаления, и, как следствие, атеросклероза. Как было сказано выше, белки обсуждаемой группы используются как показатель активности воспалительного процесса. Основываясь на этом, высказываются предположения о S100 как о маркерах атеросклероза, а так же как о потенциальной мишени для антиатеросклеротической терапии.
Участие в атерогенезе
В обзоре Goyette и Geczy, систематизировавших в 2011 данные об участии различных представителей S100 в воспалительных процессах, выделены несколько точек приложения обсуждаемых протеинов. S100A8, S100A9 и S100A12 продуцируются нейтрофилами, регуляция интенсивности секреции осуществляется через влияние соотношения про- и противовоспалительных цитокинов на гены, кодирующие эти белки[6].
Индукция гена S100A8 в макрофагах зависит от уровня IL-10 и есть данные о потенцировании его активности иммунодепрессантами. Возможно, большую роль играют окисленные формы S100A8 и S100A9 - окисление способствует образованию полимерных («сшитых») соединений, которые обнаруживаютя в атеросклеротических бляшках. В норме S100 окисляются перекисью, гипохлоритом и оксидом азота (NO). При этом есть данные о том, что S100A8 в 200 раз более чувствителен к окислительной модификации, чем основной субстрат атеромы - липопротеины низкой плотности, и может снижать окислительное повреждение путем конкуренции[1,2,6].
S100A8 и S100A9 в S-нитрозилированной форме подавляет активацию тучных клеток и воспаление в микроциркуляторном русле, может действовать как переносчик NO для регуляции тонуса сосудов при воспалительных поражениях. S100A12 является хемоаттрактантом моноцитов и тучных клеток. S100A12 индуцирует продукцию цитокинов в тучных клетках, но не приводит к стимуляции моноцитарно-макрофагального звена. Так же этот белок образует комплексы с Zn (2+) и при этом значительно ингибирует металлопротеиназы, повышение концентрации которых приводит к нестабильности атеросклеротических бляшек[6,7].
Таким образом, S100A12 обладает провоспалительными свойствами, но при определенных условиях является ангиопротективным соединением. Подобная двойственность свойств при атеросклерозе называется эффектом двуликого Януса - антиатерогенные факторы мешают стабилизации бляшки, повышая вероятность отрыва, и наоборот.
К членам семейства белков S100, которые ассоциированы с воспалением, как правило, относят S100A4, S100A7, S100A13 и S100A15. Так же показано участие 100A8, S100A9 и S100A12 в развитии сердечно-сосудистых заболеваниях в соответствии с современными данными. Как маркеры воспаления белки S100 (S100A8, S100A9 и S100A12) могут определяться в клетках крови, и, как уже было сказано, их уровень тесно связан с воспалением.
В цитоплазме нейтрофилов на S100A8 / A9 в среднем приходится около 40%, а на S100A12 приходится около 5%. В сосудистой стенке белки эти белки могут индуцировать активацию эпителия. Активированные эндотелиальные клетки высвобождают молекулы адгезии лейкоцитов и хемокины, что приводит к инфильтрации интимы лейкоцитами- макрофагами, Т- и В-лимфоцитами[8].
Основными рецепторами, с которыми связываются S100 при участии в развитии атеросклеротического поражения, являются (RAGE), «мусорные» скавенджер-рецепторы (CD36) и toll-подобные рецепторы 4 типа (TLR-4)[1,9].
RAGE, рецептор к конечным продуктам гликирования, при взаимодействии с белками группы S100A активирует каскад реакций, который приводит к увеличению транскрипции ядерного фактора каппа- B (NF-κB) и повышению уровня активных форм кислорода (АФК), что приводит к местному оксидативному стрессу. Так же связывание RAGE с лигандом стимулирует продукцию основных провоспалительных цитокинов - IL-6, IL-1β, TNF-α. Эти соединения так же стимулируют локальное воспаление в нескольких типах клеток: эндотелиальных, гладкомышечных клетках сосудистой стенки, лейкоцитах[1,2,9].
При испытании на модели – мышах с модифицированным геномом (организм подопытных животных экспрессировал человеческий S100A12 в гладкомышечных клетках сосудистой стенки из-за отсутствия S100A12 у дикого типа используемых мышей) – было выяснено, что S100A12 может усугубить степень атеросклероза путем местного повышения активных форм кислорода и нарушения кислотно-основного баланса (Hofman Bowman с соаторами, 2010)[2]. Так же наблюдалось увеличение количества «остеогенных» клеток в интиме, что приводило к более ранней кальцификации сосудистой стенки. Интересен так же тот факт, что в связи с усилением сосудистого воспаления и прогрессированием атеросклероза у животных моделей у ряда мышей развились аневризмы грудного отдела аорты. Таким образом можно утверждать, что механизм атерогенеза посредством S100 тесно связан с АФК.
Так же в эксперименте была показана возможность экзогенных S100A8 / A9 нарушать целостность эндотелиального барьера посредством индуцирования апоптоза клеток эндотелия через каскад Bcl-2 - каспаза-9 - каспаза-3[1].
Еще одним способом участия протеинов S100 в патогенетической цепи атеросклероза может быть механизм стимулированного гипергликемией миелопоэза. При возникновении гипергликемии, нейтрофилы могут продуцировать S100A8 / A9 при стимуляции АФК (гипергликемия так же способствует увеличению соединений агрессивного кислорода в сосудистой стенке). Белки связываются с RAGE на миелоидных клетках-предшественниках, что приводит к активации затронутого выше сигнального пути NF-κB с вытекающими биологическими эффектами.
Обследование 664 здоровых людей в возрасте 63-68 лет без выявленных сердечно-сосудистых заболеваний показали, что концентрации S100A8 / A9 в крови коррелируют с количеством нейтрофилов, которые, в свою очередь, связаны с вероятностью развития коронарной катастрофы[1].
Из данных, приведенных выше можно сделать несколько практических выводов.
1) S100A8 / A9 могут быть использованы как маркер нарушения толерантности к глюкозе.
2) S100A8 / A9 следует рассмотреть как предиктор сердечно-сосудистых катастроф, так как обсуждаемые протеины являются показателем более специфичным, нежели уровень нейтрофилов в крови.
3) Необходимы исследования, направленные на рационализацию терапии гипергликемии у лиц с риском развития атеросклероза с оглядкой на S100-опосредованные механизмы атерогенеза.
S100 и кальцификация
Выше мы несколько затронули процесс кальцификации сосудов, говоря об экспрессии S100A12 у генно-модифицированных мышей. Так как этот процесс является печальным и неизбежным следствием атеросклеротического поражения, необходимо поднять вопрос об участии белков группы S100 в кальцификации.
Ранее основным механизмом кальцификации стенки сосудов считалось пассивное отложение солей кальция. Позднее было обнаружено, что клетки гладких мышц постепенно могут приобретать хондроцитоподобный фенотип, что приводит к повышению экспрессии белков, сходных с белками костного матрикса. Одним из механизмов кальцификации может быть S100A12-индуцированный окислительный стресс, который увеличивает экспрессию «остеогенных» генов, таких как фактор транскрипции-2 (Runx-2) в гладких миоцитах. На примере упомянутых ранее многострадальных мышей было показано, что аортальная ткань или первичные аортальные гладкомышечные клетки, полученные из организма мышей, экспрессировавших человеческий S100A12, имели повышенный уровень АФК и повышенную активность многих регуляторных генов, отвечающих за оссификацию, даже до значительных морфологических проявлений сосудистой кальцификаци[2,10].
S100 как мишень для терапии
Очевидно, что белки семейства S100 рассматриваются как потенциальная мишень для терапии атеросклероза, так как установлено четкое участие этих соединений в цепи атерогенеза. Так как моделями, на которых изучалась роль S100 в атеросклерозе, были трансгенные мыши, то экспериментальные способы выключения этих белков из участия в сосудистом воспалении так же было проведено на экспериментальных животных.
Было показано, что выраженность атеросклеротического поражения снижалась при выключении генов, кодирующих S100A9 и RAGE. Помимо выключения экспрессии, изучалась эффективность моноклональных антител к S100A9 – их применение достоверно снижало уровень провоспалительных цитокинов ( в частности, фактора некроза опухоли-альфа). Сходный эффект продемонстрировало применение соединения ABR-215757 – ингибитора S100A9.
Любопытна связь S100 и скавенджер-рецептора CD36. Разобщение их взаимодействия в теории может снизить частоту атеротромботических сердечно-сосудистых катастроф. Для этой цели, например, могут использоваться антитела к рецептору, или к S100A12, который стимулирует экспрессию этих рецепторов на клетках моноцитарно-макрофагального ряда (впоследствии превращающихся в пенистые клетки).
Особый интерес представляет возможность ингибиторной терапии S 100 после сердечно-сосудистых вмешательств - в перспективе это может уменьшить процент непроходимости шунтов и стенозов стентов при эндоваскулярных вмешательствах.
Заключение
Современные литературные данные показывают, что белки S100 являются не только воспалительными маркерами, но и принимают деятельное участие в патогенезе атеросклероза, что имеет большое значение в будущих исследованиях сердечно-сосудистых заболеваний. Эти протеины могут использоваться для диагностики состояний, связанных с повышенным сердечно-сосудистым риском. Так же S100 являются перспективной мишенью для терапии атеросклероза.
Библиографическая ссылка
Карасов И.А., Кузнецова В.В., Колесникова Ю.А. РОЛЬ БЕЛКОВ S-100 В АТЕРОГЕНЕЗЕ: ОБЗОР // Международный студенческий научный вестник. – 2019. – № 6. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=19867 (дата обращения: 20.04.2024).