Атеросклероз — воспалительное заболевание, характеризующееся обширным ремоделированием архитектуры экстрацеллюлярного матрикса артериальной стенки. Матриксные металлопротеиназы (ММР) и сериновые протеазы являются активными участниками этого патологического процесса.

Катепсины относятся к семейству цистеиновых протеаз, локализующихся в лизосомах и эндосомах и функционирующих в направлении деградации нежелательных внутриклеточных или фагоцитированных протеинов. Катепсины представляют собой гетерогенную группу ферментов. На основе специфики их субстратов им были присвоены названия: катепсин A, B, C, D, E, G, H, K, L.

Катепсины играют значительную роль в ремоделировании экстрацеллюлярного матрикса. Долгое время катепсины рассматривались как факторы опухолевого роста и метастазирования, а также как важные регуляторы образования кости [1]. Однако в последнее время эти лизосомальные протеазы привлекают внимание исследователей как важные факторы развития сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) [2].

На начальных этапах атеросклеротического процесса из кровотока посредством адгезии к эндотелию привлекаются лейкоциты. Происходит их миграция через эндотелиальный слой и базальную мембрану. В процесс вовлекаются специфические молекулы адгезии и хемотаксиса, экспрессирующиеся на поверхности эндотелиоцитов.

К ним относятся молекула адгезии сосудистых клеток (VCAM-1) и макрофагальный хемоаттрактантный протеин (MCP-1) [25]. Дефицит или нарушенная функция этих молекул значительно снижают атерогенез в экспериментах на животных [6, 14]. В настоящее время нет четких указаний, какую роль играют цистеиновые протеазы в регулировании уровня MCP-1, повышении экспрессии VCAM-1 и адгезии лейкоцитов. Однако данные, полученные в эксперименте на катепсин-S-нокаутированных мышах, указывают на значительное снижение уровня этих молекул в сыворотке крови при воспроизведении у животных модели атеросклероза [41]. Таким образом, катепсин S может функционировать как ММР и высвобождать молекулы адгезии с поверхности эндотелиальных клеток [13]. В то же время катепсин S может косвенно влиять на продукцию молекул адгезии, воздействуя на γδ-Т-лимфоциты [37] — другой возможный источник продукции VCAM [22]. Однако сниженные уровни MCP-1 и VCAM-1, выявленные у катепсин S-дефицитных мышей, могут быть результатом низкого уровня липидов в крови [21] или сниженной повреждающей активности моноцитов [44] и не быть связанными с активностью катепсина S.

Адгезия и миграция моноцитов, их превращение в макрофаги играют важную роль в образовании атеросклеротической бляшки (АСБ). Эти клетки могут использовать внеклеточные цистеиновые протеазы в качестве вспомогательных инструментов миграции. В эксперименте in vitro показано, что дефицитные по катепсину S моноциты не могут мигрировать через искусственную мембрану, состоящую из гладких мышечных клеток (ГМК), коллагенов разных видов и монослоя эндотелиальных клеток [41].

L. Lindstedt и соавт. [26] предполагают важную роль катепсина К в снижении выброса холестерина (стимулирующий атеросклероз эффект катепсина К), в то время как S. Lutgens и соавт. [30] полагают, что дефицит катепсина К приводит к снижению выброса холестерина, т.е. катепсин оказывает защитное действие в отношении развития атеросклероза.

Значение катепсинов в метаболизме липидов при атеросклерозе по-прежнему остается не выясненным. Окисленные липопротеиды низкой плотности (ЛПНП) могут участвовать в формировании «пенистых» клеток и некротических или апоптотических ядер — маркеров атеросклеротического процесса у человека и животных. Выход катепсинов В и L из лизосомы в цитозоль, где они могут участвовать в апоптозе как ферменты расщепления, может приводить к формированию некротического ядра. Катепсины B и L могут активировать каспазы и запускать процесс апоптоза [11, 15], локализуясь в цитоплазме и ядре находящихся в апоптозе (каспаза 3-позитивных) макрофагов в АСБ человека [23]. Таким образом, катепсины В и L могут рассматриваться как стимуляторы атеросклероза.

В то же время ингибирование катепсина В снижает лизосомальную деградацию модифицированных ЛПНП, тем самым вызывая образование «пенистых» клеток [30]. Ингибирование катепсинов В и L защищает мононуклеарные клетки от индуцированной оксистеролом гибели клеток. Таким образом, активность окисленных ЛПНП и связанного оксистерола в АСБ может приводить к дестабилизации лизосом и высвобождению катепсинов, способствуя апоптотической гибели фагоцитирующих клеток и дальнейшему прогрессированию атеросклеротического поражения, включая формирование липидного ядра [20]. Этот проапоптотический механизм может быть применен и к другим клеткам, например к ГМК и эндотелиальным.

В настоящее время установлено, что катепсины являются непосредственными исполнителями апоптоза, в основе которого лежит протеолиз, обусловленный цистеиновыми протеазами типа каспаз, катепсинов, гранзима, калпаина [5, 20].

В частности, катепсин D является основным посредником между стимулами апоптоза и белком p53, факторами некроза опухолей и интерфероном-γ (IFN-γ). Лизосомальная дезинтеграция с выходом катепсина D в цитозоль и митохондриальная — с выходом цитохрома С считаются начальными стадиями апоптоза [43].

Способность макрофагов выделять эластолитические протеолитические протеазы предполагает, что ГМК могут использовать катепсины для миграции через артериальную стенку.

На экспериментальных моделях показано, что активность катепсинов К и L на ранних этапах формирования АСБ приводит к ремоделированию экстрацеллюлярного матрикса и прогрессированию атеросклероза [33]. Описаны повышенная экспрессия мРНК катепсина B в модельных условиях в АСБ у apoE-дефицитных мышей, а также повышенная активность катепсина В в макрофагах и участках вблизи просвета сосуда [3].

Катепсины S и К участвуют в деградации коллагена и эластина [24]. Выявленная активность этих катепсинов указывает на их участие в процессах дестабилизации АСБ [38].

В экспериментальных исследованиях показана повышенная экспрессия лизосомальных катепсинов S, L и B в области атеросклеротического повреждения сосуда. В то же время в области неизменной сосудистой стенки повышенной экспрессии катепсина S не отмечено [18]. При гистохимической визуализации выявлена высокая активность катепсина B в АСБ [3].

Все приведенные данные подтверждают предположение о вовлечении катепсинов в прогрессирование атеросклеротического процесса.

Есть данные, что катепсин S обладает антитромботической активностью [7]. Однако механизм, посредством которого катепсин влияет на тромбоз, и то, как его антитромботические свойства влияют на атерогенез, недостаточно изучен.

В экспериментах in vitro на ГМК, эндотелиальных клетках и макрофагах показано, что провоспалительные цитокины интерлейкин-1β, фактор некроза опухоли-α (TNF-α) и IFN-γ стимулируют экспрессию и продукцию катепсинов S и К [40]. В то же время из указанных цитокинов только TNF-α угнетает экспрессию и секрецию цистатина С, при этом только на эндотелиальных клетках [39].

Доказательства роли катепсинов в воспалительном процессе при атеросклерозе являются редкими. Известно, что недостаток катепсина S приводит к снижению количества макрофагов, Т-клеток и понижению уровня IFN-γ [41]. Кроме непосредственного участия катепсинов в процессе воспаления, возможно их косвенное участие через снижение экспрессии трансформирующего фактора роста (TGF-β) [29]. Дефицит катепсина К может снижать активность воспаления за счет повышения активности TGF-β [31].

Эффект катепсинов уравновешивается цистатином С, который уменьшает воспаление в АСБ [39]. Дефицит цистатина С способствует прогрессированию атеросклеротического процесса за счет либо увеличения размера АСБ, либо увеличения эластолитической активности и деградации экстрацеллюлярного матрикса.

В соответствии с этой гипотезой у пациентов в области атеросклеротического поражения имеется пониженный уровень цистатина С — естественного ингибитора катепсинов, тогда как неизмененные артерии экспрессируют большее его количество, особенно в ГМК и эндотелиальных клетках [39]. Такая обратная регуляция протеаз и их ингибиторов менее выражена в случае ММР и их тканевых ингибиторов (TIMP). Так, в АСБ у человека экспрессия TIMP изменена незначительно либо повышается в той же степени, что и в неизменных сосудах [8, 9]. В экспериментальных моделях на ApoE-дефицитных мышах в АСБ регистрируется повышение уровня TIMP-1, в то время как экспрессия катепсинов и их ингибиторов сохраняет взаимно обратную направленность [18].

В литературе приводится небольшое количество данных о взаимоотношении ММР и катепсинов. Так, известно, что макрофаги синтезируют ММР-7, ММР-9 и катепсины B, L, S. При этом только катепсины выявляются в межклеточном пространстве. Ингибирование катепсинов L и S (но не ММР) полностью блокировало эластолитическую активность макрофагов. Таким образом, доказывается роль катепсинов как наиболее мощных макрофагальных эластаз [36]. Больше данных приводится по взаимодействию ММР и катепсинов в отношении остеогенеза. При изучении процессов ремоделирования костной ткани установлено, что дефицит катепсина К компенсируется активностью ММР. В то же время есть данные об эффектах ММР в АСБ. Так, указывается на протективную роль ММР-3 и ММР-9, стимулирующую роль ММР-12 и отсутствие эффекта — ММР-7 [17]. Требуются еще дополнительные исследования in vivo взаимоотношения ММР и катепсинов и их роли в патогенезе ССЗ.

Катепсины В и S способствуют неоангиогенезу за счет образования капилляроподобных трубчатых структур [34] или формирования островка клеточной пролиферации [45]. Однако эффект этих протеаз в отношении новообразования сосудов изучался в основном при опухолевом росте. Значение неоангиогенеза при атеросклерозе еще неясно. Результаты последних исследований указывают на то, что образование новых сосудов может выступать как маркер нестабильности АСБ [12, 19, 32, 35].

Диагностическая роль катепсинов также еще недостаточно изучена. В сыворотке пациентов с аневризмой аорты отмечен пониженный уровень цистатина С [39], в то время как различий с группой здоровых доноров по уровню катепсинов В и L не выявлено [10].

Отмечен повышенный уровень катепсина L в сыворотке у пациентов с более чем 10% стенозом хотя бы одной коронарной артерии по сравнению с уровнем у пациентов без такового [28]. Уровень катепсина S также был повышен у пациентов с атеросклеротическим стенозом хотя бы одной коронарной артерии [27]. Дальнейшие исследования показали, что катепсин S может выступать как фактор риска развития атеросклероза [42].

Описывается участие катепсинов и цистатина С в процессах рестеноза. Так, в экспериментальной модели баллонной пластики сонной артерии на крысах показано увеличение экспрессии мРНК и уровня катепсинов S и К, в то время как экспрессия мРНК и уровень цистатина С не увеличивались. Таким образом, показана роль катепсинов в констриктивном ремоделировании сосудов [4].

Повышенные уровни цистатина С ассоциируются со смертью, с сердечно-сосудистыми осложнениями и застойной сердечной недостаточностью среди амбулаторных пациентов с ишемической болезнью сердца во всех случаях, когда повышение уровня цистатина С не было обусловлено поражением почек [16].

Таким образом, имеющиеся данные указывают на участие катепсинов в патогенезе ССЗ, а именно атеросклероза. Однако значение этих протеаз в прогрессировании процесса остается недостаточно изученным. Недостаточно изученными остаются вопросы регуляции активности катепсинов и связь с естественными агонистами и антагонистами: ММР, цистатином С и т.д. Проведение дальнейших исследований в этих направлениях позволит разработать новые диагностические и прогностические протоколы у пациентов с ССЗ.