Сердечная недостаточность (СН) – сложный клинический синдром с признаками и симптомами, возникающими в результате структурного или функционального нарушения наполнения или выброса желудочков. [1]. Более 64 млн чел. в мире страдают от СН, что составляет 1–2 % среди взрослого населения развитых стран. Поэтому в настоящее время стремление уменьшить социальное и экономическое бремя СН стало основным глобальным приоритетом здравоохранения в различных странах [2]. В Российской Федерации (РФ) к 2017 г. распространенность ХСН составляла ≈ 8,2 % [3]. В РФ основными причинами ХСН являются артериальная гипертония и ишемическая болезнь сердца [3, 4].
Нейтрофилы (PMN) являются первой линией защиты организма человека от микробных патогенов, но могут также вызывать повреждение тканей и стерильное воспаление. Среди разнообразного антимикробного оружия, которым вооружены PMN, особое место занимают веретенообразные структуры, называемые внеклеточными ловушками PMN (NET – Neutrophil extracellular traps). NET высвобождаются из PMN для уничтожения микробов. NET состоят из многочисленных нитей DNA с цитозольными, гранулярными и ядерными белками. Благодаря своей сетчатой структуре NET могут захватывать микроорганизмы, включая бактерии, вирусы или грибы [5]. При ряде патологий происходит нерегулируемое высвобождение NET, что вызывает обострение воспаления и повреждение тканей организма хозяина, выходящее за рамки антимикробных функций нетоза, и таким образом участвует в патогенезе различных заболеваний [6]. Многочисленные заболевания приводят к развитию синдрома СН [1]. Было обнаружено, что образование NET происходит на ранней или острой стадии неинфекционных заболеваний, например ревматоидного артрита [7] и инфаркта миокарда [8]. Это указывает на то, что нетоз может участвовать в патогенезе заболеваний, связанных с СН. В настоящее время недостаточно данных о роли нетоза нейтрофилов в патогенезе СН. Поэтому целью обзора является систематизация имеющихся данных о нетозе при СН, что в перспективе будет способствовать профилактике и лечению сердечной недостаточности и позволит улучшить выживаемость пациентов.
Результаты исследования и их обсуждение
Нетоз при заболеваниях, приводящих к СН. Установлено, что к СН приводят острые и хронические заболевания сердца и сосудов, заболевания легких, почек, сахарный диабет и др. [1]. Образование NET может быть инициировано различными стимулами, включая микроорганизмы, антитела, иммунные комплексы, микрокристаллы и некоторые другие соединения. И в ответ на сигналы опасности PMN могут генерировать NET [9].
На сегодняшний день подробно описаны два основных пути, в результате которых NET выходит из PMN. Первый – это суицидальный нетоз, который вызывает гибель PMN. При втором типе нетоза (витальный нетоз) из PMN выходят везикулы, включающие NET. При этом сами нетозные PMN сохраняют жизнеспособность. При суицидальном нетозе NET выходит из PMN в течение 3–4 ч после стимуляции [7]. Классическим активатором суицидального нетоза является форбол-12-миристат-13-ацетат (PMA). В механизме суицидального нетоза важная роль принадлежит НАДФН-оксидазе, генерирующей активные формы кислорода (АФК). Активация этого фермента происходит благодаря сигнальным путям с участием ионов Ca2+, протеинкиназы С, митоген-активируемым и Src киназам, а также другим сигнальным молекулам [10]. После активации НАДФН-оксидазы в подготовку нетоза включается фермент протеин-аргинин деиминаза 4-го типа (PAD4). Этот фермент производит цитруллинирование специфических аминокислот ядерных белков – гистонов, контролирующих упаковку нитей DNA. Далее нейтрофильная эластаза транслоцируется в ядро для расщепления гистонов. Затем после разрушения цитоскелета клеток при действии PAD4 и НАДФН-оксидазы происходит выход из клеток NET [7]. Митохондриальные АФК также могут способствовать суицидальному нетозу, особенно в ответ на S. aureus [7].
Нетозные сети состоят из деконденсированного хроматина, который образует паутинные структуры DNA. Структура этих сетей содержит различные белки нейтрофильного происхождения, такие как MPO, PAD4, NE, гистоны, цепи DNA и цитозольные белки, такие как кальций-связывающие белки S100A8, A9 и A12, а также актин и α-актинин [5]. В NET ферментативная активность MPO и NE может способствовать антибактериальной активности или повреждению тканей, а MPO регулирует высвобождение NET [6, 7]. Установлено, что PAD4-опосредованное гиперцитруллинирование гистонов способствует деконденсации гетерохроматина и разворачиванию хроматина в NET [7].
Полученные в результате цитруллинированные гистоны считаются относительно специфическими маркерами NET, как и комплексы двухцепочечной DNA и миелопероксидазы нейтрофильных гранул (комплексы MPO-DNA). Внеклеточная DNA также широко используется в качестве маркера NET. Выявлено, что циркулирующая MPO, выходящая из PMN, может приводить к хлорированию или нитрованию белков и впоследствии вызывает дисфункцию белка и повреждение эндотелия сосудов. Этому способствует образующийся комплекс MPO-DNA-NET в тканях [11]. Несмотря на то, что NET, по-видимому, обладают полезными антимикробными свойствами, также сообщалось, что они обладают протромботическим фенотипом NET, что было обнаружено в коронарных тромбах у пациентов с острым инфарктом миокарда [12]. Инфекция COVID-19 осложняет патогенез СН, на что указывает тот факт, что смертность пациентов с СН при COVID-19 составляет 15,3 % (по сравнению с 5,6 % среди лиц без сердечной недостаточности) [13]. При аутопсии легких у пациентов с COVID-19 обнаруживается нетоз. В кровяном русле был обнаружен повышенный уровень внеклеточного комплекса MPO-DNA и цитруллинированного гистона H3 (CitH3). Кроме того, плазма пациентов с COVID-19 вызывает активацию нетоза. COVID-19 усугубляет воспаление и вызывает тромботическую микроангиопатию, тем самым увеличивая смертность при этом заболевании [7, 13, 14]. Обширные данные указывают на образование NET и увеличение уровня циркулирующих маркеров NET, включая внеклеточную DNA, комплексы MPO-DNA, IL-6, TNF-α, гистон H4, протеазы PMN, CitH3 и увеличение экспрессии PAD4 в PMN при сахарном диабете II типа [15]. В патогенезе СН наряду с сахарным диабетом важную роль играет ожирение, при котором увеличиваются уровни NET и комплекса MPO-DNA в плазме. У этих пациентов также наблюдается увеличение тромбоэмболических событий [15]. Нетоз является важным патогенетическим фактором аутоиммунных заболеваний. NET, воздействуя на инфламмасомы, стимулирует воспалительные реакции и запускает синтез и высвобождение IL-18 и IL-1β, которые, в свою очередь, вызывают формирование NET. При аутоиммунных заболеваниях с NET связаны различные белки (внеклеточная DNA, CitH3, матриксная металлопептидаза 9, MPO, протеиназа-3, антинейтрофильные цитоплазматические антитела (ANCA), энолаза, виментин и другие молекулы), которые распознаются как основные аутоантигенные мишени [7, 16].
Молекулярные механизмы нетоза при СН. В активации нетоза важная роль принадлежит клеточным рецепторам. В инициации респираторного взрыва PMN принимают участие рецепторы семейства TLR. Активация этих рецепторов позволяет PMN инициировать процесс синтеза цитокинов, генерации АФК, формирование NET и дегрануляции. Было обнаружено, что несколько TLR играют роль в развитии NET, в частности такие, как TLR2, TLR3, TLR4 и TLR 9. Помимо TLR в активации нетоза участвуют NOD-подобные рецепторы, которые регулируют высвобождение MPO и NE при нетозе с участием PAD4. Установлено, что блокада NOD-рецептора NLRP3 может уменьшить негативные эффекты NET. Ожидается, что NLRP3 станет новой мишенью для лечения ряда заболеваний, в том числе острого подагрического артрита, тромбоза и диабета второго типа [17]. Лектиновые рецепторы С-типа (CLR) составляют семейство трансмембранных белков, члены которого распознают гликаны микробных мембран и активируют врожденный иммунитет путем запуска секреции провоспалительных цитокинов и образования NET. Кроме того, рецепторы CLR при действии больших (по размеру) патогенов могут ингибировать нетоз, предотвращая поступление эластазы в ядро PMN. Другой тип рецепторов – рецепторы комплемента – участвуют в NET-опосредованных аутоиммунных заболеваниях и ишемической болезни сердца. Эти рецепторы распознают бактерии и некоторые вирусы. Показано, что комплемент и NET при COVID-19 участвуют в иммунотромбозе [17, 18]. В регуляции нетоза участвуют также Fc-рецепторы и рецепторы хемокинов. Последние участвуют в появлении NET в ответ на действие кристаллов холестерина при атеросклерозе, а также принимают участие в регуляции времени жизни циркулирующих PMN [19]. В механизмах нетоза участвуют различные киназы. Ключевую роль в активации нетоза выполняет протеинкиназа С. После притока Ca2+ из эндоплазматического ретикулума, активируется нетоз, вызванный PMA, иономицином, IL-8, фактором активации тромбоцитов и стрептококком группы B [5]. Циклин-зависимая киназа 6, которая регулирует переход G1/S клеточного цикла и киназный путь Raf-MEK-ERK-MAP, имеют решающее значение для PMA-индуцированного нетоза [20]. При действии S. aureus в нетозе работает путь SYK-PI3K-mTorc2 [21]. Какой из тирозинкиназных сигнальных путей будет активирован, зависит от конкретного стимулятора нетоза [21]. Между тем все больше исследований сосредоточено на роли MPO и хлорноватистой кислоты (HOCl) – специфическом продукте катализа миелопероксидазы и участвующей в механизмах нетоза. Исследователи обнаружили, что полная нейтрализация внеклеточных АФК недостаточна для блокирования PMA-индуцированного нетоза. Для предотвращения суицидального нетоза необходимо удалить АФК, связанные с работой MPO во внутриклеточных гранулах [22]. В настоящее время известно, что HOCl может окислять фосфолипиды плазмалогенов до 2-хлоржирного альдегида (2-ClFALD), что вызывает активацию и дисфункцию эндотелия [23]. Важную роль в нетозе играет митохондриальная DNA (mtDNA). При системной красной волчанке регистрируют гетероплазмические нарушения mtDNA. Повышенный окислительный стресс вызывает посттрансляционные изменения в различных молекулах (белках, нуклеиновых кислотах и липидах), способствует высвобождению окисленной mtDNA через поры потенциал-зависимых анионных каналов и спонтанной олигомеризации митохондриальных противовирусных сигнальных белков. Большинство из этих событий приводит к постоянному воздействию окисленной mtDNA, которая может стимулировать плазмоцитоидные дендритные клетки, усиливать активацию аутореактивных лимфоцитов и высвобождать повышенное количество интерферонов за счет стимуляции толл-подобных рецепторов [24]. MtDNA, высвобождаемая из поврежденных тканей, также может вызывать нетоз (посредством передачи сигналов через TLR9-зависимый путь), что может привести к воспалению тканей и тромбоэмболии [25]. При ишемическом/реперфузионном повреждении легких высвобождение из клеток mtDNA запускает нетоз через сигнальный путь с участием TLR-9. При дефиците TLR9 в PMN mtDNA не способна вызвать нетоз [26]. При СН mtDNA, выходящая из клеток при аутофагии, может вызывать миокардит и дилатационную кардиомиопатию посредством передачи сигналов от TLR-9 [27]. Исследования показали, что воспалительные цитокины и клеточные компоненты DAMP (кальпротектин S100A8/A9, HMGB1 (белок амфотерин), белок галектин-3) способствуют инфаркту миокарда и смерти от СН. Формирование NET считается очень важным событием при асептическом воспалении [9] и важным участником тромбообразования в сосудах при атеросклерозе [28]. Установлено, что S100A8/S100A9 можно использовать в качестве биомаркера, так как его уровень повышается при миокардите [29], ишемии/реперфузии [30], фибрилляции предсердий [31] или хронической СН [32]. При тяжелых формах COVID-19 наблюдается синдром диссеминированного внутрисосудистого свертывания крови (ДВС-синдром) с преобладающим фенотипом тромботической/полиорганной недостаточности. При полиорганной недостаточности часто развивается и СН [33]. Лечение пациентов с ДВС синдромом требует достоверного прогноза выживаемости у больных в критическом состоянии. Регистрация изменения уровней внеклеточной DNA, MPO, комплекса MPO-DNA не позволила получить достоверный прогноз для этих пациентов. Авторами исследования [34] было обнаружено, что концентрация IL-8 сильно коррелирует с образованием NET. При этом ингибирование IL-8 уменьшало и нетоз. Показано, что основной путь образования NET у пациентов с полиорганной недостаточностью происходит при активации митоген-активируемой протеинкиназы. В последние годы показано, что NET и NET-опосредованный микротромбоз могут индуцироваться во время ишемии-реперфузии миокарда, что приводит к повреждению и инфаркту миокарда [35]. При нетозе хроматин, выделяемый из PMN, создает внеклеточную сеть DNA. Эта сеть образует каркасы в воспаленных сосудах; способствует адгезии, активации и агрегации тромбоцитов; поглощает эритроциты; приводит к отложению фибрина и индуцирует тромбоз [36]. В настоящее время в мире ведутся активные поиски специфических соединений для профилактики и лечения СН. Ключевую роль в формировании сетей NET имеют MPO, PAD4 и NE.
Кардиопротекторные свойства ингибиторов нетоза. MPO экспрессируется главным образом в PMN (есть небольшое количество в моноцитах) и катализирует образование пероксида водорода, HOCl ионов хлора. Экспериментальные и клинические данные показали, что миелопероксидаза PMN участвует в патогенезе фибрилляции предсердий. У мышей с дефицитом MPO не происходило фибрилляции предсердий. Однако при восстановлении уровня MPO фибрилляция возобновлялась. Это указывает на то, что MPO является ключевым условием ремоделирования миокарда, что приводит к фибрилляции предсердий [37].
Ингибитор MPO KYC при действии PMA ингибирует образование HOCl, но не влияет на образование супероксида при действии PMA [38]. Ингибитор МPО PF-06282999 не изменяет площадь атеросклеротических бляшек, но способствует стабилизации атеросклеротического поражения и предотвращению разрыва атеросклеротических бляшек [39]. Другой ингибитор MPO INV-315 снижает экспрессию гена iNOS, продукцию супероксида и содержание нитротирозина в аорте, IL-6 блокирует TNFα-опосредованную адгезию лейкоцитов и активность MPO. Ингибитор MPO PF-1355 успешно снижает активность MPO на моделях инфаркта миокарда у мышей, уменьшает количество воспалительных клеток и ослабляет дилатацию левого желудочка. Эти исследования показали, что лечение PF-1355 защищает сердце мышей от острых и хронических последствий инфаркта миокарда [40]. Ингибитор PAD4 GSK484 в модели ишемии миокарда уменьшал размер инфаркта [41]. Ингибитор PAD4 Cl-amidine показал терапевтическую эффективность при аутоиммунных заболеваниях, связанных с СН, таких как ревматоидный артрит и красная волчанка [42, 43]. Еще одним ключевым ферментом, участвующим в формировании сетей NET, является NE. Исследования показали, что ингибитор NE-SSR69071 может улучшить состояние миокарда, вызванное ишемией-реперфузией, а также уменьшать область инфаркта миокарда [44]. Таким образом, видно, что протестированные ингибиторы могут быть использованы для лечения СН.
Заключение
Различные патофизиологические процессы и соединения могут вызывать формирование NET. В процессах активации нетоза участвуют клеточные рецепторы, компоненты внутриклеточной сигнализации и клеточный стресс. Продукты клеточного стресса (супероксид, HOCl и другие соединения) вызывают или усугубляют воспаление и фиброз сердца. Сети NET вызывают тромбоз коронарных микрососудов и влияют на функцию сердца. Использование специфических ингибиторов MPO и PAD4 позволяет уменьшить прогрессирование СН и свидетельствует о том, что нетоз является важным патогенным фактором СН. Полученные результаты важны для понимания патофизиологии СН и будут способствовать развитию новых подходов к терапии этого заболевания.