Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Вопросы ангиогенеза, возникновения и развития неоваскулярной патологии особенно актуальны в настоящее время в офтальмологии. Ряд заболеваний: диабетическая ретинопатия, влажная форма возрастной макулярной дегенерации, ретинопатия недоношенных достаточно часто встречаются в практике врача, а состояния, обусловленные неоваскуляризацией вследствие окклюзий центральных сосудов сетчатки, проходяшие через фазу неоваскуляризации в своем патогенезе и, в конечном итоге, приводяшие к слепоте, требуют конструктивных и персонализированных подходов терапии.

Рассматривая особенности неоваскуляризации сетчатки, следует отметить, что патологический ангиогенез в своем развитии проходит те же этапы, что и физиологический. Неотъемлемыми компонентами патогенеза ретинальной неоваскуляризации выступают локальная гипоксия, ишемия и ацидоз с последующими воспалением и макрофагальной инфильтрацией в очаге поражения. Показано, что гипоксия, ацидоз и воспалительная реакция стимулируют процесс ангиогенеза. Развитие гипоксии приводит к активации факторов, индуцируемых гипоксией (HIF), которые, в свою очередь, способствуют активации ангиогенных факторов [6]. Несмотря на существующие подходы и методы терапии, применяемые при аномальном ангиогенезе, необходимый эффект от проводимой терапии и улучшение прогноза пациентов достигаются не всегда, хотя методы терапии и основываются на общепринятых принципах комплексности и преемственности лечения больных. В настоящее время чрезвычайно перспективным и приоритетным направлением представляется проблема по разработке и внедрению новых персонализированных подходов терапии с учетом клеточных и молекулярных особенностей строения сетчатки и состава микроокружения ретинальных клеток.

Регуляция процессов формирования новообразованных сосудов

Регуляция процессов формирования новообразованных сосудов, с точки зрения современных представлений, осуществляется благодаря наличию системы связанных между собой стимулирующих и ингибирующих факторов. Нарушение баланса в этой системе между про- и анти-ангиогенными факторами неуклонно ведет к патологической неоваскуляризации [32].

Основные ангиогенные факторы

Примечание. ЭК – эндотелиальные клетки, ЭЦМ – экстрацеллюлярный матрикс.

Процесс формирования новообразованного сосуда сетчатки опосредован активацией каскадов ростовых факторов, хемокинов и протеаз и складывается из активации эндотелиальных клеток, разрушения базальной мембраны и миграции эндотелиальных клеток в экстрацеллюлярный матрикс с последующим формированием просвета нового сосуда и сосудистой стенки, перестройкой экстрацеллюлярного матрикса с формированием сосудистого ложа, что клинически представляет собой неоваскуляризацию сетчатки и стекловидного тела с исходом в швартообразование. Контроль процесса ангиогенеза строго обусловлен взаимодействиями целого ряда ангиогенных и ангиостатических факторов, баланс которых и определяет условия запуска биохимического каскада, определяющего новообразование сосудов [2]. В последние годы выделены многочисленные молекулярные индукторы ангиогенеза, к которым относятся разные формы фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), ангиопоэтины, трансформирующий фактор роста (TGF), эпидермальный фактор роста (EGF), тромбоцитарный фактор роста (PDGF), фактор некроза опухолей-α (TNF-α), инсулиноподобный фактор роста (IGF), сосудистый эндотелиальный кадерин (VE-cadherin), интерлейкины, факторы роста фибробластов (FGF) (таблица).

Молекулярные регуляторы ангиогенеза – сосудистый эндотелиальный фактор роста

В исследованиях последних лет обнаружено множество ростовых факторов, гормонов метаболитов, которые прямо или опосредовано стимулируют процессы физиологического и патологического ангиогенеза [9; 27]. Одним из наиболее значимых молекулярных факторов контроля формирования сосудов являются протеины семейства сосудистого эндотелиального фактора роста (Vascular Endothelial Growth Factor), VEGF. Установлено, что как in vitro, так и in vivo VEGF обладает ангиогенными свойствами. VEGF, образованный ретинальными пигментными клетками, обеспечивает жизнедеятельность хориокапилляров [22], обладает нейропротективным эффектом при ишемии сетчатки [26]. Основным стимулом к повышению его экспрессии является гипоксия. В ответ на влияние гипоксии в ретинальных клетках повышается внутриклеточная концентрация HIF-1 – специфического белка, регулирующего транскрипцию генов [1; 12]. Повышение концентрации HIF-1 внутри клетки приводит к усилению транскрипции гена VEGF, который, выделяясь в межклеточный матрикс, действует непосредственно на эпителий, обеспечивая регенерацию и, стимулируя пролиферацию, образование новых сосудов [1]. Также повышение продукции VEGF отмечено при действии ряда противовоспалительных цитокинов (IL-1 и IL-6) и ростовых факторов (эпидермальный фактор роста Epidermal Growth Factor, трансформирующий фактор роста Transforming Growth Factor).

Семейство факторов роста эндотелия сосудов VEGF включает VEGF-A, VEGF-B, плацентарный фактор роста (PlGF), VEGF-C, VEGF-D, участвующие в ангиогенезе. Наиболее изученным представителем семейства факторов роста эндотелия сосудов является VEGF-A, который изначально описывали как фактор проницаемости сосудов, т.к. он увеличивает проницаемость эндотелия путем формирования интрацеллюлярных разрывов и фенестраций [17; 33]. Широко известно, что VEGF-A крайне важен в процессах ангиогенеза и васкулогенеза: потеря даже одного аллельного гена этого фактора у мышей приводит к значительным сосудистым дефектам и сердечным порокам [5].

Факторы роста эндотелия сосудов селективно связываются с пятью различными типами рецепторов: VEGFR-1, VEGFR-2, VEGFR-3, нейропилин-1 (NRP-1) и нейропилин-2 NRP-2 [17; 33; 36]. Считается, что главным рецептором, ответственным за ангиогенные эффекты VEGF-A является VEGFR-2, относящийся к группе трансмембранных тирозиновых киназ [36]. Кроме того, биологическая активность VEGF-A может быть опосредована через взаимодействие с VEGFR-1, а также с NRP-1 и NRP-2 [33]. В тоже время, роль VEGFR-1 в ангиогенезе остается спорной, так как в разных исследованиях было показано, что его активация стимулирует и угнетает ангиогенез. Тем не менее, растворимый VEGFR-1 ингибирует ретинальный ангиогенез in vivo [3]. Установлено, чтоVEGFR-3 проявляет высокую активность в прорастании эндотелиальных клеток in vivo и его индукция, как и VEGFR-2 стимулирует ангиогенез [35].

Помимо ангиогенных свойств, установлена и провоспалительная активность VEGF, выражающаяся в увеличении экспрессии хемоаттрактантов (в том числе MCP-1) и молекул клеточной адгезии (VCAM-1, ECAM-1, PECAM-1, P-selectin). В результате возникает усиление миграции и активация моноцитов и лейкоцитов, усиление их адгезии в микрососудах сетчатки, что приводит к диапедезу и инфильтрации сетчатки лейкоцитами, потере эндотелиальных клеток и нарушению проницаемости гематоретинального барьера [7].

Клеточный компонент регуляции неоангиогенеза. Роль макрофагов

Определено, что продукция VEGF опосредована значительным числом клеток – макрофагами, кератиноцитами, фибробластами, гепатоцитами, эпителиальными, тучными клетками, мезангиальными, эндотелиальными и другими. Помимо указанных ангиогенных свойств и провоспалительной активности, VEGF также способен выступать в качестве хемоаттрактанта для одних из основных клеток системы врожденного иммунитета – макрофагов. Сегодня особый интерес вызывает клеточный компонент регуляции неоангиогенеза и его значимость в ангиогенезе, так как известно, что активность макрофагов играет существенную роль в ангиогенезе, блокируя [4; 15; 19; 25; 34] или стимулируя [11; 30] формирование сосудов в зависимости от своего фенотипа (М1 или М2) [24].

Исследования последних лет показали, что приобретение макрофагами того или иного функционального фенотипа, т.е. поляризация данных клеток, существенным образом опосредована клеточным микроокружением и, в значительной степени, цитокинами. Недавно было установлено, что in vitro макрофаги способны к полной реполяризации, т.е. изменению функционального и секреторного фенотипа из M2 в M1, и обратному изменению в ответ на колебания в цитокиновом микроокружении [8]. Это изменение поляризации протекает стремительно и возникает на уровне экспрессии генов, белка, метаболитов и микробной активности. Это особенно важно, так как поляризация макрофагов играет существенную роль в определении конечной эффекторной функции этих клеток [24]. Макрофаги, стимулированные в присутствии ИФН-γ, ЛПС или GM-CSF продуцируют высокие уровни таких цитокинов, как IL-12, IL-23, IL-6, TNF-α и iNOS2, при этом уровень продукции IL-10, TGF-β и аргиназы 1 (Arg-1) снижен. Таким образом, это определяет формирование классически активированного, анти-ангиогенного макрофага фенотипа М1, что также важно для контроля антибактериальной функции и участия в процессе воспаления. В присутствии IL-10, IL-4, или интерлейкина-13, активация макрофагов происходит по альтернативному пути, что приводит к поляризации клеток в сторону про-ангиогенного М2 фенотипа, характеризующегося высоким уровнем продукции IL-10, TGF-β и Arg-1 при существенном снижении уровней провоспалительных цитокинов, таких как IL-6 и TNF-α. Данный факт особенно значим, поскольку экспериментальные данные показывают, что старение у мышей приводит к смещению популяции макрофагов в сторону про-ангиогенного фенотипа [19]. Несмотря на то, что принятое сегодня условное деление макрофагов на две отдельных М1 и М2 популяции может быть достаточно условным, установлено, что спектр макрофагов четко определяет ангиогенные функции данных клеток и их участие в процессе неоваскуляризации.

С точки зрения участия в процессе неоваскуляризации сетчатки, особый интерес представляют именно макрофаги М2 фенотипа, регулирующие активность воспалительной реакции, способствующие ремоделированию и репарации тканей, поврежденных при воспалении, ангиогенезу и опухолевому росту [21; 23]. В настоящее время в литературе условно выделяют несколько подтипов М2 фенотипа макрофагов: M2a, M2b, M2c и М2d в зависимости от профилей экспрессии генов [20]. Формированию подтипа M2a способствуют IL-4 или IL-13 (обычно IL-4R-alpha, CD124). В формировании подтипа M2b играют существенную роль IL-1Rлиганды или воздействия иммунных комплексов в сочетании с действием липополисахарида (ЛПС). В образовании подтипа M2c принимают участие IL-10, TGF-beta и глюкокортикостероиды [16]. Четвертый подтип М2 макрофагов M2d характеризуется высоким уровнем продукции IL-10 при снижении продукции IL-12 (профиль продукции IL-10^high IL-12^low) с некоторыми характеристиками, свойственными опухоле-ассоциированным макрофагам (TAM). Макрофаги M2d фенотипа обладают фенотипическими и функциональными атрибутами, подобными TAM яичников, но отличаются от M2a-c [10]. Подтипы M2 макрофагов, как правило, демонстрируют IL-2^low, IL-23^low, IL-10^high фенотип, сочетающийся с высокими уровнями фагоцитарных скэвенджер-рецепторов, маннозных и галактозных рецепторов. Они переориентируют метаболизм аргинина на орнитин и полиамин, что обеспечивает их рост. Кроме того, данные подтипы являются IL-1-RA^high, рецептор второго типа IL-1R^high, IL-1beta^low, каспаза 1^low.

Особое внимание в последнее время уделяется изучению и специфического типа макрофагов – опухолеассоциированных макрофагов (Tumor Associated Macrophage, ТАМ) и их роли в содействии ангиогенезу. Показано, что ТАМ опосредует некоторые свои эффекты на рост опухоли за счет регуляции ангиогенеза [31]. ТАМ привлекаются опухолью с помощью ряда различных цитокинов, таких как CCL2 и CSF-1/M-CSF [31] в ряде различных тканей, включая кости, головной мозг, молочные железы, шейку матки, толстую кишку, легкие. Известно, что макрофаги способствуют ангиогенезу частично за счет секреции VEGF, наряду с протеазами, такими как матриксные металлопротеиназы (ММР) [31].

Традиционно считалось, что основным источником медиаторов ангиогенеза являются опухолевые клетки [13]. Действительно, проведенные исследования показали, что злокачественные клетки могут продуцировать многочисленные ангиогенные факторы, включая фактор роста эндотелия сосудов A (VEGF-A), ангиопоэтины, фактор роста гепатоцитов (HGF) и основной фактор роста фибробластов (bFGF), и различные мутации онкогенов или генов супрессоров опухолей могут привести к увеличенному образованию по меньшей мере некоторых из этих факторов [29; 37].

Заключение

Таким образом, учитывая взаимное влияние молекулярного микроокружения на клеточные регуляторы процесса ангиогенеза и последующую секрецию ангиогенных факторов, несомненна значимость модулирующего действия иммунной системы [14; 18; 28], выражающаяся, прежде всего, в изменении функциональной активности и поляризации ретинальных макрофагов. В свою очередь, понимание процессов поляризации макрофагов при патологических состояниях, связанных с неоваскуляризацией, позволит предложить и разработать новые методы лечения и профилактики развития как ретинальной неоваскуляризации, так и избыточного опухолевого ангиогенеза. Направленное изменение фенотипа (репрограммирование) ретинальных макрофагов может создать основу для инновационного персонализированного терапевтического подхода, позволяющего достичь необходимого антиангиогенного эффекта и заблокировать формирование нежелательной неоваскуляризации сетчатки, что позволит предотвратить развитие пролиферативных заболеваний сетчатки и их наиболее грозных осложнений – слепоты и слабовидения.

Работа выполнена в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых № 14.120.14.2976-МК от 03.02.2014 г.