Молекулярные механизмы развития варикозной болезни нижних конечностей

Варикозная болезнь нижних конечностей (ВБНК) является самой распространенной патологией периферических сосудов. Заболевание характеризуется первичной варикозной трансформацией подкожных вен с развитием синдрома хронической венозной недостаточности [1]. Внешне ВБНК проявляется наличием расширенных извитых вен в виде узловатых бугорков под кожей. Cо временем развивается отек, на поздних стадиях присоединяется гиперпигментация, липодерматосклероз и трофические язвы. Морфологические изменения вен при ВБНК представлены чередованием зон атрофии и гипертрофии и затрагивают все три анатомических слоя сосуда. В атрофированных сегментах снижено количество клеточных элементов, компонентов внеклеточного матрикса и питающих сосудов, в то время как в участках гипертрофии наблюдается обратная картина [2]. Гипертрофия интимы происходит за счет инфильтрации гладкомышечных клеток и депонирования коллагена. Помимо этих изменений, может нарушаться непрерывность эндотелиальной выстилки вследствие повреждения и десквамации клеток [2—4]. В гипертрофированной средней оболочке наблюдаются пролиферация и дедифференцировка гладкомышечных клеток и окружение их большим количеством внеклеточного матрикса. При этом пространственная организация мышечных пучков и коллагеновых волокон грубо нарушена [2, 5, 6]. Отмечается увеличение числа питающих сосудов и скопление вокруг них тучных клеток [2]. В адвентициальной оболочке увеличено число фибробластов и гладкомышечных клеток и, как и в других гипертрофированных оболочках, нарушена архитектоника коллагеновых волокон [4, 5, 7]. В стенке варикозно-измененных вен и паравазальной клетчатке может выявляться мелкоочаговая лимфоидная инфильтрация [8]. Часто обнаруживаются фрагментация эластических волокон и разрушение эластической мембраны, а также снижение общего содержания эластина [5, 9, 10]. Нарушен баланс синтеза коллагена: продукция коллагена I типа, ответственного за механическую прочность и ригидность, повышена, в то время как продукция коллагена III типа, придающего ткани эластичность, напротив, снижена, что приводит к ослаблению стенки вены и создает условия для пространственной деформации [5, 10]. Исследование протеома варикозных вен показало, что, помимо избыточной наработки коллагена I типа, снижается количество коллагенсвязывающих белков и малых лейцин-богатых протеогликанов, необходимых для сборки и правильного расположения коллагеновых волокон [11]. Изменено соотношение и других компонентов внеклеточного матрикса, в том числе ламининов, аггрекана и фибронектина [5, 11].

Механизм развития ВБНК в настоящее время до конца не понятен. Установлено, что важную роль в патогенезе ВБНК и ее осложнениях играют изменения гемодинамики, возникающие вследствие нарушения венозного оттока. Снижение ламинарной скорости кровотока и застой крови уменьшают касательное напряжение и вызывают перерастяжение стенки сосуда. Эти изменения, а также связанная с ними гипоксия способны запустить каскад биохимических процессов, способствующих варикозной трансформации [5, 10, 12]. При этом снижение тонуса вен способствует венозному стазу, а стаз, в свою очередь, провоцирует дальнейшую деформацию сосуда — явление порочного круга, где нарушения взаимно усугубляют друг друга. Ранее считалось, что основой патологического цикла является недостаточность венозных клапанов и рефлюкс. Тем не менее данные ультразвуковых и гистологических исследований опровергли эти представления. Дефекты клапанов действительно могут в некоторых случаях предшествовать развитию ВБНК, но, как правило, эта патология вторична по отношению к изменениям в венозной стенке [5, 7, 10]. Встает вопрос, каким образом возникают эти изменения, поскольку на начальных этапах заболевания венозный отток может быть еще не нарушен. Вычленить инициирующее событие — трудная задача, так как к моменту клинических проявлений ВБНК стенка вены уже изменена. Возможно, варикозная трансформация является патологическим ответом на естественные нагрузки — например, перепад давления при подъеме из положения лежа. Сниженная способность противостоять стрессовым воздействиям может быть обусловлена генетическими факторами, вклад которых в развитие ВБНК не вызывает сомнений [13]. В пользу этой теории свидетельствует, что внешними факторами риска ВБНК являются состояния, способствующие снижению оттока венозной крови либо влияющие на состав соединительной ткани, — беременность, ожирение, пожилой возраст, малоподвижный образ жизни, продолжительные статические нагрузки в вертикальном положении и др. [10]. Таким образом, сочетанное влияние внешних провоцирующих факторов и генетических особенностей может с течением времени приводить к состоянию, при котором нарушения гемодинамики носят уже хронический характер. Тем не менее это лишь одна из теорий. Не исключено, что первичные изменения в стенке сосуда вызваны каким-то внутренним процессом, который еще предстоит установить.

Ниже будут рассмотрены механизмы влияния гемодинамических нарушений на патологические процессы, наблюдаемые при варикозной трансформации (см. рисунок).

Растяжение венозной стенки и генная экспрессия. В ответ на хроническую деформацию сосудистой стенки и застой крови в ее клетках происходит индукция экспрессии широкого спектра генов, ответственных за клеточную пролиферацию, апоптоз и миграцию, регуляцию тонуса сосудов, деградацию и реорганизацию внеклеточного матрикса, воспаление, ангиогенез и другие процессы [14]. Путей индукции несколько. Во-первых, напряжение стенки вен улавливается механосенсорными механизмами (межклеточные контакты, сайты адгезии, интегрины, ионные каналы, рецепторные тирозинкиназы), которые активируют внутриклеточные пути сигнальной трансдукции, такие как PI3K-Akt и MAPK-ERK. Во-вторых, растяжение сосуда активирует ферментный комплекс NADPH-оксидазу на мембранах эндотелиальных и гладкомышечных клеток, что приводит к генерации активных форм кислорода, которые также являются индукторами путей передачи сигнала внутри клетки. В-третьих, застой крови вызывает гипоксию, способную активировать специфические факторы транскрипции. В конечном итоге эти события запускают работу ключевых транскрипционных факторов — AP-1, HIF-1α, HIF-2α, NF-κB и др., под контролем которых находятся десятки генов [12, 14, 15]. В частности, к таким генам относятся гены матриксных металлопротеиназ (MMP), ответственных за протеолиз компонентов внеклеточного матрикса — коллагена, эластина, протеогликанов, фибронектина, ламинина и других белков, а также их тканевые ингибиторы (TIMP). Нарушение баланса их активности провоцирует нарушение гомеостаза внеклеточного матрикса и морфологические изменения венозной стенки. В ряде исследований выявлено увеличение экспрессии MMP-1, MMP-2, MMP-3, MMP-7, MMP-9, TIMP-1 и TIMP-3 в стенке варикозных вен по сравнению с нормальной венозной стенкой [10, 16]. В то же время в других работах эта взаимосвязь не подтвердилась, что может быть связано с разной локализацией изучаемых сегментов вен. Другая группа генов — гены провоспалительных цитокинов и хемокинов, стимулирущих пролиферацию и дифференцировку B- и T-лимфоцитов (интерлейкин (IL)-6 и IL-12) и привлекающих в очаг воспаления моноциты/макрофаги, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы и лимфоциты (IL-8 и MCP-1) [17—19]. Белок-хемоаттрактант MCP-1 также способен стимулировать пролиферацию гладкомышечных клеток [20]. Еще один пример активируемых генов — ген фактора роста эндотелия сосудов (VEGF-A), экспрессия которого регулируется транскрипционными факторами AP-1 и HIF-1α. VEGF-A стимулирует экспрессию эндотелиоцитами адгезионных молекул ICAM-1, VCAM-1 и E-селектина, которые опосредуют связывание лейкоцитов с эндотелием и способствуют их проникновению в ткань [21]. Повышенное содержание VEGF-A в плазме у пациентов с ВБНК показано в исследованиях [19, 22, 23]. Эффекты этого фактора многообразны: помимо индукции синтеза адгезионных молекул VEGF-A является мощным митогеном для эндотелиальных клеток, увеличивает проницаемость сосудов [24] и регулирует экспрессию MMP и TIMP [25].

Повреждение и активация эндотелия. Особую роль в развитии ВБНК играют изменения, происходящие в эндотелиальных клетках в ответ на повреждающее действие активных форм кислорода и гипоксии. В клетках происходит стимуляция экспрессии генов вышеупомянутых молекул ICAM-1, VCAM-1 и E-селектина и их экспозиция на клеточной поверхности, провоцируя развитие воспаления. Мигрирующие сквозь стенку сосуда лейкоциты и другие клетки иммунной системы выделяют провоспалительные цитокины, а также новые порции активных форм кислорода и ММР [5, 10]. Оксидативный стресс повреждает стенку и клапаны вен, что может в конечном итоге приводить к рефлюксу и усугублять гемодинамические нарушения [26]. Хроническое воспаление лежит в основе прогрессии заболевания и возникновения трофических изменений.

Активированный эндотелий кроме адгезионных молекул выделяет ряд ростовых факторов (тромбоцитарный фактор роста PDGF и фактор роста фибробластов bFGF), стимулирующих пролиферацию и миграцию гладкомышечных клеток, а также переключение их фенотипа с сократительного на секреторный [5, 10]. Миоциты продуцируют большие количества внеклеточного матрикса и других белков, делятся и мигрируют из средней оболочки в интиму, вызывая морфологические и функциональные изменения венозной стенки.

Повреждение эндотелиальных клеток сказывается также на балансе продуцируемых ими вазоконстрикторов и вазодилататоров. В стенке варикозно- измененных вен снижено содержание рецепторов к эндотелину-1 и эндотелину-В, простациклину и ангиотензину II, что может ослаблять сократительную способность сосудов [5, 10].

Cкорость кровотока и синтез оксида азота (NO). Еще один эффект нарушения функции эндотелия связан с уменьшением касательного напряжения. В норме при достаточной скорости кровотока касательное напряжение стимулирует экспрессию и активацию эндотелиальной синтазы оксида азота (eNOS) и продукцию сигнальной молекулы NO. eNOS ингибирует пролиферацию гладкомышечных клеток, способствует их релаксации и обладает противовоспалительными свойствами [12]. Соответственно снижение активности eNOS в участках замедленного тока крови препятствует выработке NO и реализации его эффектов.

Таким образом, основные последствия нарушения гемодинамики в венах — индукция биохимических путей, ответственных за пролиферацию и миграцию клеток, ремоделинг внеклеточного матрикса, регуляцию сосудистого тонуса и воспаление.

В недавно опубликованном исследовании обнаружен еще один сигнальный путь, ассоциированный с варикозной трансформацией, — FOXC2-Dll4-Notch-Hey2 [4]. FOXC2 (forkhead box C2) — фактор транскрипции семейства forkhead, играющий важную роль в эмбриональном развитии кровеносных и лимфатических сосудов, необходимый для формирования венозных клапанов, а также участвующий в процессах ангио- и лимфангиогенеза в постнатальный период. FOXC2 контролирует экспрессию различных генов, в том числе гена артериального маркера Dll4 (Delta-like ligand 4). Dll4 является лигандом для фактора Notch. Взаимодействие этих двух белков высвобождает внутриклеточный домен Notch, который проникает в ядро клетки и активирует экспрессию гена транскрипционного фактора Hey2. Индукция пути Dll4-Notch-Hey2 является пролиферативным сигналом для гладкомышечных клеток. В стенке варикозных вен продукция FOXC2 и артериальных маркеров Dll4 и Hey2 увеличена [4, 27]. Показана также экспрессия эфрина B2, который в норме нарабатывается только в эндотелии артерий. Синтез венозных маркеров COUP-TFII и эфрина B4, напротив, снижен. Возможно, такая «артериализация» вен тоже является ответом на гемодинамические изменения и растяжение венозных стенок. Это еще предстоит выяснить в дальнейших исследованиях.

ВБНК — мультифакториальная патология, формирование которой является результатом совместного действия генетических факторов и факторов окружающей среды и образа жизни. Основа развития ВБНК — порочный круг, где патоморфологические изменения венозной стенки и клапанов являются и причиной, и следствием гемодинамических нарушений. Хроническое растяжение стенок вен, снижение скорости кровотока и гипоксия запускают каскад взаимосвязанных событий, изменяющих экспрессию генов в клетках сосудистой стенки и вызывающих повреждение эндотелия. Эндотелиальные клетки утрачивают свою регуляторную функцию, выделяют несбалансированные количества вазоактивных соединений и факторов роста и провоцируют развитие воспалительных реакций. Гладкомышечные клетки меняют фенотип с сократительного на секреторный, пролиферируют, мигрируют в соседние оболочки и активно продуцируют внеклеточный матрикс. Дисбаланс синтеза ферментов ремоделинга и белков, ответственных за упорядочивание элементов внеклеточного матрикса, приводит к нарушению его организации и изменяет свойства венозных стенок. Недавние исследования предполагают участие в патогенезе ВБНК внутриклеточного сигнального пути FOXC2-Dll4-Notch-Hey2, характерного для артерий, индукция которого, возможно, является одной из причин гипертрофии и гиперплазии гладкомышечных клеток.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 14−15−00734, тема: «Поиск генов, вовлеченных в патогенез варикозной болезни вен»), а также Сибирского отделения РАН (проект комплексной программы СО РАН, №II.2П/VI.62−5 (0309−2015−0028), тема: «Изучение роли системы ремоделирования внеклеточного матрикса и ее взаимодействия с гладкомышечными клетками в патогенезе варикозной болезни вен»).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.