Роль ферментных систем организма в развитии хронических заболеваний печени

Список сокращений:

ММП — матриксные металлопротеиназы

ТИМП — тканевые ингибиторы металлопротеиназ

PARs — протеиназоактивируемый рецептор

Pyk — кальций-кальмодулин-чувствительная тирозинкиназа

Raf-Серин/треонин-протеинкиназа

STAT — преобразователь сигнала и активатор транскрипции

ИАТИ — интер-альфа-трипсин ингибитор

TGF — трансформирующий фактор роста

ДНКаза — дезоксирибонуклеаза

LYVE — эндотелиальный рецептор лимфатических сосудов

HARE — рецептор эндоцитоза гиалуроновой кислоты

HYAL — гиалуронидаза

TMEM — трансмембранный протеин

TLR — Toll-like рецепторов

ФНО — фактор некроза опухолей

IL — интерлейкин

Группа заболеваний органов пищеварения — одна из самых многочисленных в мире наряду с заболеваниями органов дыхательной и сердечно-сосудистой систем и занимает 5-е место среди причин смерти. Хронические заболевания печени связаны как с вирусными инфекциями (гепатиты В и С), так и воздействием токсинов, злоупотреблением психоактивными веществами и алкоголем [1].

Однако, несмотря на широкую распространенность заболеваний печени, не все патогенетические механизмы процесса хронизации этих заболеваний достаточно изучены. По одной из широко распространенных точек зрения, важная роль в этом процессе принадлежит различным ферментативным активностям соединительной ткани и сыворотки крови. В последние годы разными авторами изучалась роль в развитии хронических заболеваний печени различных видов матриксных металлопротеиназ (ММП), дезоксирибонуклеазной, гиалуронидазной, трипсиноподобной и эластазной активностей, чему и посвящен данный обзор.

В процессе образования фиброзной ткани любой локализации одним из ведущих факторов является разрушение белков матрикса. В этом процессе участвуют ферменты — металлопротеиназы, синтезируемые в клетках Купфера и активированных звездчатых клетках печени [2].

ММП — группа металлозависимых ферментов, обеспечивающих разрушение и деградацию соединительной ткани [2]. Активность этой группы ферментов регулируется тканевыми ингибиторами металлопротеиназ (ТИМП), которые, блокируя их активность, предотвращают разрушение соединительнотканного матрикса. Выделяют три основные группы этих ферментов: коллагеназы, желатиназы и стромелизины. Активность ММП подавляется ТИМП [3].

В норме соотношение ММП и ТИМП обеспечивает гомеостаз соединительной ткани в различных органах путем ее образования и разрушения. Однако нарушение баланса ММП/ТИМП, например при заболеваниях печени, приводит к накоплению межклеточного матрикса и развитию фиброза [4—6].

Показано, что различные ММП играют важную роль в пролиферации клеток и их выживании, экспрессии генов, процессах воспаления у пациентов с хроническими заболеваниями печени [7]. Увеличение активностей ММП-1, -2, -9 наблюдается у пациентов с циррозом печени алкогольной и вирусной этиологии [5, 7—9].

В качестве основного профиброзного фактора рассматривается ТИМП-1. Активированные звездчатые клетки секретируют ТИМП-1 и вследствие этого играют основную роль не только в синтезе фиброзной ткани, но и разрушении матрикса. Установлено, что при алкогольной болезни печени на прецирротической и цирротической стадиях в крови повышается содержание ТИМП, что нарушает функцию как ферментов, обеспечивающих формирование соединительной ткани, так и других металлопротеиназ [4, 10—15]. Кроме того, в независимых исследованиях C. Parsons [3] и H. Attia [10] показано, что терапия антителами, направленными на ТИМП-1, приводит к снижению фиброза печени у крыс.

В различных исследованиях соотношение ММП/ТИМП, в частности ММП-1, -2, -9 и ТИМП-1, -2, рассматривается в качестве неинвазивного маркера развития цирроза печени у пациентов с хроническим гепатитом С [8, 9, 16].

Таким образом, ММП обладают различной ферментативной активностью, участвуя в разрушении коллагена, желатина, эластина, различных ферментов, в том числе a1-антитрипсина и других соединений. Нарушение баланса ММП/ТИМП приводит к нарушениям различных ферментативных активностей как в тканях, так и сыворотке крови.

Соединения, проявляющие трипсиноподобную активность (КФ 3.4.21.4), являются группой соединений, участвующих в различных регуляторных процессах в организме человека. Трипсиноподобная активность сыворотки крови преимущественно обусловлена тремя протеолитическими ферментами – тромбином, калликреином и плазмином. Данные ферменты обеспечивают функционирование системы гемостаза, калликреин-кининовой системы и системы фибринолиза, связываясь с PARs, и приводят к активации фосфолипазы C, протеинкиназы С, Pyk2, Raf1, NF-kB, STAT2, STAT3, увеличению концентрации ПГЕ2, ПГF1α и других соединений [17, 18]. Кроме того, этот процесс сопровождается повышением активности ММП [19].

Таким образом, увеличение трипсиноподобной активности сыворотки крови приводит к накоплению ММП и нарушению соотношения ММП/ТИМП, что способствует разрушению a1-антитрипсина. Дефицит a1-антитрипсина приводит к повышенному накоплению протеолитических энзимов (трипсина, химотрипсина, плазмина, тромбина, гиалуронидазы и др.) и последующему повреждению тканей, преимущественно печени и легких. Некоторые авторы [4—6] отмечают, что дефицит ингибиторов протеаз, в том числе a1-антитрипсина, является одним из факторов развития цирроза печени.

С другой стороны, повреждение клеток у пациентов с циррозом печени ведет к нарушению синтетической функции печени. Одним из проявлений нарушения синтетической функции печени является снижение выработки белковых соединений, таких как альбумин, фибриноген, протромбин, проконвертин, проакцелерин и др. [20—22]. Некоторые из этих соединений являются ферментами с трипсиноподобной активностью. Это ведет к снижению трипсиноподобной активности у пациентов с выраженным нарушением белок-синтетической функции печени, что подтверждается нашими исследованиями [23], где было выявлено значительное снижение трипсиноподобной активности у пациентов с циррозом печени по сравнению с донорской группой. В то же время у пациентов с хроническими гепатитами неспецифической этиологии уровень активности трипсиноподобных соединений превышал уровень активности в контрольной группе (р<0,001). Кроме того, нами установлены корреляции трипсиноподобной активности сыворотки крови с клиническими данными пациентов — степенью тяжести заболевания, баллами по Чайлд—Пью, наличием и выраженностью асцита, стадией порто-системной энцефалопатии. Снижение исследуемой активности взаимосвязано с показателями системы гемостаза — протромбиновым индексом и активированным частичным тромбопластиновым временем, а также уровнем сывороточного белка, что показывает на нарушение синтетической функции у пациентов с циррозом печени [23].

Известно, что накопление интер-альфа-трипсин ингибитора (ИАТИ), блокирующего трипсиноподобные протеазы, наблюдается у пациентов с вирус-гепатит В-ассоциированными заболеваниями печени, в том числе хроническим гепатитом и циррозом печени. Значительное повышение уровня ИАТИ является фактором развития гепатоцеллюлярной карциномы. При этом у пациентов, у которых развилась гепатоцеллюлярная карцинома, уровень ИАТИ снижается, что является неблагоприятным фактором выживаемости пациентов [24, 25].

L. Munoz и соавт. [26] установили, что накопление трипсиновых протеаз приводит к разрушению некоторых компонентов системы комплемента, в частности C3bi. В том случае, если количество соединений, обладающих трипсиноподобной активностью, снижается, компонент C3b накапливается, вызывая неконтролируемую активацию альтернативного пути комплемента. Как определили авторы, неконтролируемая активация системы комплемента, связанная с дефицитом трипсиноподобных соединений, наблюдается у пациентов с HBsAg-положительными хроническими заболеваниями печени и первичным билиарным циррозом.

A. Dzygal и соавт. [27] изучали трипсиноподобную активность в экспериментальных моделях инициации цирроза печени на лабораторных животных. Было показано увеличение трипсиноподобной активности в течение первых 7 дней после острого повреждения печени, с пиком на 7-й день.

И.И. Генераловым и соавт. [28—30] была исследована трипсиноподобная активность иммуноглобулинов у пациентов, страдающих вирусными гепатитами, в сравнении с абзимной активностью в группе доноров. Трипсиноподобная активность антител у пациентов с вирусными гепатитами В и С значительно превышала уровень контрольной группы.

Таким образом, увеличение количества трипсиноподобных соединений сыворотки крови у пациентов с хроническими заболеваниями печени может быть связано с высокой активностью воспалительного процесса и наблюдается у пациентов с хроническими гепатитами различной этиологии. Ключевым механизмом действия данных соединений является регуляция провоспалительных цитокинов и соотношения ММП/ТИМП. Снижение трипсиноподобной активности наблюдается главным образом у пациентов с циррозом печени, вероятно, за счет снижения выработки белковых соединений печенью.

Эластаза является ферментом, разрушающим эластин при различных физиологических и патологических процессах. Так, панкреатическая эластаза участвует в переваривании пищи, лейкоцитарная (главным образом нейтрофильная) эластаза (КФ 3.4.21.37) играет важную роль в обновлении соединительной ткани, путем деградации матриксных белков — эластина, коллагена, фибронектина, ламинина и протеогликанов, а также уничтожении микроорганизмов [31]. Но при этом соединения, обладающие эластазной активностью, участвуют в развитии муковисцидоза, эмифиземы легких, атеросклероза [32—34]. Нейтрофильную эластазу считают маркером хронических и острых воспалительных заболеваний, это показатель секреторной дегрануляции и активации нейтрофильных лейкоцитов. Кроме того, изучается возможность использования эластазной активности для оценки прогноза возникновения дыхательной дисфункции, полиорганной недостаточности, тромбогеморрагических осложнений, при перитонитах и сепсисе [32].

Установлено, что нейтрофильная эластаза приводит к активации ММП, ремоделированию соединительной ткани и включению механизмов иммунной резистентности [35, 36]. Нейтрофильная эластаза оказывает индуцирующее влияние на продукцию IL-6, -8, колониестимулирующих факторов. При этом фермент участвует в протеолизе провоспалительных цитокинов IL-1β, -2, -6, ФНО-α [33]. Таким образом, нейтрофильная эластаза является регулятором в поддержании активности про- и противовоспалительных цитокинов.

Деградация белков межклеточного матрикса является частью прогрессирования фиброзного процесса [37]. Посредством ММП эластаза участвует в повышении активности трансформирующего фактора роста β (TGF-β) [5, 37]. Это приводит к накоплению ММП-1, -2, -3, -9, блокированию процесса апоптоза звездчатых клеток, образованию фибробластов и накоплению соединений внеклеточного матрикса. При этом происходит развитие фиброзной ткани и цирроза [38, 39].

Увеличение активности нейтрофильной эластазы влияет на активацию протеиназоактивируемых рецепторов (РARs). Это приводит к запуску синтеза транскрипционных факторов репарации соединительной ткани через реципрокные взаимодействия между TGF-β и сигнальными путями EGFR/MEK/ ERK, что также является важным фактором развития фиброза тканей [40, 41].

Ингибирование активности нейтрофильной эластазы происходит под действием ТИМП, в том числе a1-антитрипсина. При увеличении количества эластазы стимулируется выделение ее ингибиторов, что предотвращает повреждение тканей органов-мишеней [42, 43]. Нарушение соотношения нейтрофильной эластазы и ее ингибиторов в тканях, наблюдающееся при увеличении выработки эластазы нейтрофилами, снижении количества ее ингибиторов или одновременно двух факторах, является важным механизмом в перестройке соединительнотканного матрикса при различных патологиях [43].

Е.В. Белобородова и соавт. [44] показали взаимосвязь процесса фиброза печени от уровня активности нейтрофильной эластазы у пациентов с хроническим гепатитом. Прогрессирование фиброза печени у таких пациентов происходит на фоне высокой активности нейтрофильной эластазы, при этом авторами не было выявлено зависимости от стадии хронизации процесса. Кроме того, было установлено, что у пациентов с тяжелым фиброзом печени (III, IV стадии) эластазная активность плазмы крови достоверно ниже, чем у пациентов с начальными стадиями, однако уровень активности оставался выше относительно уровня контрольной группы.

А.М. Эфендиев и соавт. [45] исследовали роль иммунного статуса и эндогенных антимикробных пептидов в патогенезе хронического гепатита С. У пациентов с хроническим вирусным гепатитом были обнаружены высокие уровни α-дефензинов и нейтрофильной эластазы, связанные с нарушением Т-клеточного звена иммунитета. Кроме того, авторами было установлено значительное повышение активности эластазы у пациентов с сопутствующей пневмонией. При снижении уровня ингибиторов протеаз у пациентов с хроническим гепатитом нейтрофильная эластаза способствует поддержанию воспаления, разрушая при этом компоненты системы комплемента и иммуноглобулины.

Нашими предварительными исследованиями [46] было показано, что уровень активности нейтрофильной эластазы сыворотки крови пациентов с хроническими заболеваниями печени с высокой степенью достоверности выше, чем у практически здоровых лиц. При этом различий в уровнях эластазной активности сыворотки крови пациентов с циррозом печени и хроническим гепатитом выявлено не было (p>0,05).

Высокие уровни нейтрофильной эластазы у пациентов с хроническими заболеваниями печени отражают вовлеченность в иммунный ответ факторов неспецифической резистентности организма человека, что может иметь значение для диагностики и, возможно, лечения пациентов данной группы.

Таким образом, высокая активность нейтрофильной эластазы способствует поддержанию и хронизации воспаления, и в то же время повреждению тканей у пациентов с хроническими заболеваниями печени. Нарушение соотношения нетрофильной эластазы и ее ингибиторов в сторону повышения активности фермента приводит к деградации и ремоделированию соединительной ткани и наблюдается у пациентов с хроническими гепатитами и циррозом печени.

Дезоксирибонуклеазная активность — одна из наиболее изученных ферментативных активностей. Нуклеиновые кислоты разрушаются дезоксирибонуклеазами (ДНКазами) с участием двухвалентного металла (Mg, Ca, Zn) в качестве электрофильного катализатора [47—50]. Хроническое воспаление тесно связано с образованием свободных радикалов кислорода, которые вызывают повреждение клеток и дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК). Поврежденная ДНК разрушается под воздействием ДНКаз. Этот процесс тесно связан с образованием фиброзной ткани [51—54].

Дезоксирибонуклеазы в организме человека представлены различными соединениями. Основными из них являются ДНКаза I (КФ 3.1.21) и ДНКаза II (КФ 3.1.22). Кроме того, нуклеазную активность проявляют фосфодиэстераза I, лактоферрин, иммуноглобулины и др. [55].

Дезоксирибонуклеазная активность широко изучалась у пациентов с вирусными гепатитами [28—30, 56]. По данным И.И. Генералова и соавт. [28—30], при вирусных гепатитах В и С наблюдается высокий уровень ДНК активности сыворотки крови и иммуноглобулинов по сравнению с донорами. Имеется обратная зависимость между уровнем абзимной активности и степенью поражений внутренних органов, особенно почек и печени. Как предполагают авторы, при вирусных гепатитах после начала патологического процесса происходит компенсаторное увеличение уровня антител с каталитической активностью, что приводит к гидролизу вирусной ДНК. А.Г. Барановский и соавт. [47, 56] также показали высокий уровень нуклеазной активности у пациентов, страдающих вирусными гепатитами. При этом пациенты с вирусными гепатитами продемонстрировали наиболее высокий уровень активности иммуноглобулинов, по сравнению с пациентами с аутоиммунной патологией и донорами.

R. Sacco и соавт. [57] установили, что увеличение активности каспаза-активируемой ДНК совместно с другими факторами, такими как фактор некроза опухолей, цитохром С-оксидаза, играет важную роль в регуляции апоптотической гибели клеток. Дисрегуляция процесса апоптоза, обусловленная ингибированием генов данных факторов, играет важную роль в развитии аутоиммунного гепатита, фульминантного гепатита и гепатоцеллюлярной карциномы. Кроме того, ингибирование нуклеазной активности рассматривается в качестве одного из факторов хронизации инфекции, вызванной вирусом гепатита С.

Кроме того, нуклеазы рассматриваются в качестве одной из целевых точек в противовирусной терапии гепатита В и С. Показано, что цинксвязанные нуклеазы способны разрушать ДНК вируса гепатита В и РНК вируса гепатита С, что может иметь важное значение в терапии пациентов, страдающих вирусными гепатитами [58, 59].

Из изложенного выше следует, что высвобождение дезоксирибонуклеазной активности может быть одним из маркеров поражения гепатоцитов, активации механизмов противовирусного иммунитета и регуляции процесса апоптоза у пациентов с хроническими заболеваниями печени.

Гиалуроновая кислота является высокомолекулярным гликозаминогликаном, продуцируемым на поверхности клеток и выделяемым в межклеточное вещество. Гиалуроновая кислота играет значимую роль в развитии архитектуры тканей, клеточной пролиферации, сигнальных реакций цитоплазматической мембраны и воспалении [59].

Обмен гиалуроновой кислоты в печени происходит под воздействием ферментов — гиалуронидаз (КФ 3.2.1.35, 3.2.1.36). Деградация данного соединения происходит преимущественно в лизосомах тканей или печени. Гиалуроновая кислота из тканей транспортируется лимфатической системой в лимфатические узлы или кровью в печень, где захватывается специфическими рецепторами LYVE-1 и HARE [59—61].

Крупные молекулы, попадая в межклеточное вещество, разрушаются мембран-ассоциированными гиалуронидазами HYAL2 и трансмембранным протеином TMEM2 до более мелких фрагментов, способных проникнуть внутрь клетки путем эндоцитоза. Дальнейшая деполимеризация происходит лизосомальной гиалуронидазой HYAL1, а также эндогликозидазами β-глюкуронидазой и β-N-ацетилглюкаминидазой до моносахаридов [59, 62].

Процесс деполимеризации гиалуроновой кислоты играет важнейшую роль в обновлении и ремоделировании поврежденных тканей. Кроме того, фрагменты, образующиеся при деградации этого соединения, стимулируют иммунные клетки путем активации Toll-like рецепторов (TLR) TLR4 и TLR2 моноцитов/макрофагов и дендритных клеток. Это приводит к экспрессии генов провоспалительных цитокинов и факторов, таких как ФНО-α, IL-12, IL-1β и ММП [63—65]. Взаимодействие гиалуроновой кислоты с сигнальными рецепторами обеспечивает восстановление тканей после повреждения. С одной стороны, этот процесс обеспечивает восстановление соединительной ткани, с другой — поддержание хронического воспаления. Таким образом, гиалуроновая кислота и гиалуронидазы рассматриваются как неинфекционный фактор повреждения и репарации тканей [66—68].

Продукты обмена гиалуроновой кислоты путем активации провоспалительных медиаторов приводят к активации ангиогенеза [69, 70].

Высокий уровень гиалуроновой кислоты сыворотки крови был обнаружен у пациентов с тяжелыми воспалительными заболеваниями, такими как болезнь Крона, бронхиальная астма, ревматоидный артрит [68].

В норме гиалуроновая кислота быстро удаляется из кровотока клетками печени. При циррозе печени имеется нарушение данного процесса, что приводит к увеличению уровня гиалуроновой кислоты. Сывороточный уровень этого соединения используется для оценки степени фиброза печени, дифференциальной диагностики цирроза печени с другими формами ее поражения. У пациентов с алкогольными гепатитами и первичным билиарным циррозом наблюдается увеличение уровня гиалуроновой кислоты. Кроме того, данное вещество является ранним маркером токсического поражения печени [59, 68].

Уровень гиалуроновой кислоты и гиалуронидазная активность сыворотки крови рассматриваются в качестве неинвазивных маркеров фиброза печени, тесно ассоциированных с тяжестью фиброза печени [71]. Высокое сывороточное содержание гиалуроновой кислоты указывает на тяжелые стадии фиброза и цирроза печени у пациентов с вирусным гепатитом С [72, 73].

Высокий уровень гиалуронидазной активности сыворотки крови и иммуноглобулинов был отмечен у пациентов с вирусными гепатитами [28—30]. Нами изучалась гиалуронидазная активность сыворотки крови у пациентов с циррозом печени [74]: титр сыворотки, в котором определялась гиалуронидазная активность методом риванолового сгустка, в 2—4 раза превышал титр в группе доноров (p<0,001). Такие изменения могут быть обусловлены нарушением процесса деградации гиалуроновой кислоты, лизисом клеток печени и высвобождением лизосомальных ферментов у данной группы пациентов. Этот процесс может иметь важную роль в поддержании хронического воспаления и фиброза печени. Кроме того, нами установлено, что у пациентов, страдающих циррозом печени, в процессе лечения на 7-е сутки происходит снижение активности гиалуронидазы (р<0,05). В то же время уровень гиалуронидазной активности, несмотря на проводимую терапию, достоверно выше, чем у доноров (р<0,05) [74].

Увеличение активности гиалуронидаз и соответственно процесса деполимеризации гиалуроновой кислоты является важным механизмом стимуляции провоспалительных цитокинов и ММП. При этом накопление данных соединений приводит к ремоделированию соединительной ткани, являясь важным звеном в поддержании хронического воспаления и образования фиброзной ткани у пациентов с хроническими заболеваниями печени.

Исходя из изложенного выше, различные виды ферментативных активностей соединительной ткани и сыворотки крови играют существенную роль в развитии фиброзной ткани и поддержании воспаления у пациентов с хроническими заболеваниями печени. Важными механизмами действия для предложенных ферментных систем является включение, поддержание активности ММП и факторов иммунного ответа, таких как ФНО-α, TGF-β и др., а также блокирование их тканевых ингибиторов.

Увеличение активности ММП при снижении количества тканевых ингибиторов ММП у пациентов с хроническими заболеваниями печени приводит к разрушению коллагена, эластина, различных белков, в том числе a1-антитрипсина и других соединений. Кроме того, нарушение соотношения ММП и ТИМП стимулирует выработку различных ферментов сыворотки крови и соединительнотканного матрикса.

Увеличение количества трипсиноподобных соединений сыворотки крови, наблюдаемое у пациентов с хроническими гепатитами различной этиологии, отражает активность воспалительного процесса, усиливает дисбаланс ММП/ТИМП и приводит к выработке провоспалительных цитокинов. Уменьшение трипсиноподобной активности у пациентов с циррозом печени, вероятно, развивается при снижении белоксинтетической функции печени.

У пациентов с хроническими заболеваниями печени несомненно вовлечение в процесс воспаления факторов неспецифической резистентности организма, в том числе и нейтрофильной эластазы. Участвуя в регуляции соотношения про- и противовоспалительных цитокинов, ММП и их ингибиторов, нейтрофильная эластаза является важным ферментом деградации и ремоделирования соединительной ткани. У пациентов с хроническими гепатитами и циррозом печени различной этиологии наблюдается увеличение эластазной активности сыворотки крови.

Высвобождение дезоксирибонуклеазы является одним из маркеров поражения гепатоцитов, активации механизмов противовирусного иммунитета и регуляции процесса апоптоза у пациентов с хроническими заболеваниями печени.

В процессе образования соединительной ткани в печени важным механизмом является деполимеризация гиалуроновой кислоты под влиянием гиалуронидаз. Увеличение активности гиалуронидаз стимулирует выработку провоспалительных цитокинов и ММП, таким образом поддерживая хроническое воспаление. У пациентов с хроническими гепатитами и циррозом печени установлен высокий уровень гиалуронидазной активности и гиалуроновой кислоты в сыворотке крови.

Таким образом, в патогенезе хронических заболеваний печени важными звеньями являются изменение различных ферментативных активностей сыворотки крови, нарушение соотношения ММП и их ингибиторов, что приводит к поддержанию хронического воспаления и образованию фиброзной ткани.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

*e-mail: Prslava92@gmail.com;
https://orcid.org/0000-0003-1097-918X