Значение биологических маркеров в оценке эндотелиальной дисфункции

Введение

Эндотелий, выстилающий стенки кровеносных сосудов, представляет собой гетерогенную систему, выполняющую в организме множественные функции, и участвует в обеспечении ряда важнейших биологических процессов, таких как регуляция тонуса сосудов, гемостатическая регуляция и иммунные реакции [1][2]. Эндотелиальная дисфункция (ЭД) рассматривается как ранний фактор развития практически всех сердечно-сосудистых (ССЗ), метаболических и системных воспалительных заболеваний [3-6].

Именно эндотелий становится первичным звеном поражения при воздействии на организм тяжелых металлов, свободных радикалов, лекарственных препаратов, которые приводят к нарушениям в работе эндотелиальных клеток (ЭК) в виде изменения их секреторного профиля, включая процесс усиленного тромбообразования [1][7]. ЭД рассматривают как неадекватное (сниженное или повышенное) образование биологических веществ в условиях нарушения микроциркуляции крови [8]. С одной стороны, ЭД может являться самостоятельной причиной нарушения микроциркуляции крови за счет тромбозов и ангиоспазмов, что наблюдается при различных заболеваниях сердечно-сосудистой системы; с другой, − нарушения, возникающие в микроциркуляторно-тканевой системе, могут стать причиной ЭД.

Выявление ЭД на доклиническом этапе является актуальной проблемой системы здравоохранения в России и в мире в целом. Для оценки функциональной активности ЭК в клинической и научной практике разработано и стандартизировано достаточное количество методов, которые условно подразделяются на инструментальные и лабораторные [9-11]. Лабораторные методы диагностики позволяют выявить ЭД путем определения неинвазивных биохимических и молекулярно-биологических маркеров и требуют отдельного рассмотрения.

Целью настоящего обзора является систематизация и анализ литературных данных, посвященных изучению перспективных биомаркеров, ассоциированных с ЭД.

Методологические подходы

Для достижения цели обзора проведен поиск и анализ литературных обзоров и оригинальных статей в поисковых системах E-library, PubMed, Google Scholar, Web of Science, опубликованных с 2014 по 2024гг. Поиск научных статей выполнен с использованием следующих ключевых слов и словосочетаний: эндотелий, эндотелиальная дисфункция, сердечно-сосудистые заболевания. Кроме этого, в работу были включены некоторые исследования, опубликованные ранее 2014г, которые требуются для более полного раскрытия вопроса. В ходе поиска было отобрано 43 полнотекстовых публикации.

Результаты

Перспективным подходом в диагностике ЭД является использование методов клинической лабораторной диагностики и медицинской биохимии [12][13]. В клинической практике находят применение такие соединения, как стабильные метаболиты оксида азота (NO), эндотелин 1-21, фактор Виллебранда (ФВ). Новые маркеры, которые пока не имеют широкой популярности в клинической практике, но могут стать перспективными инструментами (эндоглин, эндокан, синдеканы) открывают новые диагностические возможности. Рассмотрим наиболее известные и перспективные маркеры дисфункции клеток эндотелия, начиная с общепринятых и заканчивая менее изученными факторами.

NO, продуцируемый под действием ферментов NO-синтаз, в физиологических условиях отвечает за регуляцию гладкомышечных сокращений, тем самым оказывая вазодилататорное действие, а также участвует в нейротрансмиссии [14]. Определение уровня стабильных метаболитов NO (суммарных нитратов и нитритов) имеет ряд ограничений, связанных с малым временем полураспада. Несмотря на высокую значимость NO в организме, его нестабильность ограничивает применение данного маркера в клинической практике [10]. В целом, изучение возможностей исследования системы NO является отдельным вопросом клинической биохимии, выходящим за рамки анализа биомаркеров ЭД, и требует отдельного рассмотрения.

Эндотелин 1-21 (ЭТ-1) — это пептид, состоящий из 21 аминокислотного остатка, бóльшая часть которого синтезируется ЭК. Кроме того, ЭТ-1 может синтезироваться и в гладкомышечных клетках [15-18]. Биологическая функция ЭТ-1 заключается в сильном вазоконстрикторном действии. Вследствие гемодинамических воздействий и активации механорецепторов на ЭК, а также влияния гормонов (адреналин), протромботических факторов и провоспалительных цитокинов продукция ЭТ-1 резко возрастает, отражая выраженность патологического процесса в эндотелии [19]. Таким образом, ЭТ-1 рассматривается в качестве биомаркера, ассоциированного с более тяжелым течением и неблагоприятным прогнозом ССЗ, связанных с повреждением ЭК. Однако в силу индивидуальных особенностей микроциркуляторно-тканевой системы, включая плотность сосудистой сетки и постоянно меняющуюся скорость кровотока, определение ЭТ-1 как независимого маркера затруднительно из-за невозможности получить точный результат, что требует поиска дополнительных биомаркеров ЭД.

ФВ — гликопротеин плазмы крови, который преимущественно синтезируется ЭК. Основная функция ФВ — участие в сосудисто-тромбоцитарном гемостазе [20]. Примечательно, что в последние годы в научном обществе все чаще отмечается заинтересованность не к снижению уровня ФВ, а наоборот, к его увеличению [8]. Повышение уровня ФВ наблюдается при многих патологических состояниях, ассоциированных с острым или хроническим повреждением ЭК. Уже сейчас доказана роль ФВ как маркера ЭД при артериальной гипертензии (АГ), мерцательной аритмии, остром коронарном синдроме и тяжелом течении хронической обструктивной болезни легких [1][7][21].

Эндоглин по своей химической природе представляет собой трансмембранный гликопротеин, локализованный на клеточной поверхности. Экспрессия эндоглина характерна главным образом для ЭК, при этом также описана его экспрессия на поверхности хондроцитов и синцитиотрофобластах плаценты [22].

Внутри клетки присутствуют две формы эндоглина: L-эндоглин и S-эндоглин, при этом в кровотоке определятся короткая (short) форма эндоглина, гиперсекреция которой может служить биомаркером поражения эндотелия, а также его активации в патологических условиях и развивающихся в эндотелии воспалительных процессов [23]. До недавнего времени оценка влияния эндоглина на состояние эндотелия не была широко распространена в клинической практике, однако в последние годы изучение содержания эндоглина в крови приобрело актуальность и привлекло внимание многих научных коллективов. Эндоглин активно изучали при таких патологических состояниях, как преэклампсия, онкологические заболевания; проводятся активные исследования по изучению эндоглина как фактора, ассоциированного с развитием ССЗ, прежде всего, обусловленных атеросклерозом [24]. Повышенный уровень эндоглина рассматривается как фактор, ассоциированный с гиперхолестеринемией, а также как потенциальный суррогатный маркер эффективности лечения аторвастатином [25]. Предполагается, что циркулирующий в кровотоке эндоглин играет роль в развитии АГ. Так, Gallardo-Vara Е, et al. выявили, что S-эндоглин индуцирует экспрессию костного морфогенетического протеина (bone morphogenetic protein 4, BMP4) в эндотелиальных клетках, обладающего протеиназной активностью, при этом авторами показаны ассоциации повышенных концентраций S-эндоглина с рядом ССЗ, а также преэклампсией [26]. В работе Buda V, et al. показана возможность использования растворимого эндоглина в мониторинге антигипертензивного лечения. Так, уровни S-эндоглина в сыворотке крови пациентов после продолжительного лечения периндоприлом — 4,7±1,4 нг/мл, были статистически значимо ниже в сравнении с концентрациями биомаркера у больных, получавших другие режимы терапии (β-блокаторы, блокаторы кальциевых каналов, диуретики) — 5,6±2,3 нг/мл, что в целом демонстрирует потенциальную возможность использования данного биохимического показателя для мониторинга лечения АГ [27].

Эндокан (эндотелиоцит-специфичная молекула-1, ESM1) представляет собой растворимый протеогликан молекулярной массой 50кДа, секретирующийся ЭК, кардиомиоцитами, клетками легочных капилляров. Повышение уровня эндокана в значительной степени связано с воспалительными состояниями, которые характерны для различных ССЗ [28]. Так, повышенные концентрации данного маркера при эссенциальной АГ могут быть обусловлены его секрецией патологически активированным эндотелием; примечательно что на фоне лечения амлодипином показано снижение уровней данного соединения в сыворотке крови даже при отсутствии динамики значений артериального давления. Помимо этого, имеются данные о более низком риске развития атеросклеротических ССЗ при сниженных уровнях эндокана [25]. Гиперсекреция эндокана ассоциируется с выраженностью ЭД, стадией заболевания, а также позволяет стратифицировать сердечно-сосудистый риск. Сравнительный анализ показал, что этот маркер обладает более высокой специфичностью и воспроизводимостью, чем S-эндоглин [23].

Синдеканы представляют собой семейство белков клеточной поверхности, восприимчивых к различным ишемическим и воспалительным процессам, сопряженным с ЭД [8]. Синдекан-1 (CD138) является одним из наиболее изученных соединений из этого семейства и представляет собой мембранный белок протеогликан молекулярной массой 32,5 кДа. Считается, что именно синдекан-1 участвует в процессах роста клеток, адгезии и заживлении ран и воспалений [29]. В работе Nieuwdorp M, et al. [30] синдекан-1 был представлен в качестве специфического плазменного маркера деструкции эндотелиального гликокалиса при сахарном диабете. Анализ концентраций синдекана-1 в кровотоке активно изучается и обсуждается в последние годы [31, 32]. Так, в работе Neves FM, et al. было показано, что повышенные уровни синдекана-1 в плазме крови больных с острой декомпенсацией сердечной недостаточности ассоциированы с более высоким риском развития острой почечной недостаточности. Помимо этого, повышенные концентрации синдекана-1 с достаточно высокой диагностической эффективностью (площадь под кривой (AUC) =0,812) позволяли выделить группу больных с более тяжелой выраженностью острой почечной недостаточности. По данным многофакторного анализа было показано, что высокая концентрация синдекана-1 является независимым фактором, ассоциированным с риском смерти в стационаре, а также с риском смерти в течение 6-мес. [33]. Другой белок данного семейства — синдекан-4, представляет собой мембранный протеогликан молекулярной массой 21,6 кДа, продуцируемый клетками эпителия и фибробластами. Описана гиперсекреция синдекана-4 у пациентов с резистентной артериальной гипертензией (35,8±5,3 нг/мл) по сравнению со здоровой популяцией (14,7±0,6 нг/мл). Лечение β-блокаторами приводило к значимому снижению уровней синдекана-4 в сыворотке крови, тогда как на фоне лечения блокаторами кальциевых каналов уровни биомаркера, напротив, повышались [34].

Микро-рибонуклеиновые кислоты (микро-РНК). Альтернативой классическим циркулирующим биохимическим маркерам могут служить молекулярно-генетические маркеры, к которым относятся микро-РНК. Микро-РНК — малые некодирующие РНК, вовлеченные в регуляцию различных физиологических и патологических процессов; в кровотоке они определяются методом полимеразной цепной реакции с обратной транскриптазой. Такие микро-РНК, как miR-92, miR-122, miR-486, miR-126, miR-20b5p, miR-123, miR-197, miR-125a-5p, miR-146a, miR-1, miR-133a, miR208a/b и miR-499 описаны как потенциальные молекулярные маркеры ЭД [35][36]. В то же время к исследованию микро-РНК следует относиться с осторожностью по причине высокой вариабельности и нестабильности данных соединений в крови.

Ограничение лабораторных методов исследования и значение инструментальной диагностики ЭД

Несмотря на активное развитие лабораторной диагностики и появление новых перспективных биомаркеров, широкое их применение ограничено недостаточной диагностической специфичностью, высокой стоимостью реактивов, трудоемкостью и длительностью выполнения анализов с использованием, чаще всего, иммуноферментного метода, требующего накопления биоматериала.

Наиболее перспективным решением для комплексного исследования ЭД является сочетание методов клинической лабораторной диагностики с использованием биохимических маркеров и неинванзивных методов оценки функционального состояния сосудов, включая, например, фотоплетизмографию [37, 38], позволяющую выявить уменьшение эластичности сосудов [11][39], или лазерную доплеровскую флоуметрию, позволяющую оценивать степень микроциркуляторных нарушений [40][41]. Так, в работах Метельской В. А. и др. показано, что комбинированное использование биохимических анализов и инструментальных методов диагностики является наиболее информативным при оценке функционального состояния сосудов и позволяет предложить комплексные маркеры для прогнозирования патологических изменений эндотелия у конкретного пациента и использовать эти данные в персонализации профилактики и лечения [42][43].

Заключение

Представленный в настоящем обзоре анализ литературных источников свидетельствуют о потенциальной возможности использования ряда дополнительных биохимических маркеров для выявления ЭД. Для эффективной диагностики ЭД требуется комплексный подход, включающий определение маркеров, способных отражать как структурное, так и функциональное состояние ЭК. Определение биологических маркеров может лечь в основу ранней диагностики ЭД и выступать в качестве факторов стратификации риска и прогноза течения ССЗ. В настоящее время большинство представленных биомаркеров находится на начальной стадии изучения, а их углубленное исследование на основе современных иммуноферментных и молекулярно-биологических лабораторных технологий является актуальной задачей будущих исследований на стыке медицинской биохимии и клинической кардиологии.

Отношения и деятельность: все авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.