Галектин-3 – новый маркер диагностики и прогноза хронической сердечной недостаточности

Смертность от сердечно-сосудистых заболеваний в настоящее время занимает первые позиции в структуре общей смертности. Заболеваемость хронической сердечной недостаточностью (ХСН) среди болезней сердца в экономически высокоразвитых странах составляет 6—8% [1] и растет стремительными темпами. Так, в США за последние 30 лет смертность от ХСН увеличилась в 4 раза. Более 50% больных умирают в течение 5 лет после появления первых симптомов ХСН, несмотря на лечение [2]. В Российской Федерации, по данным эпидемиологических исследований, ХСН выявлена почти у 8 млн человек, а в течение года от этого заболевания умирают около 612 000 человек, что в 10 раз выше, чем в популяции в целом [3].

В этой связи особо остро стоит проблема раннего выявления и своевременного лечения ХСН. Решение этой проблемы возможно только с применением современных биомаркеров: повреждения миокарда (тропонины I и T, лактатдегидрогеназа — ЛДГ, фракция МВ креатинфосфокиназы — МВ-КФК), воспаления (С-реактивный белок — СРБ, интерлейкины, α-фактор некроза опухоли — α-ФНО, миелопероксидаза, остеопонтин), метаболических (лектин, адипонектин, инсулиноподобный фактор роста), нейрогормонов (мозговой натрийуретический пептид — BNP, N-концевой предшественник
мозгового натрийуретического пептида — NT-proBNP, ренин, ангиотензин-2, вазопрессин) [4]. Из них в клинической практике для диагностики острой и обострения ХСН наиболее широко применяются BNP и NT-proBNP. В то же время прогностическое значение данных маркеров для стратификации риска явно недостаточно. Они не могут служить маркерами ремоделирования сердца и фиброза, хотя и коррелируют с уровнями металлопротеиназ крови (MMP-2, MMP-9, TIMP-1) [5]. В этой связи для определения более точного прогноза у больных с ХСН целесообразно как сочетанное использование известных биомаркеров, так и поиск новых. Одним из таких маркеров может стать галектин-3.

Галектины относятся к белкам-лектинам, способным связываться с β-галактозидами, маннозой и другими углеводами. Они были впервые выделены в 1975 г. из электрического органа угря [6, 7]. В настоящее время их обнаружили у растений, грибов, беспозвоночных (губки, черви), рыб, птиц, амфибий и позвоночных [6]. У млекопитающих семейство галектинов в настоящее время насчитывает 15 представителей. Все галектины делятся на 3 класса по способности связываться между собой и с углеводами.

Первый класс занимают галектины, имеющие в своем составе один углевод-распознающий домен (УРД) — это галектины 1, 2, 5, 7, 10, 11, 13, 14, 15. Галектины 4, 6, 8, 9, 12 относятся ко второму классу, имеют по 2 УРД и могут образовывать димеры. Особняком стоит галектин-3, который может связываться в пентамеры, имеющие в своем составе 5 УРД. Кроме того, все галектины, соединяясь
с сахарами, образуют кристаллические решетки разной жесткости [8].

Галектины являются цитоплазматическими белками, но могут секретироваться клетками, хотя не имеют сигнальной последовательности и не являются гормонами. Связываясь с поверхностью клетки, они влияют на работу ее рецепторов, оказывают на них регуляторное действие [9], изменяют клеточную активность и мембранный транспорт [10].

Галектины могут воздействовать не только на адгезию и рост клеток [11] (в этом заключается их внеклеточная функция). Попадая из цитоплазмы в ядро, могут влиять на транскрипцию и сплайсинг иРНК (в этом состоит их внутриклеточная функция) [12, 13]. В нормальных условиях галектины являются клеточными регуляторами. Например, мыши, «нокаутированные» по генам галектинов 1 и 3, не отличались по выживаемости и фертильности от мышей дикого типа. Однако у мышей, «нокаутированных» только по гену галектина 3, наблюдались дефекты развития костей, задержанный фагоцитоз клеток и снижение выживаемости нейтрофилов и макрофагов в местах воспаления [14, 15]. В настоящее время обнаружено участие галектинов в процессах канцерогенеза и метастазирования, воспаления, атерогенеза, иммунного ответа, дегенерации нервов, сахарного диабета, заживлении ран, внутриклеточной сигнализации и взаимодействия клеток с матриксом и между собой [8]. Более подробно роль каждого галектина представлена в таблице.

Таблица. Биологические свойства и функции галектинов у млекопитающих [8].

Нас интересует в первую очередь участие галектина-3 в развитии сердечной недостаточности (СН), ремоделировании и процессах фиброза сердца. Галектин-3 имеет среднюю молекулярную массу 29—35 кДа, состоит из N-концевого домена с повторяющимися короткими последовательностями аминокислот (общей длиной 110—130 аминокислот), связанного с одним УРД на C-конце, который состоит из 130 аминокислотных остатков [16]. Галектин-3 обладает высоким сродством к лактозе и N-ацетиллактозамину, причем сродство к лактозамину в 5 раз выше, чем к лактозе. Этот галектин
может взаимодействовать с широким спектром внеклеточных матриксных белков, но в основном связывается с гликозилированными белками матрикса, включая ламинин, фибронектин и тенасцин [17]. Галектин-3 находят в цитоплазме и ядре клеток. Его транслокация из цитозоля в ядро осуществляется активным и пассивным путями [18]. Секреция галектина-3 регулируется плазматической мембраной клетки [19], а экспрессия возможна в легких, селезенке, желудке, кишечнике, надпочечниках, яичниках, матке, сердце, мозжечке, поджелудочной железе и печени [20]. Экспрессию галектина-3
в тканях обычно связывают с его пролиферативным эффектом на макрофаги и фибробласты. Он может
экспрессироваться не только в макрофагах, но также в эозинофилах, нейтрофилах и тучных клетках [21, 22]. Отмечено существенное изменение уровней экспрессии галектина-3 в патологических условиях.

По-видимому, галектин-3 принимает участие в процессе формирования фиброза.

Известно, что фиброз и формирование рубца — это ключевые процессы ремоделирования сердца. В этих процессах принимают участие фибробласты, миофибробласты и макрофаги [23—25]. Показано, что концентрации галектина-3 повышались при фиброзирующих процессах различных органов: циррозе печени [26, 27], идиопатическом фиброзе легких [28], хроническом панкреатите [29]. В моделях на животных отмечено повышение уровня данного лектина при фиброзе сердца [30, 31], почек [32], печени [27]. Некоторые авторы приводят данные, что при ремоделировании сердца локализация галектина-3 связана с макрофагами и фибробластами, а не с кардиомиоцитами [33]. Кроме того, в культуре фибробластов сердца этот гликопротеин вызывал пролиферацию и продукцию коллагена in vitro [30, 31].

Галектин-3 также рассматривают в качестве важного посредника для удаления конечных продуктов гликозилирования белков. Принято считать, что эти молекулы образуются в неферментативных реакциях между белками и остатками сахаров. Накапливаясь с увеличением возраста и при окислительном стрессе, эти продукты поглощаются клетками и играют роль в формировании
почечной недостаточности и СН [34]. Есть данные, что они вносят вклад в повышение жесткости миокарда [35]. Таким образом, выводя такие комплексы из организма, галектин-3 защищает ткани от повреждения [36, 37], играя немаловажную роль в фиброзе. Показано воздействие галектина-3 на формирование фиброза печени и почек [27, 32]. В печени трансформирующий β-фактор роста (TGF-β) через галектин-3 активирует миофибробласты, а в почках экспрессия и секреция лектина макрофагами является главным механизмом фиброза почек. Более подробно участие галектина-3
в процессах фиброза представлено на рис. 1.

Рисунок 1. Регуляторная роль галектина-3 (по[57]).

Кроме фиброза, галектин-3 играет важную роль в воспалительных процессах, что доказано в экспериментальных работах на животных. У мышей, «нокаутированных» по гену галектина-3 (Lgals3–/–), по сравнению с мышами дикого типа уменьшена инфильтрация лейкоцитами (на модели перитонеального воспаления) и снижена эозинофилия легких в ответ на вдыхание антигенов
(модель атопической астмы) [38, 39]. У «нокаутированных» мышей также отмечалась замедленная эпителизация ран роговицы, а добавленный экзогенно галектин-3 ускорял заживление ран роговицы мышей дикого типа, вызванных ожогом щелочью или лазерной абляцией [40].

Известно, что галектин-3 может участвовать в патологических процессах атеросклероза и диабета. Он экспрессировался в пенистых клетках и макрофагах при атеросклеротических поражениях [41]. У мышей, «нокаутированных» по генам АроЕ и галектина-3, в возрасте 36—44 нед было меньше атеросклеротических бляшек, чем у мышей, «нокаутированных» только по гену АроЕ [42]. В тоже время у мышей с отсутствующим геном галектина-3, в отличие от дикого типа, наблюдалось ускоренное развитие диабетической гломерулопатии [43]. Известно участие галектина-3 в иммунных реакциях. Он может влиять на дифференцировку и рост различных иммунных клеток: вызывать апоптоз Т-клеток и нейтрофилов, активировать некоторые лимфоидные и миелоидные клетки, включая тучные клетки, нейтрофилы, моноциты, увеличивать продукцию супероксид-аниона и цитокинов [38, 44]. Кроме того, описана важная роль галектина-3 в развитии и метастазировании злокачественных опухолей [45].

Важное клинико-экспериментальное исследование для выявления участия галектина-3 в ремоделировании сердца провели голландские и немецкие ученые в опытах на гомозиготных трансгенных крысах линии Ren-2, склонных к развитию артериальной гипертонии, гипертрофии
миокарда и СН [33]. Уровень экспрессии гена галектина-3 в тканях миокарда резко повышался при развитии СН и достоверно отличался у крыс с компенсированной и декомпенсированной СН. Точно такие же изменения экспрессии гена галектина-3 отмечались в биоптатах сердца людей с сохраненной (n=17) и сниженной (n=5) фракцией выброса (ФВ) при аортальном стенозе. Всего же в биоптатах была изучена активность более 12 000 генов. Однако только 48 из них повышали, а 14 генов снижали свою экспрессию при развитии СН. И лишь галектин-3 из этих 48 генов отвечал всем требованиям биомаркера СН.

Локализация галектина-3 изучалась иммуногистохимическими методами и методом конфокальной микроскопии. Обнаружено, что локализация галектина-3 в тканях тесно связана с макрофагами, фибробластами и внеклеточным матриксом, но не с кардиомиоцитами.

Кроме того что галектин-3 мог быть маркером СН, он сам оказался способен участвовать в процессах ремоделирования сердца. Рекомбинантный мышиный галектин-3, очищенный методом хроматографии на лактозилированной сефарозе, вводили в перикардиальную полость 6 крысам линии Sprague-Dawley с помощью осмотического насоса в течение 4 нед со скоростью 0,5 мкг/ч. Контрольным 6 крысам вводили изотонический раствор натрия хлорида. Инфузия галектина-3 в перикард здоровых крыс привела к снижению ФВ с 66,1 до 51,8% и снижению фракционного укорочения окружности левого желудочка с 37,8 до 25,2% (оценка проводились с помощью эхокардиографии). Максимальная скорость расслабления сердца, измеренная милларовскими катетерами, при добутаминовой
пробе снижалась почти в 2 раза по сравнению с таковой у крыс, в перикард которых вводился изотонический раствор натрия хлорида. Кроме того, достоверно повышалось отношение сырого веса легких к весу тела. Вестерн-блот анализ на коллагены 1-го и 3-го типа показал, что отношение коллагена I типа к III типу увеличивалось в 3 раза, т.е. повышалась жесткость стенки сердца. Эти же исследователи наблюдали экспрессию гена циклина D1 — важного регулятора клеточного цикла, отражающего пролиферацию фибробластов сердца. Причем экспрессия циклина D1 в миокарде возрастала в 20 раз у группы животных с вводимым в перикард галектином-3 относительно группы плацебо [33]. Таким образом, галектин-3, принимая участие в развитии фиброза сердца, может рассматриваться в качестве вероятной терапевтической мишени для воздействия на патологические процессы при СН.

В более поздних работах эти же авторы показали, что негативные эффекты, вызванные введением в полость перикарда галектина-3, могут нивелироваться при сопутствующем применении тетрапептида
N-ацетилсериласпартиллизилпролина (Ac-SDKP) [26].

Большое проспективное рандомизированное многоцентровое клиническое исследование в параллельных группах по изучению маркеров СН у больных проведено с 2000 по 2006 г. в Голландии [42]. В нем приняли участие 232 пациента с ХСН III—IV функционального класса (ФК) по классификации NYHA, возраст которых составлял 71±10 лет, 72% мужчины, средняя ФВ 30,9%. Длительность наблюдения за больными достигала 4±1,9 года. Цель данного исследования состояла в выявлении прогностической ценности нового биомаркера галектина-3 по сравнению с широко известным маркером NT-proBNP. Верхним пределом уровня галектина-3 у здоровых людей был 17,7 нг/мл. Средний уровень галектина-3 в когорте больных составил 18,6±7,8 нг/мл, NT-proBNP — 253 пмоль/л (2140 пг/мл). Согласно концентрации галектина-3 в крови все больные были распределены на квартили. По кривым выживаемости Каплана—Мейера смертность постепенно повышалась от 1-го квартиля с уровнями галектина-3 <13,63 нг/мл до 4-го квартиля с уровнями галектина-3 >21,62 нг/мл
(р=0,048, логранговый критерий).

Концентрации галектина-3 имели определенную зависимость от возраста, индекса массы тела и скорости клубочковой фильтрации (r=–0,619; р<0,001). Также наблюдалась слабая корреляция со значениями NT-proBNP плазмы крови (r=0,265; р<0,001). Заметим, что не удалось выявить связь между галектином-3 и ФВ, а также этиологией СН.

При ROC-анализе смертности больных область под кривой (AUС) для галектина равнялась 0,612, а для
NT-proBNP — 0,611. Иными словами, информативность обоих этих маркеров по прогнозу выживаемости больных оказалась сходной. После коррекции на возраст, пол и скорость клубочковой фильтрации галектин-3 остался статистически значимым предиктором смертности. Однако выше всего смертность была у пациентов с одновременно повышенными уровнями и галектина-3 и NT-proBNP [46]. В такой когорте смертность оказалась в 1,5—2 раза выше, чем в других группах (рис. 2).

Таким образом, галектин-3 оказался надежным маркером исхода ХСН, особенно при его использовании в сочетании с NT-proBNP.

Тайваньские ученые исследовали связь концентраций галектина-3 в сыворотке крови с внеклеточными матриксными белками — N-концевым предшественником пептида проколлагена III типа (PIIINP), матриксной металлопротеиназой-2 (MMP-2), тканевым ингибитором металлопротеиназ I (TIMP-1) и N-концевым предшественником пептида проколлагена I типа (PINP) [47], которые являются известными биомаркерами заболеваний сердца: коронарного атеросклероза [48, 49], гипертрофической кардиомиопатии [50], СН [51—53]. Всего обследованы 106 больных с ХСН различных ФК по классификации NYHA. Обнаружена зависимость между галектином-3 и PIIINP, TIMP-1, MMP-2, а также ФК ХСН. Не найдено связи с полом, возрастом, курением и ФВ левого желудочка.

В недавнем исследовании R.V. Shah и соавт. [54] проводилось сравнение концентраций галектина-3 в плазме крови с эхокардиографическими показателями и долговременным прогнозом у 115 пациентов с острой одышкой, поступивших в отделение интенсивной терапии. В дальнейшем 76 из 115 больных был поставлен диагноз острой декомпенсированной СН. По сравнению с пациентами без СН больные с декомпенсацией в среднем были старше, у них имелись более выраженное снижение функции почек, более высокие концентрации NT-proBNP и С-реактивного белка в крови, а также сниженный уровень гемоглобина. Выявлена прямая связь между концентрацией галектина-3 и возрастом, функцией почек, уровнем NT-proBNP и С-реактивного белка. В то же время уровень лектина крови не коррелировал
ни с индексом массы тела, ни с систолическим или диастолическим артериальным давлением. Кроме того, концентрация галектина-3 возрастала у пациентов с высоким давлением наполнения левого желудочка (повышение отношения Е/Еа) и нарушением его расслабления в диастолу (уменьшенная скорость Еа). Уровень галектина-3 повышался также при снижении ФВ правого желудочка и нарушении работы митрального или трикуспидального клапанов. Из 115 обследованных больных более высокие уровни галектина-3 отмечены у тех, кто умер в течение первого года или 4 лет, что позволило авторам исследования рассматривать галектин-3 в качестве независимого предиктора смерти больных с ХСН.

В исследовании PRIDE [55] уровни галектина-3, апелина и NT-proBNP измерялись у 599 пациентов с острой одышкой, из которых 209 в дальнейшем был поставлен диагноз острой СН (ОСН). У пациентов с ОСН уровень галектина-3 в крови был значительно выше, чем без СН (9,2 против 6,9 нг/мл; р<0,001). ROC-анализ для диагностики ОСН показал, что площадь под кривой (AUC) для галектина-3 была ниже (0,72), чем для NT-proBNP (0,94; р<0,001). Таким образом, NT-proBNP для диагностики ОСН оказался более сильным критерием, чем галектин-3. В то же время для апелина AUC составил 0,52 при р=0,23,
что свидетельствовало о слабой диагностической ценности данного пептида при ХСН. Ни галектин-3, ни апелин не коррелировали с ФК СН.

При анализе краткосрочного (60-дневного) прогноза выживаемости галектин-3 оказался более сильным критерием, чем NT-proBNP. AUC для галектина-3 составила 0,74 (р<0,001) по сравнению с 0,67 (р=0,009) для NT-proBNP и 0,54 (р=0,33) для апелина, не имевшего краткосрочной прогностической ценности. Таким образом, галектин-3 оказался в этом исследовании наиболее информативным
маркером не только выживаемости, но и частоты повторных госпитализаций больных по поводу обострения СН (отношение шансов 10,3; р<0,01). Использование комбинации биомаркеров NT-proBNP и более высокий уровень галектина-3 имело еще более высокую прогностическую ценность и более высокий уровень в отношении риска смерти и повторной госпитализации (отношение шансов 14.3; р<0,001) у больных с ХСН.

В исследовании H. Milting и др. [56] 55 больных в терминальной стадии СН сравнивались с 40 здоровыми пациентами. Концентрации NT-proBNP, как и уровни галектина-3, у больных с СН были выше, чем в контрольной группе (11 и 4,1 нг/мл соответственно; р<0,05). После применения в течение 30 дней аппарата механической поддержки левого желудочка наблюдалось снижение уровня NT-proBNP
плазмы, в то время как уровень галектина-3 оставался повышенным, как и уровни других биомаркеров: тканевого ингибитора металлопротеиназ I (TIMP-1), тенасцина С (TNC), остеопонтина (OPN). Однако у больных, которые находились на аппарате вспомогательного кровообращенияи умерли от полиорганной недостаточности, не дождавшись пересадки сердца, галектин-3 в плазме крови был
существенно выше, чем у выживших пациентов.

Таким образом, галектин-3 оказался более сильным критерием прогноза развития СН, чем NT-proBNP, хотя и проигрывал ему в точности постановки диагноза ХСН. Очевидно, что их сочетанное применение с другими маркерами СН, которые уже вошли в широкую клиническую практику [57—61], значительно повысит точность прогноза для пациентов и в конечном итоге поможет в определении оптимальной тактики ведения больного с ХСН и медикаментозной терапии. В то же время не стоит забывать и о других известных биомаркерах, которые широко не используются, но имеют значение для диагностики и лечения СН [62]. Это нейрогормональные медиаторы, медиаторы повреждения кардиомиоцитов, маркеры ремоделирования, показатели системного воспаления. Иногда их комбинированная оценка дает большую информацию для постановки диагноза и прогноза у больных с СН.

Остается ряд нерешенных проблем, которые нуждаются в более детальном изучении. До сих пор не проводилось сравнительных исследований изменений концентрации галектина-3 при СН разной этиологии (дилатационной и гипертрофической кардиомиопатии, ишемической болезни сердца). Мало данных об изменении уровней галектина-3 в крови при правожелудочковой недостаточности. До настоящего времени не оценивалось влияние лекарственных препаратов (ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента, β-адреноблокаторов, антагонистов альдостерона, диуретиков), широко применяемых для лечения ОСН и обострения ХСН, на изменение концентрации
галектина-3 у больных с ХСН. Не исследована ценность галектина-3 как маркера эффективности лечения. Мало изученным остается и вопрос о возможности воздействия на продукцию галектина-3 с целью торможения процессов фиброза миокарда и ремоделирования сердца.

Таким образом, проведенные исследования доказали важную роль галектина-3 в процессах формирования фиброза и ремоделирования сердца, в развитии и прогрессировании СН. В клинических условиях он зарекомендовал себя как ценный маркер прогноза исхода у больных с ХСН, в то
же время уступив в точности диагностики ОСН эталонному биомаркеру NT-proBNP. В настоящее время мы стоим лишь в начале пути исследования галектина-3 у больных с ХСН, что требует дальнейшего изучения роли данного пептида при этой тяжелой патологии.