Атеросклероз — патологический процесс, грозным осложнением которого является некроз ткани, кровоcнабжаемой через пораженный сосуд. Один из основных компенсаторных механизмов кровоснабжения ишемизированного органа — коллатеральное кровообращение, обеспечивающее природные обходные пути кровотока. Несмотря на развитие новых технологий восстановления кровотока через пораженный сосуд у больных ишемической болезнью сердца — ИБС (коронарное шунтирование, ангиопластика), примерно у каждого пятого пациента их выполнение невозможно, а смертность, связанная с этим заболеванием, остается очень высокой. Так, по данным Федеральной службы государственной статистики РФ, в 2010 г. на ИБС приходилось 29,5% (n=597 921) от общей смертности среди российского населения [1]. По данным Фрамингемского исследования, у 52,2% мужчин и у 36,1% женщин ИБС впервые проявляется острым инфарктом миокарда (ИМ) [2], размер которого, а также тяжесть осложнений при острой окклюзии коронарной артерии (КА) зависят в том числе от состояния коллатерального кровотока [3—6].
Эффективность коллатерального кровотока в ишемизированных участках миокарда весьма индивидуальна [7—9]. Изучение значимости патофизиологических процессов и усовершенствование способов оценки коронарного коллатерального кровотока важны для поиска факторов, воздействуя на которые, можно было бы повлиять на прогноз и качество жизни больных ИБС. В настоящее время в формировании сосудистой сети ведущая роль отводится А-фактору роста эндотелия сосудов (VEGF-А); начато изучение роли VEGF-А и полиморфизма кодирующего его гена [10—15].
Клиническое значение коллатерального кровотока
Более 200 лет назад Геберден описал больного, который почти полностью избавился от стенокардии за счет ежедневных интенсивных физических нагрузок [16]. J. Herrick (1912) в статье о внезапной окклюзии КА ссылается на работу, в которой показана разница между зоной кровоснабжения перевязываемых в эксперименте артерий и реальной зоной развивающегося после этого некроза [17]. L. Hamman (1924) одним из первых описал сочетание окклюзии КА и наличия коллатеральных артерий, обнаруженное на аутопсии лиц, не имевших при жизни клинических признаков заболевания сердца [18]. Доскональное изучение взаимосвязи размера зоны некроза и особенностей строения сети КА, проведенное W. Fulton (1963), подтвердило важную роль коллатерального кровотока [3].
В последние 50 лет проведен ряд исследований, продемонстрировавших тесную связь состояния коллатерального кровотока с прогнозом у больных ИБС. Так, у пациентов с неэффективным тромболизисом наличие коллатеральных сосудов на момент начала ИМ ассоциировано с меньшим размером инфаркта и более высокой фракцией выброса левого желудочка (ЛЖ) к моменту выписки из стационара [19]. M. Billinger и соавт. регистрировали частоту развития основных сердечно-сосудистых осложнений (смерть, ИМ, нестабильная стенокардия) в течение 94 нед после ангиопластики у 403 больных со стабильной формой ИБС [20]. Во время процедуры реваскуляризации проводилась оценка состояния коллатерального кровотока методом подсчета индекса коллатерального кровотока по скорости или по давлению, для чего дистально от баллона, раздуваемого в области стеноза, регистрировали скорость кровотока или давление заклинивания, которые зависят от функционального состояния коллатерального кровотока [21—26]. Частота развития основных сердечно-сосудистых осложнений в группе больных с плохо развитой коллатеральной сетью оказалась статистически значимо выше, чем в группе с хорошо развитыми коллатералями (9 и 2,2% соответственно; р=0,01). Частота развития ИМ в первой группе также оказалась значимо выше (4,1% и 0 соответственно; р=0,02).
В целом выживаемость пациентов с ИБС существенно зависит от состояния коллатерального кровотока. Так, P. Meier и соавт. оценивали 10-летнюю выживаемость 845 больных ИБС в зависимости от исходного состояния коллатерального кровотока [7]. Через 10 лет выживаемость в группе с хорошо развитыми коллатералями оказалась статистически значимо выше (89%), чем в группе с плохо развитыми коллатералями (71%; р=0,04). Такие результаты P. Meier и соавт. объясняют вкладом коллатерального кровотока в сохранение перфузии миокарда при острой окклюзии КА. J.F. Hansen и соавт. изучили естественное течение ИБС в зависимости от наличия коллатеральных артерий [27]. Из 300 пациентов, которым была проведена коронарография (КГ), у 35% выявлены хорошо развитые коллатеральные артерии, причем у 94% из них имелась окклюзия КА. За последующие после КГ 10 лет в живых остались 51,1% больных из группы с хорошо развитыми коллатералями и 34,5% из группы с плохо развитыми коллатералями, хотя данные различия не достигали статистической значимости.
В литературе описано несколько десятков случаев хронической окклюзии ствола левой КА, при которой больные оставались в живых за счет развитых межсистемных коллатералей [28, 29]. Это предположение подтверждается выраженным ростом фракции выброса после успешной реваскуляризации [28], что косвенно свидетельствует о сохранении «спящего» миокарда в условиях хорошо развитого коллатерального кровотока.
Сократимость и диастолическая функция левого желудочка у больных ИБС также связаны с состоянием коллатерального кровотока [29]. Недостаточное кровоcнабжение миокарда по коллатералям ассоциировано с нарушением локальной сократимости, окислительного метаболизма и ростом потребления глюкозы [30]. В мета-анализе 12 исследований у 6529 больных ИБС, которым была проведена КГ с оценкой состояния коллатерального кровотока, различия по общей смертности между группами с хорошо и плохо развитыми коронарными коллатералями достигли 36% (р=0,012) [31].
Состояние коллатерального кровотока влияет и на результаты проб на переносимость физической нагрузки. Так, у больных с поражением одного сосуда и стенозом КА более 90% дефекты перфузии, выявленные методом сцинтиграфии с нагрузкой, оказались более распространенными и чаще обнаруживались в ассоциации с плохо развитыми коллатералями [32].
Таким образом, большое число исследований свидетельствует о возможной защитной роли коронарного коллатерального кровотока у больных ИБС, которая заключается в снижении частоты развития ИМ, ограничении его размеров, сохранении систолической и диастолической функций, увеличении продолжительности жизни у больных с хорошо развитым коллатеральным кровотоком. Это делает актуальным изучение факторов, ассоциированных с развитием коллатерального кровотока, и способов влияния на него.
Коллатеральный кровоток: основные механизмы формирования
В литературе при описании образования новых сосудов нередко приходится встречаться с тремя терминами: «васкулогенез», «ангиогенез» и «артериогенез» [33]. Следует подчеркнуть, что они не являются синонимами, но относятся к 3 разным морфофизиологическим процессам и отражают разные аспекты развития сосудистого русла. В то же время это деление в определенной степени условно, так как все процессы имеют общие черты и нередко протекают одновременно. Кроме того, термин «ангиогенез» зачастую используется как собирательный, обозначая любые процессы образования сосудов.
1. Васкулогенез — процесс образования сосудов de novo, отличительной особенностью которого является дифференцировка мезодермальных клеток в ангиобласты и затем в эндотелиальные клетки, выстилающие стенки примитивных сосудов [34]. Изначально васкулогенез играет важную роль в эмбриональном развитии, однако в последние 10 лет появились убедительные данные, что он происходит и во взрослом организме [35].
2. Рост сосудов из уже существующей сосудистой сети носит название ангиогенеза и заключается в разрастании сосудов, сформированных в результате васкулогенеза, за счет миграции и пролиферации эндотелиальных клеток [36]. Локальное выделение факторов роста и медиаторов воспаления после повреждения тканей и при ишемии ведет к вазодилатации, повышению проницаемости сосудистой стенки, накоплению в ней моноцитов и макрофагов [37, 38]. Клетки воспаления высвобождают большой спектр факторов роста, медиаторов воспаления, а также металлопротеиназ, расщепляющих окружающее внеклеточное вещество и базальную мембрану основного сосуда. Гипоксия ведет к сенсибилизации эндотелиальных клеток, к хемотаксическим и пролиферативным эффектам различных факторов роста за счет увеличения плотности рецепторов к ним на поверхности клеток [39]. Расположенные рядом эндотелиальные клетки теряют межклеточные контакты и контакты с базальной мембраной, разобщаются, после чего происходят их миграция и последующая пролиферация с формированием просвета сосудов-ответвлений. В зависимости от величины формирующегося сосуда, в процессе принимают участие перициты при формировании капилляров или гладкие мышечные клетки (ГМК) при формировании более крупных сосудов.
Ангиогенез происходит как в эмбриональном периоде, так и во взрослом организме, например, при заживлении ран, в эндометрии во время менструального цикла, в периинфарктной зоне и при ремоделировании тканей. Кроме того, ангиогенез играет важную роль в патогенезе таких патологических состояний, как пролиферативная ретинопатия, рост и метастазирование опухолей, а также формирование атеросклеротических бляшек и псориатических изменений [40].
3. Артериогенез — процесс развития сосудистой системы, заключающийся в трансформации изначально существующей коллатеральной сети артериол в коллатеральные артерии. Более 50 лет назад было показано, что в здоровом сердце существует разветвленная сеть коллатералей [41, 42]. Артериолы, из которых состоит данная сеть, формируются в эмбриональном периоде развития [43—45], проходя этапы васкуло- и ангиогенеза, однако в связи с особенностями распределения кровотока дальнейшего увеличения их диаметра не происходит [46]. При возникновении препятствия для кровотока (гемодинамически значимый стеноз, окклюзия) происходит перераспределение кровотока в сторону артериол, что сопровождается увеличением их диаметра и последующей трансформацией в артерии. K. Wustmann и соавт. выполнили исследование на 100 добровольцах с интактными КА: им проводили минутное раздувание баллона в КА с определением состояния коллатералей, при этом у 22 подопытных отмечено появление эффективного коллатерального кровотока [47]. Подобное немедленное раскрытие предсуществующих коллатералей оказалось возможным лишь в . случаев. Функциональное значение коллатеральных артерий в сохранении кровоснабжения миокарда после тотальной или субтотальной окклюзии КА существенно выше, чем капилляров, образованных de novo на границе с зоной ишемии в процессе ангиогенеза.
Основная движущая сила артериогенеза при раскрытии коллатералей — возникающая при выраженном стенозе или окклюзии разница давления между постстенотическим/постокклюзионным сегментом КА и давлением в остальном коронарном русле. Нарастающий градиент давления ведет к перераспределению кровотока в сторону артериол, росту давления и напряжения сдвига [48].
Артериогенез — сложный многоступенчатый процесс, который принято делить на 4 фазы. Во время первой, так называемой латентной, фазы артериогенеза под действием напряжения сдвига и повышенного давления происходит изменение фенотипа эндотелиальных клеток на «синтетический», а ГМК — с «сократительного» на «пролиферативный» соответственно. Эта фаза длится около 48 ч и сопровождается увеличением экспрессии некоторых хемокинов, молекул адгезии и факторов роста. Наиболее вероятный механизм изменения фенотипа эндотелиальных клеток — активация механорецепторов под действием напряжения сдвига, что ведет к передаче внеклеточного физического сигнала внутрь клетки. Известны два типа таких рецепторов: чувствительные к растяжению калиевые каналы [49, 50] и кратковременно фосфорилируемые фокальные молекулы адгезии [51]. С механорецепторов сигнал поступает в ядро клетки посредством активации факторов транскрипции, например, egr-1. Изменение фенотипа эндотелиальных клеток сопровождается активацией экспрессии генов, в частности, гена, кодирующего МСР-1 (моноцитарный хемоаттрактантный белок-1) и молекулы межклеточной адгезии (ICAM-1) [48]. Кроме того, под действием напряжения сдвига происходит рост экспрессии NO-синтазы , что увеличивает концентрацию NO и VEGF и, соответственно, ведет к дилатации сосудов и повышению проницаемости сосудистой стенки [52]. Циркулирующие в крови моноциты в течение первых двух дней прикрепляются к эндотелию коллатеральных сосудов, после чего выступают в роли основных клеток, определяющих локальную воспалительную реакцию [37]. В ходе второй стадии артериогенеза — стадии ремоделирования — активированные моноциты вырабатывают матриксные металлопротеиназы [53]. В результате происходит локальный контролируемый процесс деструкции внутренней эластичной мембраны и межклеточного матрикса, что при сохраняющемся трансмуральном давлении ведет к увеличению диаметра сосуда. Одновременно происходит резкое усиление митотической активности эндотелиальных клеток и ГМК. Формирование упорядоченного слоя ГМК, восстановление структуры и целостности внутренней эластичной мембраны и межклеточного вещества, возвращение фенотипов эндотелиальных клеток и ГМК к исходным, а также стихание воспалительного компонента артериогенеза составляют основу третьей фазы. Четвертая фаза артериогенеза заключается в сокращении числа функционирующих коллатеральных артерий за счет чрезмерной пролиферации интимы в коллатералях с наименьшим напряжением сдвига [54—57].
Таким образом, состояние коллатеральных артерий зависит как от свойств предсуществующей коллатеральной сети (сформированной в результате процессов ангиои васкулогенеза), так и от успешности артериогенеза. Иными словами, в становлении коллатерального кровотока можно выделить 2 стадии: стадию формирования предсуществующей коллатеральной сети и стадию становления эффективного коллатерального кровотока.
Далее мы подробнее остановимся на роли VEGF-А в процессах васкуло-, ангио- и артериогенеза, имеющих определяющее значение для исходного состояния коллатеральных артериол и их последующей трансформации в артерии.
Роль фактора роста эндотелия сосудов в формировании коллатерального кровотока
Фактор роста эндотелия сосудов (VEGF-A) — семейство гомодимерных сигнальных белков с молекулярной массой от 34 до 42 кДа — принимает участие во всех стадиях формирования сосудистой системы. VEGF-A и рецепторы к нему — первый сигнальный путь, активируемый во время васкулогенеза. В эксперименте на мышах показано, что градиент концентрации VEGF-A определяет миграцию клеток, несущих на своей поверхности рецепторы к VEGF 1-го и 2-го типов, по направлению к головной части эмбриона, где осуществляется первичная экспрессия VEGF-A [58]. Наиболее высок уровень VEGF-A в эмбриональных фокусах ангиогенеза [59, 60]. Роль VEGF-A в васкулогенезе продемонстрирована в эксперименте, в ходе которого эмбрионы нокаутных по VEGF-A мышей погибали на 8—9-й день внутриутробного развития из-за нарушения образования очагов гемопоэза, развития эндотелиальных клеток и образования сосудов [11]. Точно так же мыши, лишенные рецепторов 1-го типа к VEGF-A, погибают на 8—9-й день внутриутробного развития вследствие дезорганизации структуры кровеносной системы и чрезмерной пролиферации эндотелиальных клеток [12]. Для развития эмбриона крайне важен уровень VEGF, что подтверждается гибелью эмбрионов мыши на 11—12-й день внутриутробного развития при выключении одного аллеля VEGF-A [11]. Введение малых количеств VEGF-A в перепелиный эмбрион вызывает васкулогенез в тех его зонах, где обычно он отсутствует, хотя характеристики образованных таким образом сосудов отличаются от нормальных [13].
В исследованиях на нокаутных мышах показана неодинаковая значимость разных изоформ VEGF-A. Большинство мышей, экспрессирующих лишь VEGF120 (гомолог VEGF121 у человека), погибают вскоре после рождения, а выжившие умирают несколько позже в связи с развитием ишемической кардиомиопатии и полиорганной недостаточности [14]. У мышей, экспрессирующих только VEGF188 (гомолог VEGF189 у человека), отмечено нарушение развития артериол; примерно 50% таких мышей погибает при рождении [15]. Мыши, синтезирующие лишь VEGF164 (гомолог VEGF165 у человека), рождаются живыми, здоровыми и быстро приобретают новые навыки [15]. Таким образом, сопоставление этих результатов позволяет сделать вывод, что основной для адекватного развития сосудистой системы изоформой VEGF-A является VEGF165.
По-видимому, VEGF-A — важный участник артериогенеза. Показано, что он экспрессируется на поверхности эндотелиальных клеток в растущих коллатералях [61]. Кроме того, у мышей возможно угнетение артериогенеза антагонистом VEGF-A ZD4190 [62]. Хотя неопубликованные материалы А. Helisch и соавт. (2002) свидетельствуют об обратном: введение мышам с хронической окклюзией бедренной артерии растворимых рецепторов VEGF не угнетает артериогенез, однако введение больших доз VEGF в бедренную артерию проксимальнее окклюзии ведет к значительному усилению коллатерального кровотока [63].
В настоящий момент остается не до конца изученным вопрос о механизмах, посредством которых VEGF-A связан с артериогенезом. Скорее всего, увеличение экспрессии VEGF-A при артериогенезе не связано ни с гипоксией (так как напряжение кислорода в стенке артериолы высоко), ни с повышением концентрации индуцируемого гипоксией фактора-1 (HIF-1) [61, 64]. Увеличение напряжения сдвига ведет к активации эндотелиальной NO-синтазы (eNOS) и усилению экспрессии индуцибельной NOS, что и ведет к росту секреции VEGF эндотелиальными клетками. Блокада синтеза NO либо VEGF способна полностью прекратить артериогенез [61, 64]. Наиболее вероятно, что увеличение синтеза VEGF-А сопровождается ростом митотической активности эндотелиальных клеток, индуцирует синтез MCP-1 в эндотелиальных клетках и ГМК, ведет к росту проницаемости эндотелия.
Таким образом, VEGF-А играет принципиальную роль в васкуло-, ангио- и артериогенезе. От чего же зависит разница в уровне VEGF-А, наблюдаемая при одинаковом поражении коронарного русла у пациентов с различным состоянием коллатерального кровотока [65]? Скорее всего, большую часть ответов следует искать в области изучения генетики VEGF-А.
Полиморфизм гена VEGF-A
Гены белков семейства VEGF состоят из консервативной структуры, включающей 7 экзонов. Исключением является ген VEGF-A, состоящий из 8 экзонов. В результате разных вариантов альтернативного сплайсинга пре-мРНК, собранной на основе гена VEGF-A, образуется не менее 6 различных вариантов мРНК, служащих основой 6 изоформ белка VEGF-A. Они имеют аминокислотные последовательности следующей длины: 121, 145, 165, 183, 189, 206 [12]. Все мРНК несут в неизмененном виде информацию с экзонов 1—5 и 8, а все разнообразие изоформ достигается за счет альтернативного сплайсинга 6 и 7 экзонов.
На данный момент известно более 200 однонуклеотидных полиморфизмов гена VEGF-A. Наибольшее внимание к полиморфизму данного гена уделяется в онкологии, где показана связь его вариабельности с вероятностью успеха терапии препаратами, прицельно блокирующими VEGF или его рецепторы [66—68]. В офтальмологии известна ассоциация ряда полиморфимзов гена VEGF-A с тяжестью диабетической ретинопатии [69, 70] и экссудативной формы возрастной дегенерации желтого пятна [71].
Некоторые однонуклеотидные полиморфизмы связаны с уровнем продукции VEGF-А. Так, однонуклеотидный полиморфизм rs2010963 (405 позиция в мРНК) из области промотера гена коррелирует с уровнем VEGF-A, продуцируемого LPS-стимулируемыми мононуклеарными клетками периферической крови [72]. Кроме того, с достоверно (p<0,0001) более высоким уровнем продукции VEGF-A ассоциированы гаплотипы –1154 GG/–2578 CC (rs1570360/rs699947) и –1154 GG/–2578 CA [73].
Обнаружена ассоциация генетической вариабельности гена VEGF с различной частотой артериовенозных мальформаций головного мозга [74], с различной частотой изолированного дефекта межжелудочковой перегородки [75], с различной частотой и степенью выраженности коронарной ангиопатии пересаженного сердца [76]. Кроме того, существуют данные о связи вариабельности гена VEGF-A с ИБС, острым ИМ и различными клиническими исходами ИМ [77].
Несмотря на описанную выше значительную роль VEGF-A в формировании и дальнейшем развитии сосудистой системы, данных о связи вариабельности гена VEGF-A с его концентрацией и о существенном вкладе коллатерального кровотока в сохранении кровоснабжения миокарда при ИБС крайне недостаточно. Существует лишь одна работа по ассоциации однонуклеотидных полиморфизмов с состоянием коллатерального кровотока [10], в которой 393 пациента с ИБС и стенозом КА не менее 70% по результатам КГ были разделены на 2 группы в зависимости от состояния коллатерального кровотока: группа с «хорошими» коллатералями и группа с «плохими» коллатералями. Удалось установить, что состояние коллатерального кровотока ассоциировано с однонуклеотидным полиморфизмом rs2010963 (+405 C>G) и rs699947 (−2578C>A): частота +405C и −2578A была выше в группе с хорошо развитыми коллатералями (p=0,007 и p=0,005 соответственно).
Таким образом, доказана важная роль коллатерального кровообращения в сохранении ишемизированного органа, имеются экспериментальные и клинические подтверждения роли VEGF-A и связи полиморфизма гена VEGF-A с развитием кровоснабжения органов в эмбриогенезе и во взрослом организме. Надежды исследователей связаны с возможностью использования VEGF-A в качестве лекарственного средства и важного маркера степени развития коллатерального кровотока.
