Роль эпикардиальной жировой ткани в патогенезе хронического воспаления при сердечной недостаточности с сохраненной фракцией выброса

Введение

Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) в настоящее время остаются ведущей причиной смерти в мире, включая Россию. Ожирение и сахарный диабет 2 типа являются одними из самых распространенных факторов риска осложнений ССЗ [1]. Распространенность этих факторов риска неуклонно растет во всем мире, в т.ч. в связи со значительным снижением двигательной активности населения. По данным исследования ЭССЕ-РФ-3 (Эпидемиология сердечно-сосудистых заболеваний в регионах Российской Федерации. Третье обследование), треть взрослой российской популяции имеет ожирение, а среди лиц с ожирением в половине случаев наблюдается абдоминальное ожирение [1]. Такая острота проблемы требует разработки и принятия стратегии по контролю ожирения на национальном уровне. Эти статистические данные соответствуют ожидаемому увеличению числа связанных с ожирением ССЗ, включая сердечную недостаточность (СН). Именно из-за растущей во всем мире распространенности ожирения наиболее распространенным фенотипом становится СН с сохраненной фракцией выброса (СНсФВ) [2-4]. С момента первого описания СНсФВ было убедительно показано, что патофизиология повышения давления наполнения левого желудочка (ЛЖ) непосредственно обусловлена избыточным количеством жировой ткани (ЖТ) [3]. Примечательно, что ожирение является основной причиной растущей распространенности СНсФВ у молодых людей [5]. Хотя системное (или общее) ожирение играет важную роль в патогенезе СНсФВ, появляются убедительные данные, которые позволяют признать потенциальную "главную" роль эпикардиальной ЖТ (ЭЖТ) в прогрессировании заболевания [6-8].

ЖТ — это не инертная липидная масса, а клеточно-гетерогенная и метаболически активная ткань, функционирующая как эндокринный и паракринный орган [9]. Продукты секреции ЖТ — биологически активные соединения, как провоспалительные, так и противовоспалительные, например, адипокины, цитокины и другие биомолекулы, такие как микрорибонуклеиновая кислота (микроРНК), которые потенциально могут воздействовать на миокард. Крупнейшим депо ЖТ является брюшная полость, где у человека располагаются самые обширные отложения висцеральной ЖТ (ВЖТ). Избыток именно ВЖТ представляет большую угрозу для состояния сердечно-сосудистой системы. Париетальная (более принята подкожная) ЖТ (ПЖТ) находится непосредственно под кожей и неравномерно распределена на разных участках поверхности тела. Есть некоторые доказательства того, что ПЖТ не влияет на миокардиальную функцию так сильно, как ВЖТ, поэтому у пациентов с факторами риска ССЗ принципиально оценивать именно наличие избытка ЭЖТ, как "представителя" ВЖТ [10][11].

ЭЖТ — это метаболически активная ткань, расположенная непосредственно на поверхности миокарда под висцеральным листком перикарда. Биологическая активность ЭЖТ в нормальных и патологических условиях представлена на рисунке 1.

Благодаря своему тесному анатомическому взаимодействию со стенкой сердца и отсутствию фасциального разделения между нижележащим миокардом и эпикардиальным жиром, локально секретируемые адипокины непосредственно проникают в миокард и вызывают его структурную перестройку: ремоделирование [12]. Располагаясь непосредственно на поверхности миокарда, ЭЖТ способствует увеличению общего размера сердца при растяжении перикарда, что приводит к относительному ограничению подвижности перикарда, схожей по механизму с констриктивной патофизиологией [13]. Перикард обычно оказывает локальное сжимающее действие, которое помогает синхронизировать преднагрузку на ЛЖ и правый желудочек (ПЖ), чтобы поддерживать постоянный ударный объем в условиях изменения венозного возврата. Как и в любой камере сердца, перикард имеет свое собственное криволинейное соотношение давления и объема с начальной плоской частью, за которой следует экспоненциальное увеличение при растяжении до пика соотношения давления и объема [13][14]. У пациентов с увеличенным объемом ЭЖТ перикардиальная сумка растягивается до максимума, и наблюдается разобщение диастолического взаимодействия желудочков. Это оказывает локальное констриктивное воздействие на миокард, что приводит к более высокому давлению наполнения как ПЖ, так и ЛЖ.

Целью настоящего обзора является знакомство читателя с метаболической активностью ЭЖТ, последствиями избыточного накопления эпикардиального жира и развитием СН. Понимание патофизиологии СНсФВ и роль воспаления диктуют необходимость рутинной оценки ЭЖТ в рамках доступных визуализирующих методов, таких, как эхокардиография.

Методологические подходы

Поиск литературных источников проведен по заголовкам, содержанию аннотаций, ключевым словам в системах индексирования научных публикаций E-library, PubMed, Google Scholar, Web of Science. Поисковыми запросами были ключевые слова и выражения: сердечная недостаточность с сохраненной фракцией выброса, жировая ткань, эпикардиальная жировая ткань, адипокины, адипонектин, оментин-1, резистин, васпин, лептин, цитокины, интерлейкин, макрофаги (heart failure with preserved ejection fraction, adipose tissue, epicardial adipose tissue, adipokines, adiponectin, omentin-1, resistin, vaspin, leptin, cytokines, interleukin, macrophages). Глубина поиска составила 15 лет, за исключением отдельных работ, представляющих историческое значение. Работы, содержащие только резюме, тезисы, а также дублирующую информацию, были исключены. В обзоре представлены обобщенные и систематизированные данные 53 литературных источников.

Результаты

Количественное определение ЭЖТ

Количественная оценка ЭЖТ доступна в клинической практике. В процессе эхокардиологического исследования не только на экспертных сканерах, но и на мобильных и портативных приборах, оценить ее толщину не представляет технических сложностей (рисунок 2).

ЭЖТ находится между висцеральным листком перикарда и нижележащим миокардом. Для измерения толщины ЭЖТ оптимальной является парастернальный доступ, позиция по длинной оси [15]. Измерение лучше проводить в середине систолы желудочков, в период открытия полулунных клапанов: именно в этот период ЭЖТ представляется оптимальной для визуализации и измерения. Для измерения толщины необходимо провести перпендикуляр от висцерального листка перикарда к свободной стенке ПЖ. Толщина ЭЖТ ≥5 мм будет считаться как превышающая пороговое (нормальное) значение [16]. Увеличение толщины ЭЖТ >5 мм может привести к растяжению перикарда с результирующим сжимающим контактным действием на сердце, независимым от толщины миокарда и свойств перикарда, при этом важно отметить увеличение ЭЖТ происходит локально, а не по всей поверхности миокарда. Это сжимающее усилие увеличивает давление заклинивания в капиллярах легочной артерии (давление в левом предсердии) для любого конечного диастолического объема ЛЖ и связано с более высоким давлением в правом предсердии [17]. Функционально это приводит к разобщению камер сердца и повышению соотношения давления в правом предсердии/левом предсердии в покое и при физической нагрузке, что ухудшает наполнение ЛЖ и сердечный выброс во время физической нагрузки [17]. Обнаружена корреляция количества эпикардиального жира с пиковым потреблением кислорода и гемодинамическими нарушениями при СНсФВ [18]. Эпикардиальный жир также ассоциирован с развитием фибрилляции предсердий (ФП) у пациентов с СНсФВ, с биологической вероятностью причинно-следственной связи через лежащее в основе повреждение миокарда, воспаление и ремоделирование предсердий и желудочков [19]. Исследование, в котором прицельно изучалась гемодинамика при физической нагрузке у пациентов с СНсФВ с ожирением, продемонстрировало ухудшение давления наполнения обоих желудочков в состоянии покоя и при физической нагрузке, развитие легочной гипертензии и гемодинамических признаков констрикции наряду со снижением физической работоспособности [19]. Некоторые исследования продемонстрировали независимую взаимосвязь между висцеральным ожирением и возникновением СН даже после поправки на общий индекс массы тела, распределение жира и пол, что указывает на причинно-следственный характер данной связи [20]. Ожирение у лиц без хронических заболеваний также связано с субклиническими изменениями продольной деформации предсердий и желудочков, что еще больше указывает на потенциальную предрасположенность к ранней СН [21]. Эпикардиальный жир, по-видимому, связан с прогрессированием атеросклероза и возникновением СНсФВ у пациентов с ишемической болезнью сердца; это позволяет предположить, что дисфункция эндотелия и атеросклеротические изменения коронарных артерий также могут опосредовать некоторые связи между СНсФВ и эпикардиальным жиром, при этом не исключено, что это более значимый фактор развития СН, чем механистическое увеличение ЭЖТ [9][12].

Адипокины

Как описывалось выше, для ЭЖТ характерна высокая метаболическая и секреторная активность. Адипокины являются биологически активными веществами, продукция и секреция которых характерна для ЖТ, и включают классические адипокины, такие как адипонектин, резистин, лептин и др. Иногда к адипокинам относят воспалительные цитокины, такие как интерлейкин-6 (ИЛ-6) и фактор некроза опухоли-альфа (ФНО-α). Адипокины играют роль в регуляции воспалительной реакции и резистентности к инсулину [22].

Адипонектин — это хорошо изученный адипокин, обладающий кардиопротективными свойствами и многофакторным действием на миокард. Он участвует в регуляторных механизмах, таких как передача сигналов посредством рецептора, активируемого пролифераторами пероксисом-гамма, и индуцирует путь аденозинмонофосфат-активируемой киназы (так называемый AMPK-путь). Посредством этих механизмов адипонектин оказывает паракринные и эндокринные эффекты, уменьшая окислительный стресс в миокарде и защищая сердце от воздействия активных форм кислорода (АФК) [22][23]. Усиление паракринных эффектов данного адипокина может быть установлено путем введения агонистов рецептора, активируемого пролифераторами пероксисом-гамма, которые продемонстрировали улучшение сердечной функции у крыс. В контексте воспалительных реакций при ожирении адипонектин рассматривается в качестве кардиопротектора, необходимого для поддержания нормальной структуры и функции миокарда, а его снижение или отсутствие в клетках приводит к неблагоприятным последствиям для сердца.

Имеются данные о том, что у пациентов с избытком ЭЖТ может развиться резистентность к адипонектину. Baltruniene V, et al. был описан повышенный уровень адипонектина у пациентов с прогрессирующей СН, что может свидетельствовать о развитии резистентности к адипонектину, которая играет определенную роль в прогрессировании и исходе СН у пациента. Таким образом, адипонектин остается интересным адипокином для изучения, поскольку он оказывает множество биологических эффектов при ССЗ и ожирении и потенциально может быть перспективным биологическим маркером для прогнозирования развития и стадии СН и выбора вариантов лечения, а его неоднозначная динамика при СН требует дальнейших исследований с использованием современных методов клинической биохимии [23].

Другой адипокин — оментин-1 — также обладает кардиопротективной функцией; это было показано в ряде исследований, продемонстрировавших, что снижение уровня оментина-1 вызывает сердечно-сосудистую дисфункцию [24][25]. Изучение роли оментина-1 в отношении ФП и фиброза предсердий, которые могут привести к СН, показало, что он является антифибротическим адипокином, действующим путем ингибирования сигнальных путей трансформирующего фактора роста-β, обращая вспять эффект ФП. У пациентов с ФП концентрация оментина-1 была снижена; это может свидетельствовать о том, что уменьшение концентрации данного адипокина действительно является патологической для кардиомиоцитов [24]. У мышей, которых содержали на диете с высоким содержанием жиров и после этого вводили оментин-1, уровень провоспалительных цитокинов снижался, поляризация макрофагов была обращена вспять, и процессы воспаления были подавлены [26]. При передаче сигналов о воспалении оментин-1 ингибировал путь Akt, снижая уровень фактора транскрипции ядерного (нуклеарного) фактора каппа B (NF-κB). Снижение этого фактора NF-κB приводит к снижению секреции ФНО-α и других провоспалительных цитокинов [27]. Таким образом, оментин-1 продемонстрировал потенциал в качестве терапевтического фактора при ССЗ для значительного уменьшения воспаления и обращения вспять патологических состояний, возвращая кардиомиоциты к здоровому состоянию и функциям.

Недавно открытым адипокином, обладающим кардиопротективными функциями, является васпин. Этот адипокин действует через ингибирование каскадного сигнального пути PI3K/Akt/mTOR (фосфоинозитол-3-киназа/Akt-киназа/mTOR-киназа), уменьшая апоптоз, индуцированный ФНО-α [28]. Индуцируя аутофагию, васпин ограничивает патологическую гипертрофию сердца, регулируя старение миокарда посредством ингибирования сигнального пути PI3K/Akt/mTOR. Кардиопротективные свойства васпина также были исследованы у мышей с липоатрофией (потерей способности образовывать жировую ткань), которая приводит к тяжелым ССЗ; при этом введение васпина приводило к улучшению сократимости миокарда. Имеющиеся в литературе данные о кардиопротективных свойствах васпина могут представлять потенциальный интерес с точки зрения поиска новых терапевтических и профилактических подходов при СНсФВ [29].

Далее рассмотрим адипокины, оказывающие на миокард негативное действие.

Лептин — адипокин, который участвует в регуляции обмена веществ, а развитие резистентности к лептину является патогенетическим фактором ряда заболеваний, в частности, сахарного диабета 2 типа. В центральной нервной системе лептин участвует в регуляции чувства голода; незначительное количество рецепторов к лептину также было обнаружено в сердце. Исследование, проведенное группой российских ученых, показало, что уровни лептина как в ЭЖТ, так и в периваскулярной ЖТ коррелируют с аналогичным повышением уровня ИЛ-6, что ассоциировано с увеличением ЖТ и системным воспалением у пациентов с ишемической болезнью сердца [30]. В другом исследовании различий в уровнях лептина между пациентами с СН и контрольной группой выявить не удалось [31]. В иммортализованной клеточной линии предсердных миоцитов крысы и мышиных клетках линии HL-1 их обработка экзогенным лептином способствовала пролиферации клеток и активации сигнального пути, опосредованного стресс-киназами ERK/MAPK. Вероятно, что в клетках линии HL-1 индукция этих сигнальных путей способна стимулировать скорее пролиферацию, чем гипертрофию, причем последняя является более вероятной реакцией преимущественно в постмитотических первичных кардиомиоцитах [32]. Имеются некоторые данные об экспрессии миокардиального лептина, который может оказывать аутокринное влияние на экспрессию генов в сердце. Ингибирование лептина через 5 сут. после инфаркта миокарда значительно снижало гиперэкспрессию ИЛ-1β и ИЛ-6 и улучшало фракцию сердечного выброса [33]. Таким образом, неоднозначность данных литературы диктует необходимость его дальнейшего изучения не только в эксперименте, но и на больных СНсФВ.

Резистин — адипокин, который, как ранее считалось, экспрессируется и секретируется адипоцитами, однако по последним данным, резистин в основном продуцируется макрофагами, лимфоцитами и моноцитами в ЖТ [34]. Было показано, что циркулирующие уровни резистина коррелируют с риском развития СН. В эксперименте было продемонстрировано, что мыши, у которых резистин отсутствует, имели обратное развитие фиброза миокарда и улучшение сердечной функции на модели СН. У мышей контрольной группы улучшений не выявлено, что позволяет предположить роль резистина в стимулировании патологического ремоделирования сердца [34]. Резистин индуцирует секрецию провоспалительных цитокинов, ФНО-α и ИЛ-12 в макрофагах, которые в изобилии содержатся в ЖТ, поэтому резистин может влиять на воспаление тканей и оказывать патологическое воздействие на кардиомиоциты. Эксперименты на мышах показали, что резистин снижает инсулин-зависимое поглощение глюкозы в кардиомиоцитах [35]. В исследовании, проведенном Zhao B, et al. (2022) [36], было обнаружено, что у мышей с отключением экспрессии резистина ослаблено патологическое ремоделирование сердца в ответ на вызванную поперечным сужением аорты перегрузку давлением, включая уменьшение гипертрофии кардиомиоцитов, фиброза и застойных явлений в легких. Кардиальная гиперэкспрессия резистина усугубляла сердечную дисфункцию и фиброз миокарда. Данные об экспрессии генов в сердцах этих экспериментальных животных позволяют предположить, что резистин регулирует микроРНК miR-148b-3p и белок Gadd45a, вовлеченные в регуляцию кардиофиброза и апоптоза [36]. Таким образом, ингибирование резистина может быть терапевтически полезным воздействием, устраняющим неблагоприятные эффекты воспаления в сердце.

Биомаркеры воспаления

У здоровых людей с нормальной массой тела макрофаги в ЖТ представлены противовоспалительным фенотипом, обозначаемым M2; именно они участвуют в регуляции метаболизма и секретирует противовоспалительные цитокины. При ожирении преобладает фенотип макрофагов M1, продуцирующих широкий спектр воспалительных цитокинов, т.е. фенотип большинства макрофагов изменяется с M2 на M1. К цитокинам, в наибольшем количестве секретируемым макрофагами М1, относятся ИЛ-6, ФНО-α и ИЛ-1. Гиперэксперссия этих цитокинов привлекает больше макрофагов и других лейкоцитов к очагу воспаления, повышая концентрацию макрофагов и способствуя дополнительной выработке провоспалительных цитокинов [37].

ИЛ-6 — это цитокин, который может оказывать как провоспалительное, так и противовоспалительное действие. Действительно, его функциональные особенности определяются способом его выработки и типом ткани, в которой он продуцируется. Передача сигналов ИЛ-6, обеспечивающих провоспалительный эффект, приводит к поляризации и накоплению макрофагов M1; есть доказательства того, что адипоциты продуцируют ИЛ-6 с участием этого типа передачи сигналов [38]. Уровни ИЛ-6 и его рецептора повышены у людей, страдающих ожирением [39]. Whitham M, et al. (2019) [40] исследовали, насколько продукция цитокина в ЖТ влияет на общую концентрацию ИЛ-6 у мышей. Они обнаружили, что 40% всего ИЛ-6 было получено из ЖТ, при этом ВЖТ продуцировала больше ИЛ-6, чем ПЖТ. Таким образом, по меньшей мере 40% общего количества продуцируемого и проявляющего провоспалительные свойства ИЛ-6 происходит из ЖТ [40]. Чем более длительной является выработка ИЛ-6, тем более негативны ее последствия. Уровень ИЛ-6 значительно повышен у пациентов с терминальной стадией СН [39]. В другом исследовании на экспериментальной модели, имитировавшей СНсФВ, было показано повышение уровня ИЛ-6, что демонстрирует повреждающее действие данного цитокина на миокард. ИЛ-6 вовлечен в реализацию провоспалительного механизма, мобилизуя макрофаги M1 и стимулируя развитие хронического воспаления миокарда, что позволяет рассматривать данный фактор в качестве потенциального биомаркера для диагностики и прогнозирования сердечных заболеваний, включая застойную СН [41].

ЖТ продуцируется также ИЛ-8, который оказывает неблагоприятное воздействие на миокард. ВЖТ продуцирует больше ИЛ-8 по сравнению с ПЖТ, однако то, как ИЛ-8 проявляет свое влияние и как он может действовать в качестве терапевтического маркера, еще предстоит исследовать [39].

Как уже упоминалось ранее, ФНО-α преимущественно продуцируется макрофагами M1. Поскольку макрофаги фенотипа M1 в изобилии содержатся в ЖT, циркулирующий и локальный ФНО-α существенно повышен у лиц с ожирением, что способствует развитию хронического воспаления и является фактором риска СН. ФНО-α также был признан потенциальным биомаркером для прогнозирования различных фенотипов СН, при этом повышение его концентрации ассоциируется с наихудшими сердечно-сосудистыми исходами [42]. Кроме того, ФНО-α обладает способностью индуцировать сборку инфламмасомы NLRP3 и модулировать ее активность [43].

Эпигенетические факторы

Одним из направлений изучения патогенеза СНсФВ при ожирении является анализ эпигенетических факторов. В недавних исследованиях изучалась роль одноцепочечных некодирующих РНК в патогенезе СНсФВ, которые действуют путем подавления (сайленсинга) РНК посредством посттранскрипционной регуляции экспрессии генов [50][51]. Связываясь с комплементарными последовательностями РНК в кодирующих или длинных некодирующих РНК, микроРНК могут подавлять трансляцию и/или дестабилизировать данные молекулы и способствовать деградации РНК-мишеней [49]. Изменения уровней микроРНК в адипоцитах могут быть связаны с процессами, происходящими в миокарде, посредством инициирования патологической гипертрофии и, в конечном счете, способствуют формированию кардиопатогенного протеома. МикроРНК, в частности miR-223-3p, способствует патофизиологическому ремоделированию сердца, стимулируя провоспалительное состояние макрофагов [52]. Другая микроРНК, miR-130b-3p, в адипоцитах оказывает проапоптотическое действие на кардиомиоциты, приводя к ишемии/реперфузионному повреждению миокарда и, в конечном итоге, к развитию СН. Предполагается, что проапоптотическое действие miR-130b-3p обусловлено индукцией АФК и повреждением ДНК, что в итоге запускает процессы апоптоза. Ингибирование miR-103b-3p ее антагонистом предотвращает патологические изменения в миокарде, что делает miR-130b-3p потенциально интересной терапевтической мишенью [50][53].

Заключение

Таким образом, в литературе представлено множество свидетельств, подтверждающих потенциальную независимую роль эпикардиального жира в патогенезе СНсФВ. Наличие эпикардиального жира толщиной ≥5 мм по данным трансторакальной ЭхоКГ у пациента с СНсФВ является маркером, связанным с ухудшением гемодинамики при физической нагрузке, разобщением предсердий, неудовлетворительной переносимостью физической нагрузки и неблагоприятным прогнозом. Толщина ЭЖТ является важным клиническим показателем для рутинного выявления при ультразвуковом исследовании.

Несмотря на большое количество литературы, позволяющей предположить сильную связь между избыточным отложением висцерального жира и ожирением, сохраняется трудность в установлении причинно-следственной связи, учитывая сильные ассоциации между эпикардиальным жиром, висцеральным жиром и общим количеством жира в организме. Иными словами, остается неясным, является ли наличие ЭЖТ просто маркером генерализованного воспаления, связанного с ожирением, которое приводит к развитию СНсФВ, или же избыток ЭЖТ сам по себе непосредственно способствует патогенезу СНсФВ, независимо от наличия висцерального и системного ожирения. Важно отметить, что развитие СН при ожирении связано не только с хроническим вялотекущим воспалением, но и с изменением метаболизма углеводов и жиров в инсулинзависимых тканях, что требует отдельного рассмотрения.

Исследование биохимических маркеров, таких как адипокины, провоспалительные цитокины и другие биологически активные соединения, продуцируемые ЭЖТ, позволит не только проследить патогенетическую связь между ожирением и СН на молекулярном уровне, но и выявить потенциал их клинического применения в качестве биомаркеров прогнозирования исходов СНсФВ.

Отношения и деятельность. Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства здравоохранения Российской Федерации "Эффективность низкочастотной чрескожной электростимуляции блуждающего нерва в снижении веса и улучшении качества жизни у пациентов с ожирением" № 122031500407-5 (2022-2024гг).