![]() |
начало :: поиск :: подписка :: издатели :: карта сайта |
![]() |
Том 02/N 2/2007 | ОБЗОРЫ |
Согласно данным последних исследований, регулятором
атерогенных сосудистых нарушений выступает гликозаминогликановая компонента
клеточной оболочки эндотелия (гликокаликс, экстрацеллюлярный матрикс,
интерстиций), ферменты и ингибиторы ее катаболизма. Рассмотрены причины и
последствия разрушения гликокаликса при сосудистом поражении и возможность
гликокаликсной реконструкции. Выделена способность гликобелкового окружения
клеток регулировать биомеханические свойства сосудов, сборку и репарацию тканей.
Ключевые слова: обзор, сосудистая стенка, атеросклероз, гликокаликс,
экстрацеллюлярный матрикс, гликозаминогликаны.
О
богащенная углеводами периферическая зона на поверхности большинства эукариотических клеток представляет собой клеточную оболочку, или гликокаликс. Олигосахаридные цепи гликокаликса ковалентно присоединены к мембранным белкам (гликопротеины) и в меньшей мере – к липидам (гликолипиды). Гликолипиды и протеогликаны могут секретироваться клетками и адсорбироваться на их поверхности. Протеогликаны состоят из большого числа гликозаминогликановых полимерных цепей, присоединенных к белковой основе/кору. Высокая концентрация углеводов на клеточной поверхности служит сетевым барьером для потока растворенных веществ [1] и защищает клетки от поражения [2]. Так, эндотелиальная поверхность капилляров миокарда крыс покрыта слоем углеводов толщиной 0,2–0,5 мкм [2]. Весовое содержание углеводов в плазматических мембранах составляет от 2 до 10%. Из множества природных моносахаридов в мембранных гликопротеинах и гликолипидах встречаются лишь девять, основные из которых глюкоза и глюкозамин, галактоза и галактозамин, манноза и фукоза, а также обычная для терминального положения в углеводной цепи сиаловая кислота.Околоклеточная оболочка – гликокаликс и
экстрацеллюлярный матрикс на люминальной сосудистой поверхности
Гликозаминогликановые цепи протеогликанов, участвующие в процессах
гомеостаза, имеют полимерную (гиалуроновая кислота и хондроитинсульфат) и
сополимерную (гепарансульфат и дерматансульфат) структуру [3] (рис. 1). Эти
углеводные производные широко представлены во внеклеточном матриксе, который
состоит из ламинина и фибронектина, коллагена и витронектина, протеогликанов
(версикан, бигликан, декорин, перлекан, синдекан и др.). Указанные протеогликаны
имеют разные посттрансляционные гликозаминогликановые компоненты [4]. Бигликан и
декорин представляют собой хондроитинсульфат/дерматансульфат протеогликаны
интерстициального матрикса с малогомологичной белковой основой. Версикан –
внеклеточный хондроитинсульфатпротеогликан, перлекан –
гепарансульфатпротеогликан базальной мембраны/внеклеточного матрикса. Синдекан –
хондроитинсульфат/гепарансульфатпротеогликан [5, 6]. Их локализация
разнообразна. Гликозаминогликановый состав коронарных артерий человека меняется
в ходе жизнедеятельности. Отмечен рост содержания сульфатированных
гликозаминогликанов, особенно хондроитинсульфата и дерматансульфата, при
атерогенезе [7]. При этом состав гликозаминогликанов может влиять на
стабильность атеросклеротических бляшек [8], обнаруживая накопление гиалуронана
и хондроитинсульфата по центрам их эрозии.
Изменение гликозаминогликанового состава может повышать антитромботическую
защиту сосудистой стенки [9]. В ветви коронарной артерии, расположенной под
внутримиокардиальным мостиком, где обычно отсутствуют тромботические отложения и
атеросклеротические поражения, отмечается повышенное на 47% содержание
гликозаминогликанов по сравнению с расположенными рядом пре- и постсегментами
сосуда. Повышенное содержание гликозаминогликанов не приводило к утолщению
артериальной стенки. Содержание дерматансульфата увеличивалось в 1,8 раза, а
гепарансульфата – в 1,6 раза. Последнее следует подчеркнуть особо, как причину
повышения атромбогенности сосудистой стенки при ее деформации компрессионными
силами волокон миокардиального мостика во время систолического давления, как и
при развитии атеросклеротических и тромботических поражений [9]. Присутствие
гликозаминогликанов вносит вклад в сосудистую целостность и ремоделирование.
Предполагается, что клетки эндотелиального монослоя кровеносных сосудов,
адгезированные на нормальном экстрацеллюлярном матриксе, неподвижны. Компоненты
экстрацеллюлярного матрикса, являющиеся частью базальной мембраны необычайно
высокой эластичности и растяжимости, синтезируются и секретируются, в частности,
эндотелием в ходе ангиогенеза и васкулогенеза. Эндотелий зрелых сосудов способен
постоянно ремоделировать экстрацеллюлярный матрикс [10]. Установка артериального
шунта у бабуинов при нормальном напряжении сдвига эндотелиального слоя ведет к
появлению неоинтимального утолщения, богатого гиалуронаном и версиканом, а
вблизи шунта – коллагеном и бигликаном [11]. Высокое напряжение сдвига
способствует регрессу неоинтимы с потерей протеогликанов и деградацией
версикана. Взаимодействие последнего с интегринами эндотелиальной поверхности
генерирует сигналы, которые ингибируют пролиферацию и миграцию эндотелия и
стимулируют адгезию клеток друг к другу и к экстрацеллюлярному матриксу.
Полагают, что 15–30% частоты развития стентовых рестенозов (в течение 6 мес со
времени их установки) обусловлено скорее повышенным накоплением
экстрацеллюлярного матрикса, чем клеточной пролиферацией [12]. Отмечено общее
присутствие версикана, бигликана, перлекана, гиалуронана. В период до 18 мес
после проведения ангиопластики экстрацеллюлярный матрикс стентовой области похож
на не полностью зажившую рану, отличается повышенным содержанием версикана,
гиалуронана, коллагена III типа [13]. В дальнейшем (более чем через 18 мес)
наблюдали накопление декорина, коллагена I типа и достоверное снижение плотности
экстрацеллюлярного матрикса и стентового стеноза. Сокращение/сжатие
экстрацеллюлярного матрикса предлагается как цель терапии для предупреждения
стентовых рестенозов. Гликозаминогликаны гликокаликса, экстрацеллюлярного
матрикса, интерстиция в приведенных выше случаях предстают компонентом
инициирующего взаимодействия.
Разрушение гликокаликса
Достаточная чувствительность гликокаликса к изменению окружающих условий
позволяет ему служить одним из ранних маркеров клеточного функционирования в
патологических ситуациях. Так, после 60-минутной ишемии в гликокаликсе эндотелия
в посткапиллярных венулах крысиной брыжейки наблюдается 40%-ное увеличение
содержания галактозаминогликанов и 15%-ное повышение содержания
глюкозаминогликанов [14]. Реперфузия приводит к быстрой потере
гликозаминогликанов эндотелиального гликокаликса [15]. Это свидетельствует о
том, что его состав зависит от скорости синтеза эндотелием гликозаминогликанов и
их шеддингом (отрывом/срезанием) [14]. Следует отметить, что у человека имеется
весьма высокий метаболизм гликозаминогликанов, в частности гиалуроновой кислоты
[16, 17]. Так, приблизительно 1/3 имеющегося в организме человека гиалуронана (5
г) разрушается и замещается в течение дня, главным образом,
ретикулоэндотелиальной системой [16]. Время полужизни гиалуроновой кислоты в
кровотоке составляет 2–5 мин [17], и через систему циркуляции оборачивается
каждый день от 10 до 100 мг гиалуронана [16]. Под действием активных форм
кислорода на изолированном сердце крысы [18] или морской свинки [19] после
ишемии/реперфузии происходит разрушение эндотелиального гликокаликса. Такие его
изменения вносят вклад в механизм эндотелиальной дисфункции в
постишемизированном миокарде [18, 19] и представляют раннюю ступень
воспалительного каскада, связанного с реперфузионным поражением эндотелия [15].
Гликозаминогликаны гликокаликса проявляют защитную функцию против
увеличенного поступления атерогенных липопротеинов. С помощью электронной
микроскопии гистохимически исследовали состояние эндотелия аорты человека [20].
Оказалось, что на ранних этапах атерогенеза количество гликокаликса на
поверхности эндотелиального монослоя артерий увеличивается, проявляя
компенсаторно-приспособительный ответ клетки на поступление избыточного
количества атерогенных липидов. В области липидной полосы заметно резкое
утолщение гликокаликса. На поздних этапах атерогенеза, с образованием фиброзной
бляшки, происходит разрушение слоя гликокаликса, вплоть до его полного
исчезновения. В зрелых фиброзных бляшках слой гликокаликса также существенно
истончается [20]. Потеря гепарансульфата в гликокаликсе культуры эндотелия
(после ее обработки гепариназой III) [21] или гиалуроновой кислоты в
гликокаликсе бедренных артерий собак (после обработки гиалуронидазой) ведет к
снижению продуцирования NO в ответ на напряжение сдвига на поверхности
эндотелия. Для такого продуцирования NO гепарансульфат играет роль
механорецептора, а гиалуроновая кислота выступает биомеханическим сенсором [22].
С этим согласуется ключевое участие гепарансульфата гликокаликса эндотелия
легких в воспалительном каскаде, индуцированном пептидом (полиаргинин), который
вызывает реорганизацию цитоскелета с последующей барьерной дисфункцией [23].
Деградацию гликокаликса могут стимулировать и окисленные липопротеины низкой
плотности [24]. Это способствует адгезии лейкоцитов к эндотелию, что
воспроизводит условия развития атеросклероза, такие как гиперхолестеринемия и
присутствие в плазме крови окисленных липопротеинов [25]. Кроме того, разрушение
микроциркуляторного гликокаликса приводит к быстрому отеку миокардиальной ткани
в модельных экспериментах [2]. Количество адгезированных на эндотелии лейкоцитов
уменьшается при введении гепарина или гепарансульфата, которые могут
присоединяться к люминальной поверхности [25].
Рис. 1. Условное представление структурных звеньев гликозаминогликановых цепей полимерной и сополимерной природы. Цифры в скобках перед знаком сульфогрупп – возможные позиции сульфатирования в остатках гексуроновых кислот или N-ацетил-гексурозамина. GlcA – глюкуроновая кислота, IdoA – идуроновая кислота, GlcNAc – N-ацетилглюкозамин, GalNAc – N-ацетилгалактозамин.
Рис. 2. Схематическое изображение поперечного среза поверхностного участка артериальной стенки.
Реконструкция гликокаликса
Реконструкции гликокаликса способствует адгезия к клеточной поверхности
гиалуронана [26, 27]. Локальное введение (через баллонный катетер) гепарина
кроликам с гиперхолестеринемией обеспечивало более выраженный антистенозный
эффект, чем внутривенное введение гепарина (люминальный стеноз у них после
ангиопластики составлял 9 и 18%, на 28-е сутки – 30 и 45%, а в группе контроля,
в которой проводили только ангиопластику, – 17 и 72% соответственно) [28].
Обнаруженный эффект свидетельствовал о возможном концентрировании
гликозаминогликанов на пораженном сосудистом участке, более эффективно
проявлявшийся при локальном введении и использовании гликозаминогликановых
фрагментов (соответствующие по времени показатели стеноза для низкомолекулярного
гепарина составили 11 и 15%). При использовании меченного флюоресцеином
декстрансульфата (гликозаминогликановый аналог), внутриартериально введенного
через баллонный катетер за 5 мин до поражения (ишемия/реперфузия) миокарда
свиней, выявлена локализация этого агента в пораженном сосуде/миокарде,
соответствующая сниженному содержанию гепарансульфатпротеогликана в результате
повреждения [29]. Отмеченная локальная направленная цитопротекция
декстрансульфатом указывала на важность восстановления поврежденного
протеогликанового слоя, что обеспечивает достоверное снижение размера инфаркта
миокарда у животных. Восстановление микроциркуляторного гликокаликса у хомяков
(после его деструкции гиалуронидазой) достигается инфузией смеси гиалуроновой
кислоты и хондроитинсульфата [30]. При раздельном использовании указанных
гликозаминогликанов реконструкции гликокаликса не выявлено. Учитывая способность
гиалуронана создавать матрицы со свойствами молекулярного сита, он может играть
важную роль в регуляции и установлении проницаемости апикального гликокаликса
для макромолекул, а гиалуронидаза регулировать тканевую проницаемость [30].
Отличие прямоцепочечной гиалуроновой кислоты/гиалуронана от других
гликозаминогликанов заключается в отсутствие ковалентной пришивки/присоединения
этого полимера к белковой основе, его высокой молекулярной массе (105–107
Да), отсутствие сульфатирования его молекул и в осуществлении синтеза не в
аппарате Гольджи [16, 17, 31], а скорее на внутренней стороне плазматической
мембраны. Как и другие гликозаминогликаны, гиалуроновая кислота одновременно
выполняет в организме структурные и регуляторные функции. Первые связаны с
взаимодействием с другими гликозаминогликанами экстрацеллюлярного матрикса,
важными для структуры и сборки некоторых тканей, и проявляемые в сосудистой
стенке (рис. 2). Вторые заключаются в связывании воды и солей, во взаимодействии
с другими биомакромолекулами (белки, липиды, липопротеины, рецепторы клеточной
поверхности) для влияния на внутриклеточную передачу сигнала или интернализацию
гиалуроновой кислоты [16, 31]. Гидратированные цепи гиалуронана способствуют
организации пути для клеточного движения [31], а разрушение эндотелиального
гликокаликса капилляров ведет к быстрому отеку миокардиальной ткани [2].
Гидратированное состояние самой гиалуроновой кислоты облегчает диффузию белков и
электролитов. Высокие количества гиалуронана характерны для эмбриогенеза и
заживления ран [16].
На поздних стадиях заживления ран в полностью дифференцированных тканях,
таких как костная и хрящевая, появляются отложения другого гликозаминогликана –
хондроитинсульфата [17]. В эволюции многоклеточных организмов хондроитинсульфат
появился прежде гиалуроновой кислоты. Одно из возможных объяснений этого
заключается в том, что позднее появление гиалуроновой кислоты может совпадать с
потребностью обособления полипотентных стволовых клеток, которые остаются
недифференцированными на протяжении жизни организма. Благодаря этому
обеспечивается резервуар недифференцированных клеток для более позднего
восстановления и распространения, заполнения дефектов, заживления ран и как
особый способ адаптивной репарации [17]. Организм без гиалуроновой кислоты не
может иметь такой компенсаторный механизм, возможно, потому что все его клетки
остаются полипотентными. Организм же, занимающий более высокий уровень на
эволюционной шкале, построен в основном дифференцированными клетками. Запас
плюропотентных клеток может поддерживаться в плоде (зародыше) в виде стволовых
клеток окружением, богатым гиалуроновой кислотой, используя такие клетки из
резерва организма. Альтернативно гиалуроновая кислота может способствовать
миграции плюропотентных клеток плода на заметные расстояния, в чем нет
необходимости у более примитивных организмов [17]. В целом способность
синтезировать гиалуронан является недавней инновацией в эволюции многоклеточных
организмов [32].
Гиалуронан представлен в экстрацеллюлярном матриксе, на клеточной поверхности
и внутри клеток [16, 17, 32]. В тканях он является важным структурным
компонентом внеклеточного матрикса, как, например, в хрящах. Для образования
клеточной оболочки гиалуронан присоединяется к клеточной поверхности через его
рецепторы (CD44, RHAMM/receptor for hyaluronan-mediated motility/, TSG-6/tumor
necrosis factor-stimulated gene 6/) или другие связывающие гиалуронан-белки
(гиалоадгерины) и гиалуронан-синтазы [32]. Большинство из них содержит один или
два участка связывающего модуля, известного как протеогликановый тандемный
(повтор/proteoglycan tandem repeat), состоящего из двух a-спиралей
и двух тройных антипараллельных b-слоев,
расположенных вокруг большого гидрофобного ядра, что отвечает С-типу лектинового
модуля [16]. Участком для гиалуронанового связывания может быть мотив BX7B, где
В – остаток основной, а Х – любой аминокислоты, которая не является отрицательно
заряженной. Рецепторное связывание гиалуронана может ассоциироваться с
внутриклеточным сигналингом [16, 32] (здесь не рассмотрен) и с его заякориванием
на поверхности клетки для образования ее полисахаридной оболочки. Удержание
гиалуроновой кислоты способствует захвату и встраиванию внеклеточных связывающих
гиалуронан-белков (рис. 2), таких как хондроитинсульфатпротеогликаны разной
локализации версикан, агрекан, бревикан, нейрокан, в непосредственное окружение
клетки [16]. Сывороточный гиалоадгерин интер-a-трипсиновый
ингибитор (IaI) и TSG-6 образуют прочный комплекс, который может способствовать
сшивке молекул гиалуронана, чтобы стабилизировать образование матрикса. Таким
образом, способность протеогликанов взаимодействовать с компонентами
гликокаликса и внеклеточного матрикса (гиалуронаном, гликолипидами и
гликобелками, нерастворимыми фибриллярными белками и ассоциированными белками
плазмы) позволяет регулировать биомеханические свойства сосудов, формируя
гелевую оболочку клеточного микроокружения.
Исследование выполнено при частичной поддержке Росздрава и РФФИ (гранты №06-04-48058 и 07-04-12057-офи).
Литература
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
© Издательство Media Medica, 2000. Почта :: редакция, webmaster |