Инсульт — одна из основных причин смертности и инвалидизации населения. В России ежегодная смертность от инсульта остается одной из наиболее высоких (374 на 100 000 населения) [1]. Учитывая тенденцию к увеличению в популяции числа лиц старших возрастных групп, действие внешних факторов сердечно-сосудистого риска, есть все основания предполагать, что число больных с расстройствами мозгового кровообращения будет оставаться высоким [2].

Патогенез ишемического инсульта (ИИ) — сложный многокомпонентный процесс, включающий энергетический дефицит, нарушение ионного равновесия, ацидоз, эксайтотоксичность, перекисное окисление липидов, накопление продуктов метаболизма арахидоновой кислоты, цитокинопосредованную цитотоксичность, активацию комплемента, нарушение проницаемости гематоэнцефалического барьера, активацию глии, инфильтрацию лейкоцитами ткани мозга. Все эти процессы взаимосвязаны и в результате приводят к гибели или изменению метаболизма клеток. В зоне наименьшей перфузии мозга (менее 10—15 мл/100 г/мин) доминирующим механизмом клеточной гибели является некроз, так как для реализации других вариантов смерти необходима затрата энергии [3]. Зона некроза окружена функционально молчащей вследствие снижения кровотока, а значит, и энергодефицита, однако метаболически активной тканью. Этот пограничный регион ишемической полутени, или пенумбры, может включать до половины общего объема поражения на начальных этапах ишемии. Нейроны в зоне пенумбры могут подвергаться гибели по механизму апоптоза в течение нескольких часов, дней и даже месяцев после развития сосудистой катастрофы. Считается, что длительность существования пенумбры индивидуальна у каждого больного и определяет границы временно́го периода (терапевтическое окно), в течение которого лечебные мероприятия наиболее эффективны.

Локальное ишемическое поражение головного мозга сопровождается изменением межклеточных взаимодействий, влекущим за собой апоптоз не только в перифокальной области, но также и в других отделах ипси- и контралатерального полушарий. Одними из внешних индукторов апоптоза, задействованных в патогенезе ИИ, являются рецепторы смерти суперсемейства факторов некроза опухолей (англ.: tumor necrosis factor, TNF), включая Fas, и их лиганды [4]. При изучении роли системы Fas/FasL в патогенезе неврологических заболеваний было отмечено повышение Fas и FasL в скомпрометированных участках мозга при различных неврологических расстройствах, включая ИИ [5]. Экспрессия Fas и FasL повышается в мозге экспериментальных животных с индуцированной ишемией [6] и у больных, перенесших ИИ [7]. Нейтрализация эффекта Fas посредством введения фармакологических препаратов или устранение функционирования системы Fas/FasL на генетическом уровне оказывают нейропротективный эффект при церебральной ишемии [8]. Все эти данные позволяют рассматривать систему Fas/FasL как значимую в патогенезе острого периода и развития отдаленных последствий ИИ.

Fas-рецептор (Fas, APO-1, CD95) кодируется геном fas, расположенным в локусе 10q24.1. Экспрессия гена наблюдается практически во всех клетках человеческого организма. В составе Fas выделяют N-концевой участок, формирующий внеклеточные домены, трансмембранный участок и цитоплазматический C-концевой участок, образующий после рефолдинга внутриклеточные домены. Этих доменов три, они содержат большое количество цистеина и поэтому получили название cysteine rich domain (англ.) — CRD1, CRD2 и CRD3. За счет заряда домена CRD2 и верхней части CRD3 Fas прочно связывается со своим лигандом. Домен CRD1, также известный как PLAD (англ.: pre-ligand assembly domain), присоединяется к CRD1 двух других субъединиц Fas, что обусловливает существование данного рецептора в виде гомотримера. Также в структуре рецептора выделяют домен, удерживающий его в клеточной мембране и «домен смерти» DD (англ.: death domain), необходимый для инициации апоптоза [9]. Рядом с DD Fas расположен интернализационный мотив, позволяющий клетке осуществлять интернализацию рецептора актин- и клатрин-зависимым способом. На цитоплазматическом конце белка расположен «домен спасения», который ингибирует цитотоксическую функцию Fas при связывании с фосфатазой FAP1 (англ.: fas-associated phosphatase 1) [10].

Fas-лиганд (FasL, CD178) кодируется геном fasl, расположенным на хромосоме 1q23. Данный белок в виде тримера пронизывает клеточную мембрану. Трансмембранный участок содержит консервативный домен гомологии семейства TNF (aa 81—102), а внутриклеточный (aa 1—81) имеет значительные отличия. Он представляет собой последовательность из 80 аминокислот, N-конец которой значительно больше, чем у лигандов TNF (35 aa), LT b (18 aa) и TRAIL (17 aa), и только у FasL содержит уникальный консервативный богатый пролином домен (англ: proline-rich domain; PRD) (aa 45—71, 22 пролиновых и 5 лейциновых остатков), который позволяет осуществлять взаимодействие с белками цитозоля, имеющими домены SH3 или WW. Также только FasL имеет в своем составе участок, являющийся субстратом для казеинкиназы и сайты фосфорилирования для тирозинкиназы. Внеклеточный домен может отщепляться мембранными металлопротеазами –7 и –3 и секретироваться в виде тримера. Однако секреторная форма нестабильна и относительно инертна в отношении индукции апоптоза, тогда как в мембраносвязанной форме FasL является его мощным стимулятором. Выраженность экспрессии на поверхности клеток FasL коррелирует с чувствительностью этих клеток к стимулирующим сигналам FasL извне [11].

FasL, как апоптозиндуцирующий фактор, вызывает гибель клеток, экспрессирующих рецептор Fas. Инициация передачи апоптотического сигнала осуществляется при связывании мембранной формы FasL с Fas, расположенным на мембране другой клетки. При этом домен DD Fas-рецептора связывается с цитоплазматическим FADD — Fas-распознающим белком с DD (англ: fas-associated protein with death domain; FADD). FADD при помощи домена DED (англ: death effector domain) связывается с каспазой-8. Связанные между собой белки Fas, FADD и каспаза-8 образуют комплекс DISC (англ: death-inducing signaling complex). На этом этапе происходит бифуркация сигнала внутри клетки в зависимости от ее типа и окружения. Первый вариант подразумевает взаимодействие Fas и Fas-лиганда со сборкой DISC и дальнейшей интернализацией рецептора со всеми связанными факторами [12]. Далее комплекс DISC путем расщепления прокаспазы-8 активирует каспазу-8, которая в свою очередь взаимодействует с прокаспазой-3, конвертируя ее в активную каспазу-3. Каспаза-3 способна расщеплять такие белковые субстраты, как ферменты репарации ДНК, цитоплазматические и ядерные структурные белки, белки веретена деления и эндонуклеазы. Также каспаза-3 активирует прокаспазы –6 и –7, которые могут ускорять реализацию апоптоза [13]. При втором варианте развития событий сборка DISC и последующая активация прокаспазы-8 затруднена регуляторными молекулами FAP1, c-FLIP, PED-PEA15. В цитоплазме образуется количество каспазы-8, недостаточное для запуска апоптоза по вышеописанному пути. Также при расщеплении каспазой-8 белка Bid образуется его фрагмент tBid, который стимулирует встраивание белка Bax в митохондриальную мембрану, устраняя таким образом ее защиту белком Bcl-2 от утечки цитохрома С [14]. После этого в цитоплазме из Apaf-1 (англ: apoptosis protease-activating factor), прокаспазы-9 и цитохрома C формируется апоптосома, высвобождающая каспазу-9. Вместе с цитохромом C из митохондрии освобождается SMAC (англ: second mitochondria-derived activator of caspases), который блокирует еще один противоапоптотический фактор XIAP (англ: xlinked inhibitor of apoptosis protein). После этого каспаза-9 способна активировать прокаспазу-3 в каспазу-3. [15]. Домен DD обнаружен также в структуре RIP1 (англ: receptor interacting protein 1), поэтому его также считают активатором Fas-индуцированного апоптоза, реализуемого с участием прокаспазы-2 [16].

При взаимодействии Fas cо своим лигандом также может активироваться киназа JNK (англ: c-Jun N-terminal kinase). В таком случае активная JNK противодействует NFκB-зависимой экспрессии антиапоптотических белков [17]. Также JNK способствует протеосомной деградации белка c-FLIP, который блокирует образование каспазы-8 [18].

Воспаление является важным компонентом прогрессирования повреждения нервной ткани при ишемии. При развитии и поддержании нейрогенного воспаления наблюдается активация астроцитов и микроглии, аттракция лейкоцитов, увеличение концентрации медиаторов воспаления, включая IL-1b, TNF-a, моноцитарные хемокины MIP-1a и MCP-1 и др. [19]. Степень воспалительной реакции коррелирует с тяжестью повреждения мозга и долгосрочным прогнозом исхода ИИ [20]. FasL в состоянии активировать пути сигнальной трансдукции, индуцирующие воспалительный ответ [21, 22]. Было показано, что в различных типах клеток посредством FasL происходит индукция экспрессии провоспалительных цитокинов и хемокинов, включая ИЛ-6, МСР-1 и ИЛ-8 [23]. Активированная микроглия и астроциты — основные источники цитокинов в ЦНС [24].

Точечная мутация FasL у мышей линии gld приводит к уменьшению церебрального и системного воспалительного ответа, защищая мозг от повреждения при экспериментальном ИИ, а также при воспалительной реакции в ответ на введение липополисахарида, однако не оказывает влияния на интенсивность апоптотического ответа нейронов. Воспалительный эффект FasL осуществляется посредством активации резидентных иммунокомпетентных клеток в ЦНС с последующим вовлечением циркулирующих в системном кровотоке лейкоцитов. Максимальная инфильтрация зоны ишемии нейтрофилами и Т-лимфоцитами наблюдается через 24 ч после сосудистой катастрофы [25, 26]. Fas-лиганд может модулировать Т-клеточный ответ и степень нейтрофильной инфильтрации после экспериментального И.И. Показано, что активация вышеуказанных глиальных элементов и высвобождение цитокинов с последующей аттракцией периферических лейкоцитов при экспериментальном ИИ блокируется мутацией FasL у мышей линии gld. При этом также происходит смещение иммунного ответа от Th1 к Th2 типу [27]. Th1-клетки секретируют преимущественно провоспалительные цитокины, включая IL-1b, TNF-a и IFN-c, и, как считается, играют негативную роль в развитии ИИ, в то время как Th2 могут секретировать противовоспалительные цитокины, например IL-4 и IL-10, оказывая нейропротективное действие [28]. Понимание механизмов постинсультного воспаления может дать новые мишени для терапии и реабилитации.

Существует несколько уровней восстановления функциональной активности мозга после И.И. Первым из них является истинное восстановление, однако полное восстановление нарушенных функций до исходного уровня возможно при сохранности нейронов, когда патологический очаг состоит преимущественно из инактивированных клеток вследствие отека, гипоксии и диашиза. Второй уровень восстановления — компенсация за счет функциональной перестройки и вовлечения новых, ранее не задействованных структур. Третий уровень — реадаптация, приспособление к имеющемуся дефекту [29]. В основе восстановления функций после ИИ на любом уровне лежат механизмы нейропластичности — способность нервной ткани изменять структурно-функциональную организацию под влиянием экзогенных и эндогенных факторов. Она обеспечивает адаптацию организма и эффективную его деятельность в условиях изменяющихся внешней и внутренней сред [30]. Анатомической основой нейропластичности является реорганизация корковых отделов, увеличение эффективности функционирования сохранившихся структур и активное использование альтернативных нисходящих путей. Реализация этих изменений на клеточном уровне включает синаптическое ремоделирование, неосинаптогенез, обеспечение внесинаптической нейрональной передачи возбуждения, структурные изменения дендритов и аксональный спраутинг. Метаболические изменения затрагивают нейроны, глиальные элементы, нейрон-глиальные взаимодействия [31].

Данные о том, что передача сигналов посредством Fas позитивно влияет на индукцию нейрогенеза [32, 33] и нейритогенеза [34], показывают его нейропластический потенциал. Так, активация Fas моноклональными антителами в культуре нейронов приводила к усилению ветвления отростков нейронов и формированию новых аксонов. Экспериментально показано, что Fas запускает этот процесс через связывание с доменом DD. Также Fas может регулировать ветвление нейронов посредством фосфорилирования отдельных компонентов цитоскелета, например микротубулин-ассоциированного Тау-протеина, который связывается с микротрубочками зависимым от фосфорилирования образом. Такое взаимодействие обеспечивает стабильность микротрубочек. При экспериментальном введении FasL в культуру нейронов найдены более высокие уровни дефосфорилированного Тау (Ser 199/202) [35]. В экспериментальных работах на линиях клеток и первичных культурах нейронов коры головного мозга эмбрионов мышей показано, что Fas непосредственно регулирует морфологическую структуру нейронов, минуя активацию апоптоза. Описан новый цитоплазматический мембранный проксимальный домен (MPD), входящий в структуру всех членов суперсемейства TNFR, необходимый для Fas-индуцированного процесса роста. Fas MPD привлекает эзрин, который соединяет трансмембранные белки цитоскелета и активирует короткоцепочечную ГТФазу Rac1. Делеция MPD, но не DD, отменяет активацию Rac1 и процессы нейрогенеза. При этом эзрин-ингибирующий пептид предотвращает Fas-индуцированный нейрогенез в первичной культуре нейронов [36].

Описан антиапоптотический сигнальный путь, индуцируемый системой Fas—FasL. В случае если интернализация рецептора не происходит, сборка комплекса DISC осуществляется очень медленно, и активирующий сигнал получают каскад MAPK и NFκB-путь. Эти эффекторы способствуют выживанию клетки. Активация MAPK и NFκB рецептором Fas происходит и при его интернализации. [37]. Семейство MAPK (англ: mitogen activated protein kinase) состоит из трех основных групп: ERK½ (англ: extracellular signal—regulated kinase), JNK (англ: c-Jun N-terminal kinases, фосфорилирующие фактор транскрипции c-Jun) и протеин p38. В ответ на внеклеточный стимул киназы MAPK координируют широкий спектр клеточных процессов, таких как уровень метаболизма, подвижность, митоз, дифференцировка, воспаление, гибель и выживание. Активация ERK½ преимущественно связана с пролиферацией, дифференцировкой нейронов и спраутингом [38]. Количество фосфорилированной ERK возрастает в отдельных участках мозга после экспериментального ИИ, причем наибольшая выраженность экспрессии данной киназы обнаружена в зоне пенумбры, но не в ядре ишемии. На моделях глобальной ишемии показана наиболее выраженная экспрессия ERK в участках, устойчивых к действию гипоксии. [39]. В клетках спинальных ганглиев связывание Fas со своим лигандом приводит к DD-независимой активации ERK с последующим удлинением аксонов в отсутствие апоптотического эффекта [40].

NFκB (англ: nuclear factor kappa-light-chaine nhancer of activated B cells) является транскрипционным фактором, образованным двумя субъединицами семейства Rel, в которое входят 7 представителей: p65 (Rel A), p50 (NFκB1), C-Rel, Rel B, p100, p105, p52. Для активации фактора NFκB необходимо фосфорилирование белка-ингибитора, находящегося в комплексе с NFκB, что приводит к диссоциации комплекса, и допускает последующую димеризацию, транслокацию в ядро и связывание NFκB с ДНК, сопровождаемое активацией транскрипции соответствующих генов. Данное семейство транскрипционных факторов отвечает за регуляцию генов, вовлеченных в воспалительные и другие иммунные реакции, пролиферацию, апоптоз клеток. Стимулами могут быть различные типы стресса, действие цитокинов, факторов роста, бактериальных и вирусных антигенов [41]. Активация NFκB в ткани головного мозга отмечается в норме, но также связана с реализацией адаптивных процессов в условиях экстремальных воздействий. Данный транскрипционный фактор участвует в процессах выживания нервных клеток, синаптической пластичности, памяти [42, 43].

Система Fas-рецептор—Fas-лиганд при своей активации может оказывать целый спектр биологических эффектов. К ним можно отнести апоптоз, воспаление, пролиферацию, дифференцировку. Fas не имеет энзиматической активности, однако связан с адапторными белками, активирующими целый ряд таких сигнальных путей, как MAPK, NFкB, JNK, ERK, фосфорилирование белков цитоскелета и каспаззависимый апоптоз.

В нервной системе взрослого человека или животного нейроны экспрессируют очень низкий уровень Fas. Однако в ответ на повреждение, например оксидантный стресс, эксайтотоксичность, травму, ИИ, токсическое воздействие, нейродегенеративные процессы, происходит значительное увеличение экспрессии этого рецептора [44]. В зрелой нервной системе взаимодействие Fas со своим лигандом может быть причиной апоптоза, что особенно четко воспроизводится на моделях ИИ и бокового амиотрофического склероза [45, 46]. Во время эмбрионального развития и раннего постнатального периода нейроны коэкспрессируют на своей поверхности как Fas-рецепторы, так и Fas-лиганды, что, однако, не приводит к клеточной гибели, а способствует ветвлению аксонов и дендритов [35]. У взрослого человека Fas также экспрессируется нейрональными клетками-предшественниками, выделенными из субвентрикулярной зоны, не приводя к апоптозу. При этом во время перемещения в ткань мозга и дифференцировки этих клеток Fas регулирует их морфологическую структуру за счет фосфорилирования/дефосфорилирования элементов цитоскелета [47, 48].

FasL в состоянии активировать пути сигнальной трансдукции, индуцирующие воспалительный ответ [21]. Степень воспалительной реакции коррелирует с тяжестью повреждения мозга и долгосрочным прогнозом исхода ИИ [20].

Таким образом, Fas в развитии ИИ ответственен не только за клеточную гибель и воспаление, но также и за реализацию процессов саногенеза, в которых центральное место занимает нейрональная пластичность. Данный факт имеет большое клиническое значение для разработки, тестирования и клинической оценки действия нейропротективной терапии, который позволяет предположить возможность создания таргетных нейропротективных средств, избирательно действующих лишь на определенные сигнальные пути, активируемые при лиганд-рецепторных взаимодействиях в системе Fas—FasL.