Портальная гипертензия (ПГ) может встречаться при различных заболеваниях, сопровождающихся повышением давления в системе воротной вены. ПГ характеризуется рядом тяжелых осложнений, среди которых наиболее частым и опасным является кровотечение из варикозно-расширенных вен пищевода. При циррозе печени (ЦП) в основе присущих ей гемодинамических нарушений лежит повышение печеночного сосудистого сопротивления портальному кровотоку. Последующее формирование естественных портосистемных шунтов и развитие гипердинамического циркуляторного статуса является следствием сложных процессов ангиогенеза, ремоделирования сосудов и дисфункции эндотелия (ДЭ), способствуя дальнейшему прогрессированию ПГ [1].
Считается, что главным местом сопротивления портальному кровотоку при ЦП служат патологически-измененные синусоиды. Синусоидальные эндотелиальные клетки (СЭК) активируются и приобретают сосудосуживающий фенотип. В этой ситуации чувствительность СЭК к эндогенным вазоконстрикторам, в частности эндотелину, норадреналину, ангиотензину II, вазопрессину, лейкотриенам, тромбоксану А2, повышается, а производство ими оксида азота (NO) - наиболее изученного вазодилататора, участвующего в регуляции тонуса печеночных сосудов, наоборот, снижается [2]. Причина может заключаться в недостаточной активности эндотелиальной синтазы NO (eNOS) из-за повышенного взаимодействия ее молекулы с кавеолином-1. Кроме того, стимуляция эндотелином-1 киназ рецепторов, сопряженных с G-белками 2-го класса, приводит к ингибированию фосфорилирования протеинкиназы В (Akt) и снижению продукции NO.
Одним из главных факторов ДЭ синусоидов при ЦП является внутрипеченочный оксидантный стресс, способствующий уменьшению экспрессии eNOS и биодоступности NO. Например, циклооксигеназа, участвуя в синтезе тромбоксана А2, как и избыточная стимуляция Rho-киназы, ингибирует фосфорилирование Akt в эндотелиальных клетках (ЭК), существенно подавляя Akt-eNOS-сигнализацию. Асимметричный диметиларгинин, угнетая активность eNOS, вызывает генерацию пероксинитрита, а пониженная экспрессия тетрагидробиоптерина способствует продукции eNOS вместо NO кислорода. Кроме того, сообщалось, что возможной причиной недостаточной биодоступности NO могут быть редукция активности «фермента, сберегающего NO» супероксиддисмутазы и повышение в сыворотки крови уровня гомоцистеина вследствие уменьшения экспрессии ферментов цистатионин-γ-лиазы и цистатионин-β-синтазы [3].
Важная роль в синусоидальной микроциркуляции при ЦП придается активированным звездчатым клеткам печени (ЗКП) и их паракринному взаимодействию с СЭК. В данной патологической ситуации нарушение структуры и функции ЗКП сопровождается потерей накоплений ретиноидов и трансформацией ЗКП в миофибробласты. Активированные ЗКП начинают выполнять роль перицитов, что подтверждается экспрессией ими таких фенотипических маркеров этого типа клеток, как α-гладкомышечный актин, десмин, NG
Располагаясь в субэндотелиальном пространстве Диссе между СЭК и гепатоцитами, ЗКП благодаря своим длинным ветвящимся цитоплазматическим отросткам, простирающимся вдоль и вокруг синусоидов, контактируют с нервными окончаниями, содержащими такие нейропептиды, как вещество P, вазоактивный интестинальный пептид, соматостатин, холецистокинин, нейротензин, NO, кальцитонин ген-связанный пептид и нейропептид Y. Некоторые вазоактивные вещества способны регулировать тонус ЗКП. Причем, если эндотелин-1, вещество P, ангиотензин II, норадреналин, простагландин F
В сокращении ЗКП принимает участие миозин II типа, а сам процесс регулируется как зависимыми, так и независимыми от кальция механизмами. При зависимом от кальция пути фосфорилирование легких цепей миозина происходит с помощью киназы легких цепей миозина, активированной в ответ на увеличение концентрации внутриклеточного кальция ([Са2+]i) и последующего формирования кальций/кальмодулинового комплекса. В то же время два независимых от кальция пути связаны с ингибированием активности фосфатазы легких цепей миозина посредством активации Rho-киназы и протеинкиназы С [6].
К модуляторам тонуса ЗКП относятся прежде всего мощные вазоконстрикторы - эндотелины. Это семейство 3 гомологичных олигопептидов, являющихся продуктами протеолиза их предшественника «большого эндотелина» под влиянием эндотелинпревращающего фермента. Они действуют через рецепторы 2 типов (А и В), сопряженных с белком G, которые хорошо выражены в ЗКП. Наиболее изученным является эндотелин-1, основным местом синтеза которого при ЦП служат чувствительные к нему активированные ЗКП. Стимуляция рецепторов эндотелина А приводит к их сокращению и пролиферации [7]. Аналогичное действие оказывает и ангиотензин II. Его синтез ЗКП при ЦП увеличивается в результате повышенной экспрессии ангиотензинпревращающего фермента [8]. Констрикция ЗКП также может быть обусловлена уменьшением продукции и/или биодоступности NO в цирротически измененной печени. Напротив, гиперпродукция монооксида углерода клетками Купфера в результате паракринного влияния как на ЗКП, так и СЭК вызывает расширение синусоидов и, таким образом, уменьшение печеночного сосудистого сопротивления [9].
Повышенная подвижность и миграция ЗКП при ЦП приводят к увеличению плотности покрытия ими синусоидов, способствуя их ремоделированию [10]. Важную роль в этом процессе играет изменение структуры мембраны ЗКП. Пространственно управляемая полимеризация актина лежит в основе подвижности клеток и отвечает за формирование клеточных протрузий - ламеллиподий, а также филлоподий, образованных радиально ориентированными пучками актиновых филаментов, встроенных в ламеллиподии. Семейство Rho гуанозинтрифосфатаз, включающее RhoA (Rho), Rac1 (Rac) и Cdc42, регулирует формирование этих структур. Показано, что если Rac способствует миграции ЗКП за счет образования филлоподий, то Rho вызывает устойчивость к ингибирующему действию NO, а также восстанавливает хемотаксический ответ на тромбоцитарный фактор роста (PDGF) в отсутствие функциональной Rac [11].
Ключевую роль в пролиферации, миграции, подвижности и рекрутинге ЗКП играет PDGF. Он секретируется СЭК и связывается со своим родственным рецептором (PDGFR-β), расположенном на перицитах, в частности за счет сигнального пути эфрин-B/EphB4 [12]. Причем, если стимуляция киназы Raf-1, киназы MEK и внеклеточных регулируемых сигналом киназ ERK, вызванная активацией PDGFR-β, приводит к пролиферации ЗКП, то стимуляция фосфатидилинозитол-3-киназы - к хемотаксису [13]. Кроме того, показано, что трансмембранный рецептор нейропилин-1 также способствует хемотаксическому ответу на PDGF [14].
Активированные ЗКП служат богатым источником полипептидов, эйкозаноидов, а также различных других малых молекул с паракринной, юкстакринной, аутокринной функцией или хемоаттрактантной активностью, к которым относятся следующие:
- полипептиды, которые усиливают пролиферацию аутокринным и паракринным способом: гепатоцитарный фактор роста (HGF), фактор роста сосудистого эндотелия (VEGF), эндотелин-1, инсулиноподобный фактор роста (IGF)-II и, возможно, трансформирующий фактор роста (TGF)-α, эпидермальный фактор роста (EGF) и кислотный фактор роста фибробластов (aFGF);
- члены суперсемейства TGF-β;
- нейротрофины;
- гемопоэтические факторы роста, такие как эритропоэтин [15].
При повреждении печени активированные ЗКП пролиферируют и мигрируют в зоны воспаления и некрозов гепатоцитов, продуцируя избыточное количество компонентов внеклеточного матрикса. Главными веществами, регулирующими этот процесс, являются TGF-β1, PDGF, а также фактор роста соединительной ткани (CTGF) и FGF [16].
В целом существует 3 основных источника фиброгенных клеток в печени: 1) эндогенные (резидентные) фибробласты или миофибробластоподобные клетки, в основном представленные активированными ЗКП и портальными фибробластами; 2) клетки, полученные в результате так называемого эпителиально-мезенхимального транзита, который может приводить к трансдифференцировке паренхиматозных клеток; 3) гемопоэтические и мезенхимальные стволовые клетки костного мозга [17].
В 1983 г. A. Rappaport и соавт. [18] одними из первых описали коллатеральную микроциркуляцию в цирротически-измененной печени. В настоящее время патологический ангиогенез хорошо охарактеризован как при экспериментальном фиброзе печени [19], так и в клинике у больных хроническими вирусными и аутоиммунными заболеваниями печени [20], неалкогольным стеатогепатитом [21].
Ангиогенез - сложный физиологический процесс образования новых кровеносных сосудов из ранее существующих. Он осуществляется посредством активации ЭК, экспрессии в них протеаз, разрушения внеклеточного матрикса, пролиферации, миграции и образования ЭК первичных высокопроницаемых сосудистых структур, которые после стабилизации и «взросления» за счет привлечения перицитов и гладких мышечных клеток (ГМК), трансформируются в трехмерную сосудистую сеть [22].
Основным индуктором ангиогенеза, как в физиологических условиях, так и при различных патологических состояниях, является гипоксия. Клетки реагируют на недостаток кислорода несколькими механизмами, в том числе накоплением факторов, индуцированных гипоксией (HIFs), что стимулирует экспрессию ангиогенных факторов роста. Семейство HIFs включает 3 α-субъединицы, которые сопряжены с общей β-субъединицей (HIF-1β). Если HIF-1α выражен повсеместно, то HIF-2α обнаружен в ограниченном типе клеток, в частности в сосудистых ЭК, гепатоцитах, пневмоцитах II типа и макрофагах. Роль HIF-3α в гипоксических состояниях изучена плохо [23].
NADPH-оксидаза является важным медиатором ангиогенной сигнализации. Отмечалось, что ее повышенная экспрессия в результате фосфорилирования цитозольного компонента p47phox приводит к увеличению формирования реактивных форм кислорода (ROS), что способствует индукции HIF-1α, активации рецепторов VEGF (VEGFR) и трансактивации рецепторов EGF [24].
Недавно показана важная роль микроРНК в регуляции ответа клеток на гипоксию. В частности, Let-7 и miR-103/107 посредством нацеливания белка argonaute 1 способствуют индукции VEGF [25].
К наиболее исследованным ангиогенным факторам роста относится семейство VEGF, состоящее из 5 гомологов: VEGF-A, B, C, D и плацентарного фактора роста (PIGF). VEGF стимулирует как физиологический, так и патологический ангиогенез. Все представители этого семейства соединены с различными родственными им рецепторами: VEGFR-1 (Flt-1), VEGFR-2 (KDR/Flk-1), VEGFR-3 (Flt-4), из которых только первые 2 отвечают за передачу ангиогенных сигналов. При этом связывание VEGF-A с VEGFR-2 и повышение проницаемости сосудов посредством NO являются механизмами, запускающими процессы ангио- и васкулогенеза.
В отличие от VEGF PIGF, соединенный с VEGFR-1, индуцирует исключительно патологический ангиогенез, прямо или опосредованно влияя на многочисленные типы клеток, в том числе ЭК. Кроме того, предполагается, что, нарушая связь VEGF с VEGFR-1, PIGF делает VEGF более доступным к соединению с VEGFR-2. Поскольку как PIGF, так и VEGF индуцируют фосфорилирование тирозиновых остатков VEGFR-1, можно предположить, что именно через него они передают определенные ангиогенные сигналы.
Разные механизмы лежат в основе синергизма между PIGF и VEGF. PIGF активирует VEGFR-1 и индуцирует межмолекулярное взаимодействие VEGFR-1 и VEGFR-2, укрепляя связь последнего с VEGF. PIGF как субъединица PIGF/VEGF гетеродимеров вызывает образование VEGFR-1/2 гетеродимеров, которые трансфосфорилируют друг друга в ходе интрамолекулярной реакции. Кроме того, продуцируя PIGF, ЭК способствует увеличению своей чувствительности к VEGF. Помимо ЭК секретировать PIGF способны и соседние стромальные или воспалительные клетки.
PIGF может непосредственно воздействовать на ГМК, экспрессирующие VEGFR-1, и косвенно влиять на их пролиферацию и миграцию через высвобождение цитокинов активированными ЭК. Это приводит к скоплению ГМК вокруг образующихся сосудов, делая их зрелыми, прочными и герметичными.
PIGF также мобилизует несущие VEGFR-1 гемопоэтические прогениторные клетки из костного мозга и опосредованно, через повышенную экспрессию VEGF, привлекает в ишемические ткани эндотелиальные прогениторные клетки, несущие VEGFR-2. Кроме того, PIGF является хемоаттрактантом для моноцитов и макрофагов, которые экспрессируют VEGFR-1 [26].
Стимулировать ангиогенез также способны члены семейства FGF. Клеточный ответ на FGFs происходит через специфическое связывание с рецепторами FGF (FGFR), обладающими внутренней тирозинкиназной активностью. Димеризация FGFR служит предпосылкой для фосфорилирования и активации сигнальных молекул при участии связывающих гепарин белков. Это вызывает миграцию, пролиферацию, дифференцирование клеток и разрушение внеклеточного матрикса. Следует отметить, что если члены семейства VEGF задействованы, главным образом в формировании капилляров, то FGFs вовлечены прежде всего в артериогенез [27].
Хотя ангиогенный эффект PDGF не столь выражен, как у VEGF, PIGF и FGF, исследования in vivo показали, что он может стимулировать формирование кровеносных сосудов и регулировать их тонус [28].
В координации ангиогенных процессов важную роль играют экспрессируемый ЭК тирозинкиназный рецептор Tie2 (Tek) и его лиганды ангиопоэтины. Ангиопоэтин 1-го типа индуцирует миграцию и ингибирует апоптоз ЭК, а также стимулирует формирование их ростка, способствуя стабилизации сосудов. При этом в обусловленную им активацию Akt и активируемых митогеном протеинкиназ (p42/p44 MAPK, или ERK2 и ERK1) и последующую модуляцию миграции ЭК и ангиогенез непосредственно вовлечена NADPH-оксидаза [29]. Напротив, ангиопоэтин 2-го типа посредством смещения ЭК от устойчивого состояния до пролиферативного фенотипа вызывает дестабилизацию сосудов. Вместе с тем при наличии VEGF он может также стимулировать ангиогенез [30].
Интегрины αVβ3 и αVβ5 - рецепторы адгезии клеток являются положительными регуляторами ангиогенеза. Они принимают участие в миграции и пролиферации ЭК и образовании новых кровеносных сосудов [31].
Белок клеточной адгезии эндотелия сосудов VE-кадгерин способствует межклеточному контакту во время неоваскуляризации и управляет проходом молекул через эндотелиальную выстилку [32].
Тромбоспондин-1 - один из 5 известных тромбоспондинов - адгезивных белков, регулирующих взаимодействие клеток между собой и с внеклеточным матриксом. При прогрессировании ЦП экспрессия тромбоспондина-1 усиливается, соответствуя тяжести фиброза и сильно коррелируя с выраженностью ангиогенеза. Вместе с тем точная роль тромбоспондина-1 в этом процессе не определена. Он может функционировать как ингибитор и промотор ангиогенеза, что зависит от его концентрации, а также от типа и числа рецепторов, представленных на поверхности ЭК [33].
Ангиостатин - продукт деградации плазминогена, а эндостатин - C-концевой фрагмент коллагена XVIII типа ингибируют индуцированную VEGF и FGF миграцию циркулирующих ЭК без вмешательства в ключевой внутриклеточный сигнальный каскад, вовлеченный в миграцию и пролиферацию клеток [34].
Толлподобный рецептор 4, служащий для распознавания бактериального липополисахарида, экспрессируется СЭК и при ЦП вовлечен в ассоциированный с фиброзом ангиогенез. Эти свойства он проявляет через родственный цитозольный адаптерный белок MyD88, который участвует в продукции внеклеточной протеазы, регулирующей инвазивную способность СЭК [35].
Печеночная апелиновая система (апелин/APJ-рецептор) - связующее звено между хроническим воспалением и последующими фиброгенными и ангиогенными процессами, происходящими при ЦП. С одной стороны, гипоксия и воспаление инициируют печеночную экспрессию APJ, с другой - его активация опосредует индукцию профиброгенных генов, пролиферацию ЗКП и секрецию проангиогенных факторов [36].
Аквапорин-1 - представитель семейства интегральных мембранных белков, формирующих поры в мембранах клеток, избыточно экспрессируется в цирротически-измененной печени и стимулирует ангиогенез путем повышения эндотелиальной инвазии [37].
Известно, что хемокины подсемейства CXC принимают участие в ангиогенезе. Причем, если ELR[*]-положительные хемокины его стимулируют, то ELR-отрицательные - подавляют [38].
Нейропилины (1 и 2) представляют собой трансмембранные рецепторы с большими внеклеточными доменами, которые взаимодействуют с секретируемыми семафоринами 3-го класса, а также с VEGF и его рецепторами VEGFR-1 и VEGFR-2. В сосудистом русле нейропилин-1 экспрессируется главным образом в артериальном эндотелии, тогда как нейропилин-2 - в венозном и лимфатическом. Несмотря на то что нейропилины хорошо выражены в местах как физиологического, так и патологического ангиогенеза, их роль в этом процессе до конца не изучена [39].
Проявления патологического ангиогенеза при хронических заболеваниях печени существенно отличаются от соответствующих процессов в других органах и тканях, что объясняется рядом причин: 1) уникальным фенотипическим профилем и функциональной ролью активированных ЗКП и других печеночных миофибробластов; 2) наличием двух различных капиллярных структур, а именно, синусоидов, имеющих фенестрированный, лишенный базальной мембраны эндотелий, и сосудов, выстланных непрерывным эндотелием; 3) существованием подобного ангиопоэтину белка 3 (ANGPTL3), специфичного для печени ангиогенного фактора.
При этом выделяют 2 основных пути формирования новых кровеносных сосудов во время развития ЦП (см. рисунок) [40].
Один из них связан с повышенной экспрессией проангиогенных факторов роста, цитокинов и матриксных металлопротеиназ на фоне хронического воспаления. Провоспалительные медиаторы, вырабатываемые клетками Купфера, тучными клетками, а также лейкоцитами, могут проявлять ангиогенный ответ за счет индукции и увеличенной транскрипционной активности HIF-1α [41].
Считается, что в обычном состоянии макрофаги непосредственного участия в ангиогенезе не принимают. Напротив, при ЦП активированные клетки Купфера способствуют образованию новых кровеносных сосудов через выработку ими цитокинов, ROS и PAF [42]. Причем секретируемый ими α-фактор некроза опухоли (TNF-α) через путь МАРК/ERK вызывает миграцию клеток, а также регулирует апоптоз и ангиогенез [43]. Увеличение содержания ROS в печени стимулирует ангиогенез за счет повышенной экспрессии TNF-α, NO, HIF-1 и VEGF [44]. PAF, активируя ядерный фактор транскрипции NF-xВ, содействует выработке VEGF [45]. Тучные клетки участвуют в образовании новых кровеносных сосудов посредством продукции ими гепарина, гистамина, триптазы, цитокинов (TGF-β1, TNF-α, интерлейкинов) и VEGF. Описана также их способность увеличивать число СЭК in vitro [46]. При хроническом воспалении печени отмечена повышенная экспрессия хемокинов, которая регулируется провоспалительными цитокинами, факторами роста, протеазами и продуктами оксидантного стресса. Благодаря этому лейкоциты за счет экстравазации могут проникать в ткань печени, где продуцируют такие ангиогенные факторы, как VEGF, PIGF, PDGF, FGF, TGF-β1, EGF, ангиопоэтин 2-го типа и различные интерлейкины [47].
С одной стороны, гипоксия, вызванная стимуляцией HIF-1α, активирует ЗКП, что приводит к выработке различных ангиогенных и фиброгенных факторов (PIGF, VEGF, NO, HGF, PDGF) [48], содействуя развитию как ангиогенеза, так и прогрессированию фиброза печени [49]. С другой стороны, диффузный фиброз, формирование узлов регенерации, а также капилляризация синусоидов вызывают увеличение печеночного сосудистого сопротивления и ухудшают доставку кислорода клеткам печени [50]. Накопление HIFs, в частности HIF-1α, повышает экспрессию VEGF и ангиопоэтина 1-го типа и их родственных рецепторов на активированных ЗКП. Это приводит к привлечению и стимуляции СЭК, что стабилизирует новообразованные сосуды и обеспечивает их прочность [51]. В свою очередь СЭК вырабатывают PDGF и TGF-β, способствуя привлечению и миграции ЗКП - процессу, который включает опосредованную ROS активацию внеклеточных регулируемых сигналом киназ ERK и c-Jun-NH2-терминальной протеинкиназы (JNK) с последующим зависимым от HIF-1α синтезом VEGF [52].
Соответственно выделяют 2 патоморфологические фазы ангиогенного процесса при развитии ЦП. Первоначально образование сосудов происходит в формирующихся неполных септах, где сопутствующая экспрессия VEGF, Flk-1 и Tie-2 ограничена активированными ЗКП. На более позднем этапе ангиогенез встречается в больших мостовидных септах, а проявления этой проангиогенной панели определяются в СЭК и направлены на стабилизацию новообразованных сосудов [53]. Причем одни из них располагаются вокруг и внутри фиброзных септ и, вероятно, необходимы для компенсации недостаточного кровотока в печени. Другие, формирующие внутрипеченочные портокавальные шунты, несут кровь в обход синусоидов. Из-за снижения доставки кислорода и питательных веществ к тканям печени и ограничения свободного обмена между гепатоцитами и синусоидами они могут привести к ее дисфункции, несмотря на свою декомпрессивную роль [54].
В последние годы установлено, что ЭК-предшественники, произведенные стволовыми клетками костного мозга, способны вызывать in situ неоваскуляризацию как в физиологических, так и патологических условиях (постнатальный васкулогенез). В частности, они могут усиливать ангиогенез у больных ЦП, стимулируя СЭК посредством секреции факторов с паракринной функцией, таких как PDGF и VEGF [55]. Однако их ангиогенная способность у пациентов данной категории значительно снижена, особенно при тяжелых нарушениях функции печени. Возможно, это связано с тем, что хроническое воспаление стимулирует выпуск ангиогенных факторов резидентными ЗКП и СЭК, и подавляет мобилизацию ЭК-предшественников костного мозга в кровоток [56].
Таким образом, помимо грубых структурных изменений в цирротически-измененной печени, связанных с диффузным фиброзом и формированием узлов регенерации, важную роль в повышении печеночного сосудистого сопротивления портальному кровотоку играет ДЭ и нарушение паракринного взаимодействия между активированными ЗКП и СЭК, а также ремоделирование и капилляризация синусоидов. При этом развитие внутрипеченочного ангиогенеза можно рассматривать как компенсаторный механизм, направленный на декомпрессию портальной системы. Вместе с тем новообразованные сосуды, несущие кровь в обход синусоидов, не способны обеспечить кислородом и питательными веществами ткани печени, что приводит к прогрессированию заболевания. Всесторонняя оценка морфофункциональных изменений печеночного русла при формировании ЦП позволит разработать новые методы коррекции характерных для него гемодинамических нарушений, в частности повысить эффективность лечебных мероприятий, направленных на профилактику осложнений портальной гипертензии.
[*] От англ. названия аминокислотной последовательности глутаминовая кислота-лейцин-аргинин.