Коненков В.И.

НИИ клинической и экспериментальной лимфологии Сибирского отделения РАМН, Новосибирск

Климонтов В.В.

Кафедра эндокринологии Новосибирского государственного медицинского университета

Кузнецова И.В.

Нарушения ангиогенеза и лимфангиогенеза при сахарном диабете

Журнал: Архив патологии. 2014;76(2): 55-59

Просмотров : 8

Загрузок :

Как цитировать

Коненков В. И., Климонтов В. В., Кузнецова И. В. Нарушения ангиогенеза и лимфангиогенеза при сахарном диабете. Архив патологии. 2014;76(2):55-59.

Авторы:

Коненков В.И.

НИИ клинической и экспериментальной лимфологии Сибирского отделения РАМН, Новосибирск

Все авторы (3)

В мире к 2011 г. число больных сахарным диабетом (СД) достигло 366 млн человек. В общей структуре смертности на долю СД приходится 8,2% [1]. Механизмы развития СД и его осложнений остаются предметом интенсивных исследований. В последние годы большое внимание привлекли нарушения образования кровеносных и лимфатических сосудов при СД. Растущий объем данных указывает на многочисленные аномалии формирования новых кровеносных и лимфатических сосудов при сахарном диабете. Неадекватный ангиогенез и васкулогенез рассматриваются как важный механизм в развитии диабетических сосудистых осложнений. Активация ангиогенеза в сетчатке признана краеугольным камнем пролиферативной диабетической ретинопатии. Избыточный ангиогенез в почках наблюдается на начальных стадиях диабетического поражения почек. Развитие макрососудистых осложнений, напротив, характеризуется подавлением интенсивности ангио- и васкулогенеза. Воспалительный лимфангиогенез вовлечен в развитие аутоиммунного инсулита и, возможно, воспаления жировой ткани. В то же время депрессия лимфангиогенеза может способствовать нарушению заживления трофических язв при синдроме диабетической стопы. Механизмы развития парадоксального ангиогенеза при сахарном диабете недостаточно ясны. Помимо эффекта гипергликемии и дефицита инсулина, местные межклеточные взаимодействия, ростовые факторы и цитокины могут играть важную роль в активации или ингибировании ангиогенеза в различных органах. Клеточные и молекулярные аспекты патологии ангио- и лимфангиогенеза при сахарном диабете нуждаются в дальнейших исследованиях.

Ангиогенез при СД

Образование новых кровеносных сосудов в постнатальном периоде может осуществляться как из ранее существовавших сосудов (собственно ангиогенез), так и из гемопоэтических клеток-предшественниц (васкулогенез). Ангиогенез в узком значении термина представляет собой образование новых капилляров из ранее существующих путем миграции и пролиферации дифференцированных эндотелиальных клеток. Этот процесс протекает в несколько этапов и включает активацию эндотелиальных клеток, экспрессию в них протеаз, растворение базальной мембраны, миграцию эндотелиальных клеток из стенок сосудов через периваскулярную ткань по направлению к ангиогенному стимулу, образование первичных высокопроницаемых сосудистых структур, стабилизацию и «взросление» этих структур за счет привлечения перицитов и гладкомышечных клеток. Основным стимулом к ангиогенезу при физиологических и патологических состояниях является недостаток кислорода (гипоксия или ишемия), который через индуцируемый гипоксией фактор-1 (HIF-1) индуцирует экспрессию многих ангиогенов, прежде всего фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) и его рецепторов (VEGFR-1 и VЕGFR-2). VEGF избирательно стимулирует пролиферацию и миграцию эндотелиальных клеток, их предшественников и моноцитов, увеличивает сосудистую проницаемость, способствует вазодилатации через усиление продукции оксида азота (NO) [2].

Васкулогенез - процесс образования новых сосудов de novo из гематопоэтических клеток. Важнейшую роль в васкулогенезе играют эндотелиальные прогениторные клетки (ЭПК). Данные клетки представляют собой гетерогенную популяцию, характеризующуюся экспрессией маркеров клеток гематопоэтического (CD14, CD34, CD133) и эндотелиального (VEGFR-2, CD31, CD144, фактор Виллебранда) ряда. Источниками ЭПК являются костный мозг, мезенхимальные предшественники, тканевые резидентные клетки. При возникновении ишемии или повреждении эндотелия ЭПК могут быть мобилизованы в кровоток. Стимуляторами мобилизации ЭПК выступают гранулоцитарный и гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (G-CSF и GM-CSF), VEGF, ангиопоэтин 1, эритропоэтин и другие регуляторы. Поступившие в кровоток ЭПК мигрируют в зону повреждения, накапливаются в ней и дифференцируются в эндотелиоциты. Сеть эндотелиальных клеток, создаваемая васкулогенезом, в дальнейшем служит каркасом для ангиогенеза [2, 3].

Пролиферативная диабетическая ретинопатия - классический пример патологического процесса, в основе которого лежит неадекватный ангиогенез. Избыточная пролиферация сосудов сетчатки, зрительного нерва, радужки, прорастание сосудов в стекловидное тело являются основной причиной снижения остроты зрения у больных СД. Показано, что диабетическая ретинопатия характеризуется нарушением баланса между стимуляторами и ингибиторами ангиогенеза. Ведущую роль в индукции новообразования сосудов играет гиперпродукция VEGF, вызываемая ишемией сетчатки [4]. Помимо VEGF, в развитии пролиферативной ретинопатии участвуют стромальный фактор 1 (SDF-1) [5], ангиопоэтин 2 [6], эритропоэтин [7]. Дефицит фактора роста пигментного эпителия (PEDF), ингибирующего ангиогенез, также способствует прогрессированию пролиферации [8].

В литературе обсуждается роль изменений васкулогенеза в формировании диабетической ретинопатии. Как показали иммуногистохимические исследования сосудов эпиретинальных мембран пациентов с пролиферативной ретинопатией, количество сосудов, экспрессирующих CD133, VEGFR-2, CD14 и SDF-1, а также стромальных клеток, экспрессирующих CD133, VEGFR-2 и CD14, связано с активностью неоваскуляризации [9]. Оказалось, что содержание ЭПК (CD34/CD133/CD309) в периферической крови у больных СД 1-го типа снижено на непролиферативной стадии ретинопатии и повышено у больных с активной неоваскуляризацией. Количество так называемых зрелых ЭПК (CD34/CD133/CD309/CD31) увеличено у больных с пролиферативной ретинопатией [10]. Предполагают, что нарушение трофической функции ЭПК способствует развитию дегенеративных изменений сосудов сетчатки на непролиферативной стадии диабетической ретинопатии, а избыточное количество и/или дисфункция ЭПК могут иметь отношение к неоваскуляризации сетчатки на пролиферативной стадии [11].

Начальные стадии диабетической нефропатии также характеризуются активацией ангиогенеза. В 1993 г.

W. Min и N. Yamanaka, подвергнув трехмерному анализу фрагменты почек 94 больных с диабетической нефропатией, обнаружили в области сосудистого полюса некоторых клубочков дополнительные эфферентные сосуды, анастомозирующие с ветвями приносящих артериол и перитубулярными капиллярами [12]. В дальнейшем было показано, что в одном почечном клубочке пациента с диабетической нефропатией может обнаруживаться до 18 дополнительных выносящих сосудов [13]. Феномен неоваскуляризации клубочков наблюдается при обоих типах СД, этот процесс аналогичен таковому в сетчатке и чаще встречается у больных с пролиферативной ретинопатией [14]. Степень неоваскуляризации клубочков у больных СД коррелирует с экспрессией VEGF [15]. Патогенетическое значение неоваскуляризации клубочков при СД остается дискуссионным. Возможно, она представляет собой компенсаторную реакцию на гипертрофию клубочков, экспансию мезангия, внутриклубочковую гипертензию или повышенный кровоток. В то же время структурная незрелость вновь образованных сосудов может вести к повышенной проницаемости для компонентов плазмы и увеличению альбуминурии.

Об изменениях васкулогенеза при диабетической нефропатии известно не много. Показано, что стволовые/прогениторные клетки присутствуют в почечной паренхиме и в капсуле почки [16], однако особенности их «поведения» при СД не изучены. Сообщалось, что содержание ЭПК в периферической крови у больных СД 1-го типа с микроальбуминурией достоверно ниже, чем у пациентов с нормальной экскрецией альбумина с мочой [17]. Другие авторы не обнаружили различий в количестве ЭПК между больными СД 1-го типа с нефропатией и пациентами с длительным СД 1-го типа без поражения почек [18]. Известно, что уменьшение количества и ухудшение функциональных свойств ЭПК наблюдаются при хронической почечной недостаточности даже при умеренном снижении функции почек [19].

Для макрососудистых осложнений СД характерен недостаточный ангиогенный ответ на гипоксию. Показано, что гипергликемия и связанные с ней расстройства метаболизма нарушают нормальный ангиогенез в зонах ишемии нижних конечностей, вызванной поражением крупных сосудов. Высокий уровень глюкозы снижает экспрессию рецепторов VEGF в культивируемых эндотелиальных клетках, подавляет способность этих клеток к направленной миграции и формированию сосудоподобных структур. Кроме того, избыток глюкозы уменьшает способность мезенхимальных стромальных клеток стимулировать ангиогенез через паракринную активность [20].

Важную роль в прогрессировании макроангиопатии нижних конечностей играют нарушения васкулогенеза.

У больных СД c макроангиопатией зафиксировано снижение количества циркулирующих ЭПК [21, 22]. Показана связь между снижением количества ЭПК и выраженностью нарушений периферического кровообращения. Наименьшее содержание ЭПК обнаружено у больных СД 2-го типа с ишемией нижних конечностей [21]. Наличие ретинопатии и макроангиопатии нижних конечностей оказывает разнонаправленное влияние на количество циркулирующих ЭПК больных СД 2-го типа [23]. Нарушения мобилизации, пролиферации и повышенный апоптоз ЭПК при СД ассоциированы с замедленным заживлением ран [24].

Выраженные нарушения ангио- и васкулогенеза выявлены при ишемической болезни сердца (ИБС), развивающейся на фоне СД. У больных ИБС с сопутствующим СД зафиксировано снижение экспрессии VEGF в биоптатах миокарда правого предсердия [25] и в стенке внутренней грудной артерии, используемой при аортокоронарном шунтировании [26]. В миокарде животных с экспериментальным СД обнаружено снижение экспрессии VEGF, ангиопоэтина 1 на фоне резкого повышения экспрессии ингибиторов ангиогенеза: ангиостатина и эндостатина [27]. Снижением активности ангиогенеза может объясняться известный факт нарушения коллатерального кровоснабжения миокарда у пациентов с ИБС и СД.

У больных ИБС на фоне СД 2-го типа выявлено снижение количества циркулирующих ЭПК [22, 28], прослежена обратная связь между количеством ЭПК и выраженностью коронарного атеросклероза [29], обнаружено нарушение мобилизации ЭПК в кровоток в острый период инфаркта миокарда [30]. В крови больных с диабетической макроангиопатией зафиксировано увеличение числа ЭПК, находящихся в состоянии апоптоза [31]. Показано, что высокая концентрация глюкозы снижает пролиферацию и увеличивает апоптоз культивируемых ЭПК [32]. Проапоптотическое действие оказывают и поздние продукты гликирования [33]. Ангиогенная активность ЭПК у больных СД и ИБС обратно коррелирует с уровнем гликемии [34]. Снижение ангиогенного потенциала ЭПК при СД может быть следствием уменьшения способности к пролиферации, миграции и внедрению в формирующиеся сосуды [35].

Таким образом, формирование сосудистых осложнений СД неразрывно связано с аномалиями ангиогенеза. При этом возникает весьма своеобразная ситуация, когда изменения ангиогенеза в различных сосудистых бассейнах (сетчатка глаза, почки, нижние конечности, миокард) могут носить разнонаправленный характер. По нашим данным, больные СД имеют генетические особенности регуляции ангиогенеза, которые отличают их от общей популяции и могут определять нестабильный баланс ангиогенных и антиангиогенных сигналов [36]. Очевидно, в условиях дефицита инсулина, гипергликемии и гипоксии эти особенности могут реализоваться в неадекватный ангиогенез.

В заключение следует отметить, что достижения в изучении ангиогенеза не только углубили представления о патоморфологии и патогенезе диабетических ангиопатий, но и привели к разработке принципиально новых подходов к лечению. В числе последних интравитреальное применение блокаторов VEGF при пролиферативной диабетической ретинопатии, генные и клеточные технологии «терапевтического ангиогенеза» при ИБС и синдроме диабетической стопы.

Лимфангиогенез при СД

Лимфангиогенез - процесс образования новых лимфатических сосудов - в постнатальном периоде активируется при воспалении, регенерации тканей и заживлении ран. Существенный прогресс в изучении механизмов лимфангиогенеза стал возможным благодаря идентификации молекулярных маркеров лимфатических сосудов (VEGFR-3, LYVE-1, подопланин, Prox-1, CCL-21 и др.), которые могут быть определены в образцах тканей с помощью иммуногистохимического анализа или полимеразной цепной реакции. Механизмы формирования лимфатических сосудов имеют много общего с механизмами формирования кровеносных сосудов, однако имеются определенные различия в индукторах, регуляторах и участниках двух процессов. Главными стимуляторами лимфангиогенеза признаны VEGF-C и VEGF-D, реализующие свои эффекты преимущественно через рецепторы VEGFR-3 в эндотелии лимфатических сосудов [37]. В механизмах лимфангиогенеза, индуцированного воспалением, важную роль играют макрофаги. Последние способны индуцировать лимфангиогенез посредством секреции VEGF-C, D, А, IL-1β, TNFα, SDF-1 и других регуляторов [38]. Помимо образования из ранее существовавших лимфатических капилляров, новые лимфатические сосуды в постнатальном периоде могут образовываться de novo c участием прогениторных клеток (лимфоваскулогенез).

В качестве лимфатических ЭПК рассматриваются клетки костномозгового происхождения, экспрессирующие подопланин [39].

Роль изменений лимфатической системы и лимфангиогенеза в развитии СД и его осложнений стала привлекать внимание исследователей лишь в последние годы. Установлено, что лимфатическая система поджелудочной железы включается в развитие аутоиммунного воспаления островков при СД 1-го типа. Как показали исследования на модели аутоиммунного СД у мышей линии NOD, в процессе развития воспаления эндотелиоциты лимфатических капилляров островков тесно взаимодействуют с Т-лимфоцитами и дендритными клетками, предоставляя последним возможность миграции по лимфатическим путям [40]. Продуцируя хемокины, эндотелиоциты лимфатических капилляров способствуют привлечению в островки популяций макрофагов, несущих маркеры CX3CR1 и LYVE-1. Блокада VEGFR-3 уменьшает T-клеточную инфильтрацию, выраженность воспаления островков и препятствует развитию стрептозотоцинового СД [41]. Введение ингибиторов лимфангиогенеза препятствует новообразованию лимфатических сосудов, Т-клеточной инфильтрации и увеличивает выживаемость пересаженных островков у мышей со стрептозотоциновым СД [42].

Предполагают, что нарушения лимфатического дренажа и лимфангиогенеза могут участвовать в развитии ожирения и СД 2-го типа. Лимфатическая система жировой ткани выполняет важную роль коллектора адипокинов. Показано, что концентрация секреторных продуктов жировой ткани в оттекающей от подкожной клетчатки лимфе в несколько раз выше, чем в плазме крови [43]. При ожирении лимфатический дренаж подкожной жировой ткани снижен и в отличие от лиц без ожирения не увеличивается после нагрузки глюкозой [44]. В эксперименте лимфостаз приводит к активации адипогенеза, фиброгенеза и развитию мононуклеарной инфильтрации подкожной жировой ткани [45]. В свою очередь мононуклеарная инфильтрация жировой ткани, развивающаяся при ожирении, играет важную роль в формировании инсулинорезистентности [46].

Неадекватный лимфангиогенез может являться одной из причин нарушения репарации раневых дефектов у больных СД. В эндотелиальных клетках лимфатических сосудов дермы больных СД обнаружены изменения экспрессии 180 генов, продукты которых участвуют в воспалении, транспорте липидов и малых молекул, ремоделировании лимфатических сосудов и лимфангиогенезе.

В развитии аномалий лимфангиогенеза при СД могут иметь значение паракринные взаимодействия эндотелиоцитов лимфатических сосудов и инфильтрирующих дерму макрофагов [47]. В экспериментах показано уменьшение образования кровеносных и лимфатических сосудов в ходе заживления язв у мышей линии db/db (модель СД 2-го типа). Установлено, что избыток глюкозы уменьшает экспрессию VEGF-C, VEGF-D и VEGFR-3 в макрофагах in vitro [48]. У пациентов с СД выявлено снижение экспрессии VEGFR-3 в зонах трофических язв нижних конечностей [49]. Блокада VEGFR-3 в зоне язвы тормозила интенсивность новообразования лимфатических сосудов и замедляла скорость заживления раневого дефекта у мышей линии db/db. Введение в зону язвы VEGF-C с помощью аденовируса, напротив, активировало лимфангиогенез и ускоряло заживление дефекта [50].

Изучение роли лимфатической системы и лимфангиогенеза в развитии СД и его осложнений заслуживает дальнейших исследований.

Заключение

Анализ данных литературы свидетельствует о сложных изменениях регуляции ангио- и лимфангиогенеза при СД. Активация ангиогенеза в сетчатке глаза является обязательным атрибутом пролиферативной диабетической ретинопатии, усиленный ангиогенез в почках характерен для начальных этапов нефропатии. Развитие макрососудистых осложнений СД, напротив, сопровождается подавлением интенсивности ангио- и васкулогенеза. Активация лимфангиогенеза сопровождает развитие аутоиммунного воспаления панкреатических островков и, возможно, участвует в развитии воспаления жировой ткани. В то же время недостаточный лимфангиогенез может способствовать нарушению заживления трофических поражений при синдроме диабетической стопы.

Разнонаправленные изменения ангио- и лимфангиогенеза в различных органах при СД получили название «ангиогенный парадокс». Причины его развития не вполне ясны. Помимо несомненного влияния гипергликемии и других гормональных и метаболических нарушений, которыми характеризуется СД, большое значение для развития аномалий формирования кровеносных и лимфатических сосудов имеют локальные межклеточные взаимодействия. Изучение изменений ангио- и лимфангиогенеза в различных органах при СД - перспективное направление для дальнейших исследований.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail