The role of cell proliferation in atherogenesis and in the destabilization of atherosclerotic plaque in human

Full Text

Введение

Оценка атерогенеза с позиции иммунного воспаления позволила рассматривать кинетику клеток стенки артерий с учетом экспрессии цитокинов и межклеточной кооперации: макрофаг – Т-лимфоцит – гладкомышечная клетка. Экспрессия негранулярными лейкоцитами (моноцитами/макрофагами и лимфоцитами) провоспалительных цитокинов и факторов роста сопровождается пролиферацией клеток. В фундаментальном исследовании А.Н. Восканьянц, В.А. Нагорнева [1] показано, что при атерогенезе в стенке артерий происходит активная пролиферация мононуклеарных клеток на всех стадиях формирования атеросклеротических поражений. Именно пролиферирующие в стенке артерий клетки включаются в реакции иммунного воспаления. Авторы полагают, что клетки, выходящие из деления, составляют пул активированных клеток, участвующих в пара- и аутокринной регуляции экспрессии цитокинов и поддерживают иммунное воспаление по принципу замкнутой реакции с саморегуляцией.

В частности, в этой работе впервые проведенный количественный анализ пролиферирующих клеток при атерогенезе у человека показал, что в среднем в липидных пятнах индекс пролиферации мононуклеаров составил 30 %. Авторы отмечают, что эта тенденция сохраняется в липидных и фиброзных (краевые отделы) бляшках. На основании этих данных высказано предположение, что источником макрофагов, включающихся в реакции иммунного воспаления и участвующих в презентации антигенов Т-клеткам, являются макрофаги, мигрирующие в стенку артерий и пролиферирующие in situ. Кроме этого, авторы продемонстрировали, что индекс пролиферации гладкомышечных клеток (ГМК) в липидных пятнах и липидно-фиброзных бляшках в целом совпадает с данными, отражающими пролиферацию мононуклеаров. Однако в фиброзных бляшках этот показатель резко возрастает, что может быть связано с формированием фиброзной покрышки бляшек, для которой необходимо увеличение пула активированных ГМК, синтезирующих волокнистые структуры, в первую очередь соединительнотканные волокна [2, 3].

Схожую точку зрения высказывают и другие исследователи: циркулирующие в крови моноциты проникают в сосудистую стенку, где дифференцируются в макрофаги и затем активно пролиферируют в очаге атеросклеротического поражения [4, 5].

Факторы, способствующие и препятствующие клеточной пролиферации в сосудистой стенке

Существует точка зрения, что моноциты подвергаются дифференциации и пролиферации под действием факторов, секретируемых поврежденным эндотелием [6]. В частности, воздействие на моноциты лейкотриенов LTB-4, моноцитарных колониестимулирующих факторов, гранулоцитарно-моноцитарно колониестимулирующих факторов приводит к пролиферации моноцитов, которые затем экспрессируют скавенджер-рецепторы и, захватывая модифицированные липопротеины низкой плотности, превращаются в макрофаги. Макрофаги, в свою очередь захватившие большое количество модифицированных липопротеинов низкой плотности, превращаются в пенистые клетки [7, 6]. При участии моноцитарных колониестимулирующих факторов также появляются макрофаги, не трансформирующиеся в пенистые клетки и в дальнейшем секретирующие провоспалительные цитокины (интерлейкин-1b и фактор некроза опухоли) [8].

Следует отметить, что хемокины и хемокиновые рецепторы играют важную роль в формировании атеросклеротических поражений [9, 10]. Секретируемые макрофагами хемоаттрактанты, например тромбоцитарный фактор роста, активируют ГМК, вызывая их миграцию из медии в интиму сосуда [6, 11]. Следует отметить, что миграционную и пролиферативную активность ГМК регулируют стимуляторы роста, такие как тромбоцитарный фактор роста, эндотелин-1, тромбин, фактор роста фибробластов, интерлейкин-1, и ингибиторы, такие как гепарин сульфат, оксид азота, трансформирующий фактор роста [12, 13]. Матриксные металлопротеиназы тоже могут участвовать в процессе миграции и пролиферации ГМК [14, 15]. Кроме этого, инсулиноподобный фактор роста-1 (ИФР-1) может стимулировать пролиферацию и ингибировать апоптоз ГМК [16, 17]. ИФР-1 связывается с его рецептором, что ведет к активации ИФР-1 тирозинкиназы, которая, в свою очередь, передает сигналы для роста различных типов клеток, в том числе гладкомышечных. Тем не менее в настоящее время окончательно не установлено, «полезна» или «вредна» для развития атеросклероза индуцированная ИФР-1 пролиферация ГМК. Постоянное воздействие ИФР-1 может стимулировать чрезмерно быструю пролиферацию и миграцию ГМК, тем самым увеличивая толщину интимы и рестеноз после ангиопластики. Однако пролиферативный эффект ИФР-1 уменьшает уязвимость бляшки к разрыву, так как увеличение числа ГМК помогает стабилизировать бляшку при выраженном атеросклерозе. Недавнее исследование также показывает, что низкие уровни циркулирующих ИФР-1 могут повышать риск развития ишемической болезни сердца [18].

Важную роль в атерогенезе в настоящее время приписывают белкам β-аррестинам. Известно, что β-аррестин-2 способствует патогенезу атеросклероза. У человека коронарные артерии с атеросклеротическими поражениями содержат в два раза больше мРНК β-аррестина, чем неизмененные коронарные артерии. Доказано также, что β-аррестин увеличивает пролиферацию и миграцию ГМК и, соответственно, гиперплазию неоинтимы. Кроме того, обнаружено, что β-аррестин-1 не оказывает данные эффекты и подавляет процессы пролиферации и миграции ГМК в естественных условиях. Таким образом, β-аррестин-1 и β-аррестин-2 являются антагонистами [19].

В качестве фактора, способствующего уменьшению пролиферативной активности ГМК, рассматривают ангиотензин (1–7) — недавно описанный компонент ренин-ангиотензиновой системы, образующийся из ангиотензина I и ангиотензина II с помощью ангиотензинпревращающего фермента-2 [20, 21]. Ангиотензин (1–7) ингибирует миграцию ГМК и их пролиферацию, а также способствует стабилизации бляшки за счет снижения уровня провоспалительных цитокинов и матриксных металлопротеиназ.

Таким образом, образование пенистых клеток макрофагального происхождения, как и образование пенистых клеток из ГМК, в совокупности с процессами пролиферации макрофагов [6] и ГМК под действием ряда факторов может представлять собой основную стадию образования утолщений интимы при развитии атеросклеротических поражений.

Помимо моноцитов/макрофагов и ГМК дисфункция эндотелиальных клеток является важным звеном в патогенезе атеросклероза. Ряд факторов может влиять на пролиферативную активность эндотелиальных клеток. Так, липопротеины высокой плотности оказывают антиатерогенное действие в том числе и благодаря их модулирующему влиянию на способность эндотелиальных клеток к пролиферации. Было установлено, что липопротеины высокой плотности способствуют пролиферации эндотелия и уменьшают апоптоз эндотелиальных клеток [22]. Показано большое значение эндотелиальных микроРНК (MIR), которые играют решающую роль в процессе развития сосудов, а также в эндотелиальном ответе на гемодинамический стресс и воспаление [23]. Выяснилось, что MIR-126-5p способствует пролиферации эндотелиальных клеток, регенерации эндотелия коронарных сосудов и препятствует образованию атеросклеротических поражений [21]. Кроме этих факторов упоминаемый выше ангиотензин (1–7) стимулирует пролиферацию эндотелиальных клеток-предшественников, которые способствуют регенерации поврежденного эндотелиального слоя.

Напротив, отрицательно влиять на эндотелий могут факторы комплемента, белки острой фазы и цитозольные рецепторы вирусных нуклеиновых кислот RIG-1, MDA-5. Процесс активации MDA-5 и RIG-1 индуцирует выработку интерферона-γ дендритными клетками и макрофагами и способствует снижению пролиферативной активности эндотелиальных клеток [24].

Клеточная пролиферация в различных типах атеросклеротических поражений

Анализ литературы позволил выявить, что пролиферативная активность зависит от типа атеросклеротического поражения.

В 1995 г. группа ученых во главе с M.D. Rekhter [25] изучала атеросклеротические бляшки, в результате были определены топографические закономерности распределения пролиферирующих клеток в зависимости от их типа. Были проанализированы образцы атеросклеротических бляшек, извлеченных из сонных и внутренних грудных артерий в ходе эндартерэктомии. Известно, что данные атеросклеротические бляшки являлись причиной стеноза, но ни одна из них не вызывала полную окклюзию сосуда. В качестве контроля использовали участок внутренней грудной артерии, полученный после коронарного шунтирования.

Из пролиферирующих клеток в интиме преобладали моноциты/макрофаги (46,0 % PCNA-позитивных клеток), ГМК было 19,7 %, эндотелиальных клеток микрососудов — 14,3 %, Т-клеток — 13,1 %.

В медии из пролиферирующих клеток преобладали ГМК (44,4 %), затем следовали эндотелиальные клетки микрососудов (20 %), моноциты/макрофаги (13 %), Т-клетки (14,3 %).

Участки локализации пенистых клеток характеризовались большим числом пролиферирующих макрофагов (66,5 %), тогда как неоваскуляризированные участки были PCNA-позитивными по эндотелиальным клеткам микрососудов (23,3 %), моноцитам/макрофагам (26,3 %), ГМК (14 %) и в меньшей степени по Т-клеткам (8,2 %).

Фиброзная покрышка бляшки, где степень пролиферации была минимальной, характеризовалась пролиферацией Т-клеток (34,1 %), моноцитов/макрофагов (14,5 %), ГМК (11 %). При этом пролиферации среди эндотелиальных клеток не наблюдалось, что, как отмечают авторы, может быть связано с особенностями проведения эндартерэктомии, а не с отсутствием способности эндотелиальных клеток к пролиферации [25].

Таким образом, эти авторы подтверждают данные А.Н. Восканьянц и В.А. Нагорнева [1] о пролиферации гематогенных клеток в атеросклеротической бляшке. Существует, однако, точка зрения, что при формировании атеросклеротических поражений пролиферируют в основном оседлые клетки сосудистой стенки, а не клетки гематогенного происхождения [26].

Роль клеточной пролиферации при дестабилизации атеросклеротической бляшки у человека

Если при атеросклерозе процесс клеточной пролиферации мало изучен, то при формировании нестабильной атеросклеротической бляшки у человека он совершенно неизвестен. А согласно современным данным, не атеросклеротическая бляшка вообще, а именно ее нестабильная форма служит причиной наиболее тяжелых и острых осложнений атеросклероза и ишемической болезни сердца и приводит к развитию острого коронарного синдрома [27, 28]. Именно поэтому с целью выяснения вопроса о роли клеточной пролиферации в прогрессировании атеросклероза и дестабилизации атеросклеротической бляшки у человека нами было предпринято исследование, которое позволило установить ряд новых фактов.

Иммуногистохимический анализ показал, что в нормальных участках интимы артерий у человека либо присутствуют единичные пролиферирующие клетки, либо они отсутствуют совсем. На начальных стадиях формирования атеросклеротических поражений в липидном пятне наблюдается высокая пролиферативная активность эндотелиальных клеток. При формировании нестабильной атеросклеротической бляшки в ее покрышке выявляются многочисленные мононуклеарные и гладкомышечные клетки, находящиеся в стадии активной пролиферации (рис. 1, a). Важно, что пролиферация мононуклеарных и гладкомышечных клеток происходит не только в поверхностных, но и в глубоких отделах нестабильной атеросклеротической бляшки. Интересно, что на далекозашедших стадиях деструкции покрышки нестабильной атеросклеротической бляшки в зонах ее выраженного повреждения и даже в районах отслоения и разрыва отмечается высокая клеточная пролиферативная активность (рис. 1, b).

В стабильных атеросклеротических поражениях высокая пролиферативная активность характерна прежде всего для ГМК. Так, в нижних отделах покрышки стабильной бляшки, на границе с атероматозным ядром, обнаружена выраженная пролиферация ГМК, что, видимо, связано с упрочнением покрышки и созданием мощного соединительнотканного барьера между кровью и очагом отложения липидов. Интересно, что одновременно многочисленные пролиферирующие ГМК выявлены на границе медии и адвентиции непосредственно под стабильной атеросклеротической бляшкой (рис. 1, c). В самой же покрышке стабильной атеросклеротической бляшки мононуклеарные клетки, находящиеся в стадии пролиферации, либо встречаются редко, либо отсутствуют совсем (рис. 1, d).

 

Рис. 1. Клеточная пролиферация в различных типах атеросклеротических поражений у человека (а, b, c, d — иммунопероксидазный метод на выявление PCNA-положительных клеток с помощью моноклональных антител. ×750): а — многочисленные пролиферирующие мононуклеарные (m) и гладкомышечные (d′) клетки в покрышке нестабильной атеросклеротической бляшки; b — в поврежденной покрышке нестабильной атеросклеротической бляшки видны многочисленные пролиферирующие лимфоциты (1) и макрофаги (2); c — пролиферирующие гладкомышечные клетки, располагающиеся на границе медии и адвентиции под стабильной атеросклеротической бляшкой; d — отсутствие пролиферации в плотной фиброзной покрышке стабильной атеросклеротической бляшки

Fig. 1. Cellular proliferation in various types of atherosclerotic lesions in human (a, b, c, d — an immunoperoxcidase method on PCNA identification-positive cells by means of monoclonal antibodies. ×750): a — numerous proliferating mononuclear (m) and smooth muscule (d′) cells in a cap of unstable atherosclerotic plaque; b — in the destructive cap of unstable atherosclerotic plaque numerous proliferating lymphocytes (1) and macrophages (2) are visible; c — the proliferating smooth muscule cells which are located on border of media and adventitia under a stable atherosclerotic plaque; d — lack of a proliferation in the dense fibrous cap of a stable atherosclerotic plaque

 

Заключение

Результаты исследования показывают, что на всех стадиях формирования нестабильной атеросклеротической бляшки, начиная с самой ранней, наблюдается выраженная клеточная пролиферация. Уже на стадии липидного пятна обнаружены многочисленные пролиферирующие эндотелиальные клетки, что связано с необходимостью замещения поврежденного эндотелия в начальный период формирования иммуновоспалительных реакций в сосудистой стенке. Обращает на себя внимание активная пролиферация мононуклеарных клеток — лимфоцитов и макрофагов — как в поверхностных, так и в глубоких отделах интимы и покрышки на всех стадиях формирования нестабильной атеросклеротической бляшки. Вероятно, именно пролиферирующие в стенке артерий клетки принимают участие в реакции иммунного воспаления, так как макрофаги гематогенного происхождения участвуют преимущественно в скавенджер-захвате модифицированных форм липопротеинов низкой плотности и трансформируются в пенистые клетки, составляющие основу бляшки. Незначительное содержание пролиферирующих мононуклеаров в стабильных атеросклеротических бляшках, по-видимому, обусловлено тем, что их плотная фиброзная покрышка не пропускает эти клетки в интиму. Выраженная пролиферация ГМК, наблюдающаяся под покрышкой стабильной бляшки на границе с атероматозным ядром, обусловлена созданием соединительнотканного барьера между кровью и ядром.

Список сокращений

ГМК — гладкомышечные клетки; ИФР-1 — инсулиноподобный фактор роста; MIR — микроРНК.

About the authors

Peter V. Pigarevsky

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: pigarevsky@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5906-6771
SPIN-code: 8636-4271

PhD (Biology), Head, Department of General Morphology

Russian Federation, Saint Petersburg

Olga G. Yakovleva

Institute of Experimental Medicine

Email: pigarevsky@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6248-9468

Researcher Associate, Department of General Morphology

Russian Federation, Saint Petersburg

Svetlana V. Maltseva

Institute of Experimental Medicine

Email: pigarevsky@mail.ru

PhD (Biology), Researcher Associate, Department of General Morphology

Russian Federation, Saint Petersburg

Veronica A. Guseva

Institute of Experimental Medicine

Email: pigarevsky@mail.ru

PhD (Biology), Researcher Associate, Department of General Morphology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files