ВведениеСердечная недостаточность (СН) является серьезной проблемой общественного здравоохранения, значение которой растет в последние годы. Несмотря на достижения современной медицины, отмечается рост заболеваемости и смертности от СН во всем мире, обусловленный увеличением продолжительности жизни и распространённостью сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ). Так, по данным 20-летнего наблюдения распространенность СН в РФ увеличилась с 6,1 до 8,2%, а по мировым данным распространенность СН составляет 1-2% [1-3].
В качестве основного метода исследования для диагностики СН используется эхокардиография с оценкой систолической и диастолической функций (ЛЖ). Вместе с тем, наряду с инструментальными исследованиями, при СН важное значение имеет клиническая лабораторная диагностика. Циркулирующие биологические активные соединения различной природы, с одной стороны, характеризуют важнейшие метаболические пути в нормальных физиологических условиях, а с другой — отражают активность различных патофизиологических процессов, участвующих в развитии и прогрессировании СН; именно поэтому они могут выступать в качестве скрининговых биомаркеров для выявления и ранней диагностики заболевания. Наиболее изученными и широко используемыми в лабораторной диагностике СН и оценке прогноза ее течения являются мозговой натрийуретический пептид (BNP) и N-концевой промозговой натрийуретический пептид (NT-proBNP).
Несмотря на широко используемые инструментальные методы и разнообразие лабораторных маркеров, диагностика СН остается не до конца решенной клинической задачей, особенно для выявления пациентов с сохраненной фракцией выброса (СНсФВ) ЛЖ и оценки прогноза заболевания. Это обусловлено отсутствием четко уставленных алгоритмов диагностики СНсФВ. Так, в большинстве случаев в протоколах эхокардиографии нет всех необходимых параметров для определения наличия структурных и функциональных изменений сердца, что связано с организационными проблемами и сложностью проведения тканевой доплерографии. В ряде случаев для уточнения диагноза СНсФВ требуется проведение малодоступных дополнительных инструментальных исследований, таких как диастолический стресс-тест. Определение концентрации циркулирующих натрийуретических пептидов для диагностики СНсФВ также сопряжено с рядом ограничений. Влияние на уровень натрийуретических пептидов таких факторов, как возраст, пол, индекс массы тела (ИМТ), функция почек, а также наличие ложноотрицательных результатов при СНсФВ затрудняет диагностику СН и делает необходимым поиск и изучение новых высокочувствительных и специфичных биомаркеров, менее зависимых от указанных преаналитических факторов и связанных с патогенезом заболевания [4-6].
Одним из патофизиологических механизмов развития СН является клеточный стресс, который развивается на внутриклеточном уровне независимо от ее этиологии [7][8]. Были идентифицированы митохондриально-опосредованные механизмы, которые приводят к прогрессированию СН. Во время патологического ремоделирования сердца срабатывает порочный круг, включающий в себя окислительно-восстановительный дисбаланс, модификацию белков, нарушение митохондриального гомеостаза Са2+ и другие механизмы [9].
Перспективной группой биомаркеров, ассоциированных с различными ССЗ, включая СН, являются белки теплового шока (БТШ), heat shock proteins (HSP), которые в последнее время активно изучаются в формате экспериментальных и клинических исследований. БТШ являются классом белков, реагирующих на возникновение клеточного стресса, развивающегося под действием таких факторов, как повышение температуры, действие окислителей, цитокинов, факторов роста и других биологически активных соединений. Предполагаемые общие механизмы вовлеченности БТШ в патогенез ССЗ, включая СН, схематически отображены на рисунке 1. В нормальных физиологических условиях БТШ внутри клетки выполняют цитопротективную функцию, однако при декомпенсации заболевания запускается "порочный круг", способный ухудшать тяжесть его течения и прогноз. В ответ на воспалительный и метаболический стресс усиливается экспрессия БТШ, реализующих ответ на клеточный стресс (Heat Shock Response, HSR), в ходе которого данные белки выполняют свои шаперонные функции, предотвращая повреждение клеточных белков, их необратимую агрегацию и способствуя восстановлению их конформации. В патологических условиях гиперэкспрессия БТШ сопровождается их выходом во внеклеточную среду, где они в свою очередь вовлекаются в сложную систему взаимодействий с интерлейкинами и факторами роста, оказывая как провоспалительный, так и противовоспалительный эффекты. При сдвиге баланса в провоспалительную сторону происходит усиление воспалительного компонента клеточного стресса, что в свою очередь способствует еще большей экспрессии БТШ, тем самым замыкая патологический circulus vitiosus [7][8][10-14]. В настоящем обзоре рассмотрим свидетельства, посвященные исследованию конкретных БТШ при СН, с фокусом на их изучение в качестве неинвазивных циркулирующих маркеров.
Цель обзора — анализ публикаций, посвященных биохимическим исследованиям БТШ у больных с СН в качестве диагностических маркеров.
Рис. 1 Молекулярные механизмы клеточного стресса и БТШ.
Под действием метаболических и провоспалительных факторов развивается клеточный стресс; в ответ происходит гиперэкспрессия БТШ, с помощью которых клетка в физиологических условиях сохраняет целостность структуры белков и регулирует баланс воспалительных и противовоспалительных реакций, а в патологических — запуская порочный круг, дополнительно индуцирующий воспаление, которое является патогенетическим звеном развития СН и других ССЗ.
Примечание: БТШ — белок теплового шока, квБТШ — кардиоваскулярный БТШ, ИЛ — интерлейкин, СН — сердечная недостаточность, ССЗ — сердечно-сосудистые заболевания, ФНО-α — фактор некроза опухоли альфа, TGF-β — transforming growth factor β (трансформирующий фактор роста бета).
https://cdn.elpub.ru/assets/journals/cardiovascular/2024/4/5p3MzL5S97Mf4t2NVJl3tPlDPILF5omKggwsZVpX.png
РезультатыКлиническая картина СН характеризуется типичными симптомами, однако неспецифичность этих симптомов и признаков может вызывать определенные затруднения в диагностике СН, особенно на ранних стадиях [15]. В последние годы в мире активно изучается участие БТШ в патогенезе ССЗ и СН, в частности. Одно из первых исследований БТШ в нашей стране были проведено Драпкиной О. М. и др. у пациентов с постинфарктным кардиосклерозом и СН, в котором были показаны ассоциации уровней БТШ72i в лимфоцитах периферической крови с течением и прогнозом заболевания [16].
Биологическая характеристика БТШ. БТШ относятся к крайне "консервативному" семейству белков, которые присутствуют и функционируют сходным образом в различных организмах — от прокариот до эукариот. В клетках БТШ проявляют шаперонную активность, участвуя в организации вторичной и третичной структуры белков, в процессах репарации или элиминации патологических и денатурированных белков. Помимо поддержания гомеостаза белков внутри клеток, некоторые БТШ локализуются во внеклеточном пространстве и стабилизируют клеточную мембрану, взаимодействуя с липидами. Таким образом, БТШ играют существенную роль в сохранении стабильности внутриклеточных структур, поддерживая конформацию молекул и активность ферментов, а также противодействуя механизмам апоптоза [17-21].
Отличительной особенностью БТШ является их гиперэкспрессия под влиянием таких стрессовых факторов, как тепловое воздействие, интоксикация, воспалительная реакция и тканевая гипоксия [22]. Впервые БТШ были описаны в 1950-е гг, когда у личинок дрозофил в ответ на повышение температуры окружающей среды наблюдалось усиление синтеза специфической группы белков. Именно эта реакция на температуру и обусловила название данной группы соединений. Впоследствии выяснилось, что сигналом для активации экспрессии БТШ может быть не только температурное воздействие, но и ряд других факторов, включая растворители, тяжелые металлы, а также гормоны и факторы роста. Таким образом, в настоящее время БТШ рассматривают как биологические маркеры клеточного стресса — комплекса биохимических и биологических реакций, протекающих в патологических условиях на клеточном уровне [23-25].
По молекулярной массе БТШ делятся на малые (small HSP, sHSP) с молекулярной массой от 12 до 43 кДа и высокомолекулярные соединения с молекулярной массой >43 кДа [26]. По механизму активации синтеза и функциональной активности БТШ классифицируют на конститутивные, синтез которых происходит непрерывно, и индуцибельные, для активации синтеза которых требуется действие повреждающего "стрессового" агента. При этом такое функциональное деление достаточно условно, т.к. в ряде случаев тот или иной белок может проявлять свойства индуцибельного или конститутивного БТШ в зависимости от типа клеток [7]. К малым БТШ относятся белки, присутствующие в цитоплазме и ядре клеток, выполняющие функции стабилизаторов цитоскелета и проявляющие антиоксидантную активность в патологических условиях. Особенностью действия малых БТШ является их способность препятствовать необратимой агрегации поврежденных белков без участия аденозинтрифосфата (АТФ), после чего они осуществляют транспорт этих белков к высокомолекулярным БТШ. В свою очередь, высокомолекулярные БТШ, например, БТШ70, действуют уже по АТФ-зависимому механизму [27-29].
БТШ27 — наиболее изученный малый БТШ. Одним из наиболее значимых и хорошо изученных малых БТШ является БТШ27 (HSP27). БТШ27 относится к конститутивным белкам, т.е. постоянно экспрессируется в различных тканях. В миоцитах поперечнополосатой мускулатуры, включая кардиомиоциты, БТШ27 располагается рядом с актиновыми микрофиламентами, оказывая шаперон-подобный эффект, закрывая и стабилизируя концы молекул данных микрофиламентов. На фоне стрессового воздействия — повышения температуры, действия токсичных соединений, окислителей, цитокинов, факторов роста, пептидных гормонов — происходит гиперэкспрессия БТШ27 и его фосфорилирование. Фосфорилированный БТШ27 меняет свою олигомерную структуру, что приводит к реорганизации микрофиламентов. Таким образом, внутри клетки БТШ27 выполняет защитную функцию, обеспечивая ее выживание в условиях стресса [30].
В исследовании, проведенном Traxler D, et al., где оценивался уровень циркулирующих БТШ27 в плазме крови у пациентов со стабильной хронической СН, было показано, что по уровню БТШ27 различий между пациентами с сохраненной (медиана 3406 пг/мл), умеренно сниженной (3855 пг/мл) и низкой (3963 пг/мл) фракцией выброса (ФВ) ЛЖ не было. БТШ27 является независимым предиктором сердечно-сосудистой смерти или незапланированной госпитализации, связанной с СН (при уровне БТШ27 > медианы 3820 пг/мл). Уровни БТШ27 были значительно выше у пациентов, перенесших сердечно-сосудистое событие (4214 пг/мл), относительно больных без событий (3444 пг/мл). Не найдено корреляции БТШ27 с демографическими данными, возрастом, полом, не получено корреляций и с уровнем NT-proBNP [11]. В другом исследовании, проведенном Liu S, et al. [31], измерялся уровень циркулирующего БТШ27 в плазме у 50 пациентов с СНсФВ и контрольной группы без заболеваний сердца (n=50). Оказалось, что в группе больных СН средняя концентрация БТШ27 (2601,02 пг/мл) была выше, чем в контрольной (923,61 пг/мл). В этой же работе [31] в отличие от исследования, проведенного Traxler D, et al. [11], продемонстрирована связь уровня циркулирующих белков с концентрацией NT-proBNP.
В исследовании Jaroszynski A, et al. исследовали пациентов, находящихся на гемодиализе. Пациенты с низким уровнем БТШ27 характеризовались более низкой ФВ ЛЖ. Более того, низкий уровень БТШ27 в сыворотке крови был ассоциирован со смертью от ССЗ и внезапной сердечной смертью [32]. В то же время, в работе Li Z, et al. значимой связи БТШ27 с СН выявлено не было, хотя у этих же пациентов имелись ассоциации СН с высокими концентрациями высокомолекулярных БТШ [33]. В целом, БТШ27 характеризуется как достаточно неоднозначный фактор, имеющий разнонаправленную динамику при СН. Несмотря на то, что в большинстве исследований концентрации данного фактора ассоциированы с более тяжелым течением и неблагоприятным исходом СН, есть и работы, показывающие противоположные результаты.
Кардиоваскулярный БТШ (квБТШ). Особый интерес представляет так называемый кардиоваскулярный БТШ (квБТШ, cvHSP, HSPb7), который экспрессируется исключительно в сердечных и скелетных мышцах. Показано, что квБТШ может участвовать в регуляции эмбрионального развития миокарда и физиологической регуляции сердечной и скелетной мускулатуры [30]. Описано несколько мутаций в гене HSPB7, связанных с ССЗ, а именно с дилатационной кардиомиопатией и СН [34]. КвБТШ взаимодействует с большим количеством актин-связывающих белков и вовлечен в сборку актиновых филаментов и поддержание их функциональной активности. На экспериметальных моделях животных было показано, что снижение уровня квБТШ в кардиомиоцитах ведет к неконтролируемой элиминации актиновых филаментов и образованию их атипичных пучков. Такие изменения приводят к различным порокам сердца и ранней эмбриональной гибели лабораторных мышей [34]. В работе Chiu TF, et al., выполненной на людях, было показано, что концентрация квБТШ в плазме крови значительно выше у пациентов с острым коронарным синдромом (ОКС), чем у пациентов с некардиальной болью в груди. КвБТШ в плазме крови обнаруживался уже через 1-3 ч после появления симптомов ОКС, что позволило его рассматривать в качестве потенциального раннего биомаркера ОКС [35].
Благодаря своей кардиоспецифичности, квБТШ привлекает значительное внимание исследователей, однако его изучение при СН в настоящее время находится на стадии доклинических и экспериментальных исследований. В экспериментальной работе, проведенной Rüdebusch J, et al., были описаны различия в концентрации квБТШ в сыворотке крови в зависимости от стадии СН. Увеличение уровня белка по сравнению с контролем отмечалось уже на ранней стадии заболевания, на основании чего был сделан вывод, что данный белок является не только маркером острого повреждения и некроза миокарда, но и маркером ремоделирования миокарда на субклинической стадии СН [36]. Таким образом, исследование квБТШ в сыворотке крови больных СН различных фенотипов позволит оценить возможности его клинического применения в качестве кардиоспецифического маркера клеточного стресса.
БТШ60 — представитель высокомолекулярных БТШ. БТШ60 — белок, который экспрессируется в виде незрелой формы — так называемого "наивного" БТШ60, после чего в митохондриях трансформируется в зрелую форму. Примечательно, что митохондриальная форма обладает меньшей стабильностью, но обладает высокой биологической активностью, участвует в посттрансляционных модификациях митохондриальных беков, а также регулирует деградацию денатурировавших протеинов [37]. Имеющиеся на сегодняшний момент данные свидетельствуют о том, что БТШ60 способен индуцировать ускоренное развитие атеросклероза, а также вызывать апоптоз кардиомиоцитов [38]. По другим данным, при недостатке БТШ60 развивается митохондриальная дисфункция с последующим формированием дилатации камер сердца и СН [14].
В работе Bonanad C, et al. исследовались пациенты, госпитализированные в стационар с острой декомпенсацией СН. Было обнаружено, что повышенный уровень БТШ60 ассоциируется с более высоким риском повторной госпитализации и последующей смерти по поводу СН. У пациентов, перенесших сердечно-сосудистое событие, медиана значений БТШ60 была статистически значимо выше, чем у пациентов без сердечно-сосудистых событий (6,15 vs 4,71 нг/мл) [39].
В исследовании, проведенном Niizeki T, et al., определяли уровень БТШ60 в сыворотке крови у пациентов с СН и в контрольной группе; было показано, что концентрация БТШ60 у пациентов с СН выше по сравнению с контролем и увеличивается с повышением функционального класса СН по NYHA (New-York Heart Association, Нью-Йоркской ассоциации сердца). При этом у пациентов с более высокими концентрациями БТШ60 было зарегистрировано больше сердечно-сосудистых событий при среднесрочном наблюдении в течение 19±16 мес. [40].
Имеющиеся в литературе данные о роли БТШ60 при СН свидетельствуют о возможности рассмотрения БТШ60 как прогностически неблагоприятного фактора, ассоциированного с функциональным классом СН и наличием декомпенсации у больных с СН.
БТШ70 — наиболее изученный при СН высокомолекулярный БТШ. Непосредственно БТШ-70 (HSP70) по своей химической структуре представляет собой димерный протеин, обладающий 8-ю изоформами, который способен формировать в клетке олигомерные комплексы с различными клеточными структурами. БТШ-70 относится к индуцибельным белкам, при этом под действием факторов клеточного стресса начинается его экспрессия и накопление в ядре и цитоплазме [25]. Биологическая роль БТШ заключается в защите процессов синтеза белка, а также подержании целостности структуры клеточных белков. Имеются данные об участии БТШ70 в процессах восстановления дезоксирибонуклеиновой кислоты [41].
Значение БТШ70 как маркера клеточного стресса рассматривалось в работе Котовой Ю. А. и др. у 336 пациентов с ишемической болезнью сердца с различной выраженностью атеросклеротических изменений. Было показано, что у больных ишемической болезнью сердца с ожирением уровень БТШ70 и его шаперонной активности были ниже, чем у больных с нормальной массой тела [8]. БТШ70, запуская провоспалительный каскад, участвуют в воспалительных процессах при ССЗ. Показана корреляция уровней циркулирующих БТШ70 с основными маркерами воспаления, окислительного стресса и эндотелиальной дисфункции. Таким образом, участие БТШ70 в патогенезе ССЗ можно считать достоверным фактом [13], однако являются ли его изменения причинным фактором или следствием ССЗ, остается не до конца понятным.
Еще одним представителем белков класса БТШ70 является БТШ72i (HSP72i). В работах Драпкиной О. М. и др. была выявлена ассоциация уровней БТШ72i в лимфоцитах периферической крови с течением и прогнозом инфаркта миокарда (ИМ) и хронической СН. Согласно полученным данным, прогностическое значение имела динамика БТШ72i в первые двое суток ИМ. В свою очередь, выраженность угнетения индуцированного синтеза данного белка под действием температуры (42о С в течение часа) в первый день после ИМ коррелирует с благоприятным прогнозом заболевания, отражая, тем самым, адаптивные возможности организма [16][42].
В работе Li Z, et al. было показано, что концентрации БТШ70 в плазме крови у пациентов с СН значительно выше, чем в группе без СН и структурного поражения сердца (2,52±0,59 нг/мл), и зависели от тяжести СН (стадия А: 3,14±0,91 нг/мл, стадия В: 3,86±1,61 нг/мл, стадия С: 4,94±1,46 нг/мл) даже при исключении факторов, которые могут влиять на концентрацию БТШ70, включая возраст, диабетический статус, уровень мочевой кислоты, клиренс креатинина и прием лекарств. Уровень БТШ70 положительно коррелировал с концентрацией NT-proBNP, при этом данная зависимость была характерна для бессимптомной СН [33].
Как было показано в работе Gombos T, et al., уровни БТШ70 в сыворотке крови ассоциировались с тяжестью СН. В исследовании оценивали уровень БТШ70 у 167 пациентов с СН и ФВ ЛЖ <45%. Более высокие уровни БТШ70 выявлены у пациентов с III-IV функциональным классом СН по NYHA по сравнению с группой NYHA I-II. Уровни БТШ70 коррелировали с ФВ ЛЖ, уровнем билирубина, аспартатаминотрансферазы, аланинаминотрансферазы, γ-глютамилтранспептидазы у пациентов с тяжелой СН, тогда как корреляции между БТШ70 и уровнем С-реактивного белка, фактора некроза опухоли-α или интерлейкина-6 не наблюдалось [43]. Иными словами, БТШ70 и другие члены данного подсемейства, такие как БТШ72i, связаны с СН и ее осложнениями. Повышенные сывороточные концентрации БТШ70 являются неблагоприятным фактором, связанным с более тяжелым течением заболевания, а его относительная независимость от концентраций NT-proBNP и цитокинов позволяет рассматривать его использование в качестве альтернативного биомаркера СН.
Итак, результаты накопленных к настоящему времени данных клинических и экспериментальных исследований позволяют сформулировать положение о целесообразности комплексного изучения ключевых БТШ в патогенезе СН и оценки их сочетанного использования в качестве мультимаркерного инструмента для диагностики, оценки прогноза и подбора терапии, исходя из индивидуальных особенностей пациента. Дальнейшие исследования позволят рассчитать конкретные диагностические или прогностические пороговые уровни БТШ в сыворотке крови, которые могут стать потенциальными диагностическими или прогностическими критериями, дополняющими клинические и инструментальные методы стратификации риска, оценки степени тяжести заболевания и выбора терапевтической тактики при СН.