Молекулы внеклеточного матрикса (ВКМ) в ЦНС образуют высокоорганизованные структуры в стенке капилляров и периваскулярном пространстве, вокруг начального сегмента аксона и синапсов [1]. ВКМ играет важную роль в эмбриогенезе, направляя миграцию клеток, разрастание нейритов и синаптогенез; у взрослых регулирует пластичность и стабильность синапсов, модулирует когнитивные способности мозга и регенерацию аксонов. Основные компоненты нейрального ВКМ (гликозаминогликаны — хондроитинсульфат и гиалуроновая кислота, гликопротеин тенасцин-R и др.) синтезируются нейронами и глиальными клетками. Гликозаминогликаны ВКМ представлены в виде диффузного или конденсированного матрикса [2]. Диффузный ВКМ распределен по всему объему мозга и заполняет перисинаптические пространства, в то время как конденсированный — селективно окружает парвальбумин-экспрессирующие тормозные нейроны (PV клетка) в виде сети, которая обозначается как перинейрональная сеть (PNNS). I. Song и A. Dityatev [3], установили, что повышенная продукция молекул ВКМ, в частности реактивными астроцитами, после повреждения мозга, при старении организма, нейровоспалении и нейродегенерации, с одной стороны, приводит к формированию среды, препятствующей росту отростков нейрона и нарушению синаптической пластичности. С другой стороны, ВКМ, по-видимому, обладает нейропротективным эффектом, по крайней мере, это касается перинейрональных сетей. Матричные металлопротеиназы (ММР), разрушающие гликозаминогликаны, а также несколько представителей семейства дисинтегрина и металлопротеиназы со свойствами тромбоспондина (ADAMTS) секретируются нейронами и глией и могут приводить к ремоделированию нейрального ВКМ в физиологических условиях, а также после травмы головного мозга и при цереброваскулярной патологии. ВКМ мозга действует как неспецифический физический барьер, а также модулирует нейронную пластичность и регенерацию аксонов.

Компартментом ВКМ является гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), образованный специализированным эндотелием, базальной мембраной (БМ) стенки капилляра, перицитами и отростками периваскулярных глиальных клеток (микроглия, астроциты) [4, 5]. Функция ГЭБ — поддержание гомеостаза мозга посредством контроля транспорта веществ и лейкоцитов между кровью и элементами нервной ткани.

БМ стенки сосудов представлена трехмерной сетью белков, состоящей преимущественно из ламинина, коллагена IV типа, нидогена и гепарансульфата, которые поддерживают взаимодействие между всеми элементами ГЭБ. Деградация белков БМ стенки сосудов имеет место при нейровоспалении, ангиогенезе и регенерации тканей [6, 7]. Экспериментальные исследования [8] подтверждают увеличение экспрессии коллагена IV типа и ламинина в ВКМ неокортекса при старении организма. Микроглия представляет собой резидентные иммунные клетки ЦНС. Конфокальная микроскопия показала максимальную плотность отростков микроглии, контактирующих с БМ вокруг капилляров, и значительно меньшую их плотностью вокруг артерий и вен [9]. Необходимо отметить, что периваскулярные инфильтраты лейкоцитов, доставляемых с кровью, преимущественно встречаются возле посткапиллярных венул. При развитии нейровоспаления размер отростков микроглии вокруг артерий и вен значительно увеличивался.

Гипотеза: если ГЭБ является частью ВКМ, то активация транспортных процессов между кровью и нервной тканью может быть результатом ремоделирования матрикса мозга при цереброваскулярной патологии.

Традиционно полагают, что именно эндотелий ГЭБ является основным препятствием для доставки лекарств в мозг. С целью проверки этого предположения [10] сравнили 4 модели клеток, участвующих в формировании ГЭБ: эндотелиальную монокультуру (линия клеток bEnd3), совместную культуру эндотелиальных клеток и первичных астроцитов, культуру, содержащую эндотелий, — коллаген I и IV типов, а также эндотелиальные клетки и матригель. Результаты показывают, что гидравлическая проводимость и диффузионная проницаемость растворенного вещества в моделях, представленных только эндотелиальной монокультурой, а также сокультур, содержащих эндотелиальные клетки, не отличались друг от друга. Более того, диффузионная проницаемость моделей эндотелиальной монокультуры и сокультур существенно не отличалась от таковой, зарегистрированной in vivo. Одной из причин повышения проницаемости стенки капилляров может быть активация интегрина эндотелиальных клеток, поскольку происходит нарушение взаимодействия белков плотного соединения межклеточных контактов. Подтверждением этого положения является то, что введение ингибитора интегрина α5β1 (ATN-161) сопровождалось значительным снижением объема инсульта, отека и функционального дефицита у мышей [11]. При этом отмечено ограничение транспорта IgG в ткань мозга благодаря сохранению структуры белков клаудина-5 и коллагена IV типа. Кроме того, после введения ATN-161 уменьшалось количество лейкоцитов, экспрессирующих CD45 + и секретирующих ИЛ-1, а также подавлялась транскрипция MMP-9. Приведенные данные, казалось бы, подтверждают, что эндотелиальная монокультура является основным препятствием для транспорта веществ через ГЭБ.

Иной точки зрения придерживаются исследователи, которые проанализировали усовершенствованные модели ГЭБ, представленные монокультурой эндотелиальных клеток или выращенные в виде совместной культуры с перицитами или смешанными глиальными клетками или в виде тройной культуры: эндотелий с перицитами и смешанными глиальными клетками [12]. Оказалось, что совместное культивирование эндотелиальных клеток с перицитами, смешанными глиальными клетками или обоими видами клеток значительно увеличивало трансэндотелиальное электрическое сопротивление (TEER) по сравнению с монокультурой эндотелия, причем низкая пассивная проницаемость значимо коррелировала с высоким TEER. Необходимо отметить, что эндотелиальные клетки были дифференцированными, поскольку экспрессировали основные белки БМ: ламинин-411, ламинин-511, коллаген [α₁(IV)]₂ и α₂(IV), агрин, перлекан и нидоген-1 и -2. Таким образом, вклад перицитов и астроцитов в проницаемость ГЭБ является значительным, однако остается малоизученным влияние на этот процесс химического состава синтезируемых белков ВКМ. Известно, что α₁-(COL4A1) и α₂-(COL4A2) цепи коллагена IV типа образуют гетеротримеры, критически важные для стабильности и функционирования БМ сосудов. Пациенты с мутациями цепей коллагена страдают от различных цереброваскулярных заболеваний, в том числе от фатального внутримозгового кровоизлияния [13]. Так, мутации α₁-цепи коллагена вызывают аномальное развитие сосудов, проявляющееся нарушением морфологии стенки мелких сосудов, способствуют рецидиву геморрагического инсульта и провоцируют возрастную макроангиопатию [14]. Вероятно, внутриклеточное накопление мутантного коллагена в эндотелиальных клетках сосудов и перицитах является ключевым пусковым фактором увеличения проницаемости ГЭБ и развития геморрагического инсульта.

При инсульте повышение проницаемости ГЭБ является следствием воздействия протеолитических ферментов и деградации белков БМ сосудов [15]. ММР, преобладающие во внеклеточных эндопептидазах, могут разрушать белки ВКМ, например коллаген, протеогликаны, эластин или фибронектин БМ. Среди ММР желатиназы (ММР-2 и ММР-9) являются наиболее исследованными ферментами [16]. Данные желатиназы обладают способностью активировать многочисленные провоспалительные агенты, такие как хемокин CXCL-8, ИЛ-1β или ФНО-α. Кроме того, благодаря деградации коллагена IV типа и белков плотного соединения межклеточных контактов обеспечивается прохождение лейкоцитами эндотелиального слоя. Миграция лейкоцитов при реализации нейровоспаления регулируется и опосредуется множеством адгезивных и сигнальных молекул [17]. Часть этих молекул позволяет захватывать и пристыковывать клетки крови к стенке сосуда; другие — позволяют лейкоцитам перемещаться по апикальной поверхности эндотелиальных клеток к соответствующим участкам выхода из сосудистого русла. P. Chiu и S. Lai [18] подтверждают, что при увеличении проницаемости ГЭБ активность ММР-9 значительно повышалась. Следствием этого процесса была деградация белка клаудина-5 в плотном соединении между эндотелиальными клетками, деградация коллагена IV типа в БМ и структурного белка S100B в астроцитах мышей. Проницаемость ГЭБ значительно снижалась у мышей с генетическим выключением ММР-9, при этом менее выраженными были инфильтраты лейкоцитов в мозге мышей.

Результаты экспериментальных исследований подтверждают сосудистый и нейропротекторный эффекты ингибирования ММР-9. J. Gidday и соавт. [19] использовали мышей линии ММР-9 –/–, а также мышей с отсутствием ММР-9 в лейкоцитах или резидентных клетках головного мозга для проверки двух гипотез. Во-первых, способствует ли повреждению нейронов и глии ММР-9, секретируемая лейкоцитами, рекрутированными в мозг после ишемии; во-вторых, обеспечивает ли ММР-9 хемотаксис лейкоцитов в ишемизированный мозг, а по сути, является ли ММР фактором, провоцирующим нейровоспаление. Установлено, что степень альтерации ГЭБ, неврологический дефицит и объем инфаркта устранялись в равной степени у обоих видов мышей; а повышенная экспрессия ММР-9 в головном мозге через 24 ч реперфузии в основном выявлялась в лейкоцитах. Мыши ММР-9 –/– демонстрировали снижение лейкоцитарно-эндотелиальной адгезии и уменьшение количества нейтрофилов, инфильтрирующих ишемизированный мозг во время реперфузии. У этих животных также сохранялась иммунопозитивность коллагена IV типа микрососудов. В целом полученные результаты свидетельствуют, что нейтрофилы являются ключевым клеточным источником MMP-9, который в свою очередь способствует рекрутированию новых генераций лейкоцитов, вызывает разрушение ГЭБ вследствие деградации БМ микрососудов и в конечном итоге способствует повреждению нейронов после фокального инсульта.

Дальнейшие исследования [20] позволили обнаружить связь активности ММР-2 и ММР-9 с разрушением ГЭБ при геморрагической трансформации, связанной с ишемическим инсультом человека. Уровень ММР-9 был выше в геморрагической и ишемической зонах мозга по сравнению с контралатеральными областями; изменений активности ММР-2 не обнаружено. Иммуноцитологическое исследование выявило сильную ММР-9-позитивную нейтрофильную инфильтрацию, окружающую микрососуды головного мозга, что было связано с выраженной деградацией коллагена IV типа БМ и экстравазацией клеток крови. Активность ММР-9 была также высокой в эндотелии микрососудов геморрагической и ишемической зон. Нейтрофилы, окружающие микрососуды, были основным источником ММР-9 в геморрагической области. Таким образом, нейтрофильная инфильтрация в ишемической и геморрагической областях мозга проявляется высокой активностью ММР-9, что сопровождается деградацией коллагена БМ сосудов и повышением проницаемости ГЭБ.

К изучению механизмов геморрагической трансформации инсульта возвращаются [21] в связи с высоким риском развития данного осложнения после терапии тканевым рекомбинантным активатором плазминогена (rt-PA) у больных с сахарным диабетом. Моделирование ситуации в эксперименте показало, что при диабете повышается уровень гликированного CD147 (индуктор ММР) и кавеолина-1 в эндотелии сосудов и астроцитах. Введение таким крысам rt-PA после окклюзии мозговой артерии сопровождалось существенным приростом активности ММР и увеличением проницаемости ГЭБ. In vivo агонист GLP-1R (endogenous glucagon-like peptide-1 receptor) подавлял гликирование CD147 и снижал активность ММР, при этом уменьшалась проницаемость ГЭБ. Таким образом, активация ММР может сопровождаться геморрагической трансформацией инсульта при введении активатора плазминогена, а подавление гликирования молекулы CD147 является многообещающей терапией для лечения больных с сосудистыми осложнениями сахарного диабета.

Возникает вопрос — имеют ли отношение компоненты ВКМ к повышению проницаемости стенки капилляра.

Анализ проблемы требует привлечения фактического материала, касающегося васкулогенеза. В связи с этим представляет интерес публикация [22], в которой воспроизводится взаимодействие астроцитов и перицитов в процессе формирования стенки примитивных эндотелиальных тубул. На начальных этапах астроциты и перициты подавляли пролиферацию эндотелия. В процессе дифференцировки стенки сосудов астроциты обеспечивали уменьшение количества сформированных тубул, при этом увеличивались их диаметры и длина; перициты демонстрировали противоположный эффект. Перициты также индуцировали корректное расположение белковых молекул между эндотелиальными клетками, поляризацию просвета сосудов и функциональную активность АТФ-связывающих переносчиков. Оказалось, что присутствие астроцитов и перицитов необходимо для поддержания оптимальных характеристик ГЭБ во время гипоксии мозга. Позднее [23] подтвердили, что после церебральной ишемии ремоделирование ВКМ в сосудистой сети головного мозга критически модулирует активацию эндотелиальных клеток, индуцированную провоспалительными цитокинами. Концепцию данного механизма можно представить следующим образом: (а) в эндотелиальных клетках и перицитах усиливалась активность киназы ERK1/2 (extracellular-regulated kinase 1/2), индуцированной интерлейкином-1β (ИЛ-1β), и фактора NF-kB (nuclear factor kB), а также синтез цитокин-индуцированного хемоаттрактанта нейтрофилов (CINC-1, англ.: cytokine-induced neutrophil chemoattractant); ответы отменялись при селективной блокаде интегрина; (б) в эндотелиальных клетках и периваскулярных астроцитах повышалась экспрессия белков БМ, что сопровождалось кластеризацией винкулина, экспрессией интегрина β1 и активностью киназы IRAK-1 ассоциированной с рецептором ИЛ-1; (в) в кровеносных сосудах головного мозга в зависимости от времени окклюзии мозговой артерии повышалось содержание молекул фибронектина и коллагена IV типа. При этом синтезированный фибронектин и коллаген IV типа (а также ламинин-1 и фибриллин-1) способствовали адгезии эндотелиальных клеток к БМ капилляров; эффект отменялся пептидом RGD (Arg-Gly-Asp) или специфическими интегринами β1, α4, α5.

В связи с участием перицитов в ремоделировании капилляров мозга необходимо понимать, как отдельные компоненты ВКМ влияют на поведение перицитов и не связано ли это с прямым действием цитокинов. Удалось обнаружить ряд интересных фактов: 1) фибронектин и коллаген способствуют пролиферации и миграции перицитов, тогда как протеогликан гепарансульфат оказывал ингибирующее влияние; 2) перициты капилляров головного мозга экспрессируют высокие уровни 5-интегрина и более низкие уровни 1-, 2- и 6-интегринов; 3) при нейровоспалении ФНО-α стимулирует пролиферацию и миграцию перицитов и одновременно индуцирует переключение экспрессии интегринов с α1 на α2; 4) α1-интегрин экспрессируется перицитами как в стабильных сосудах, так и подвергающихся морфологическим изменениям, тогда как экспрессия перицитами α2-интегрина сильно индуцировалась в сосудах мозга при ремоделировании их стенки; 5) α2-интегрин опосредует адгезию перицитов к коллагеновым волокнам, а его блокада отменяет влияние ФНО-α на морфогенез сосудов [24]. Таким образом, приведенная цепь фактов подтверждает, что компоненты ВКМ оказывают важное влияние на статус перицитов при ремоделировании сосудов, а ФНО-α стимулирует активацию перицитов α2-интегрин-зависимым образом. Ключевым моментом ремоделирования стенки сосудов с участием перицитов может быть противостояние эффектов гепарансульфата, ограничивающего активацию перицитов в стабильных сосудах, и ФНО-α, который во время нейровоспаления запускает переключение экспрессии интегринов перицитов с α1 на α2, тем самым стимулируя пролиферацию и миграцию перицитов.

Еще один аспект участия перицитов в ремоделировании ВКМ связан с их участием в фиброзировании зоны нейровоспаления после ишемии мозга. Перициты считаются источником фибробластоподобных клеток в ЦНС. В связи с этим выяснили механизмы контроля над перицитами в производстве белков внеклеточного матрикса [25]. Иммуногистохимия продемонстрировала повышение экспрессии рецептора PDGFRβ (platelet-derived growth factor receptor β) в клетках периинфарктных областей мозга через 3—7 дней после моделирования инсульта. В дальнейшем клетки мигрировали от периинфарктных областей к центру ишемии, где экспрессировали фибронектин и коллаген I типа. Напротив, десмин и α-актин гладких миоцитов (маркеры перицитов), экспрессировались только в стенке капилляров. У мышей с отсутствием PDGFRβ экспрессия фибронектина и коллагена I типа ослаблялась, при этом увеличивался объем инфаркта после ишемического инсульта. Индуцированная активация фибронектина и коллагена I типа подавлялась ингибитором PDGFRβ (SU11652). Таким образом уровень экспрессии PDGFRβ в перицитах может быть решающим фактором, определяющим фиброз после ишемического инсульта.

Подтверждение значимости рецептора к PDGFβ в ремоделировании стенки сосуда было получено при анализе морфогенеза церебральной аутосомно-доминантной артериопатии, сопровождающейся подкорковыми инфарктами и лейкоэнцефалопатией (CADASIL) [26]. Патология проявляется накоплением агрегатов внеклеточного домена NOTCH3 (N3ECD extracellular domain) вдоль капилляров и осаждением гранулированного осмиофильного материала. L. Craggs и соавт. [27] оценили характер распределения перицитов в связи с отложениями N3ECD в церебральных микрососудах пациентов с CADASIL. Иммуноцитохимическое исследование выявило рецептор к PDGFRβ в перицитах капилляров и мелких артериол серого и белого вещества мозга. Имело место значительное совпадение локализации PDGFRβ позитивных клеток и агрегатов N3ECD в капиллярах. Количество PDGFRβ клеток коррелировало с экспрессией коллагена IV типа БМ, но не было связано с экспрессией переносчика GLUT-1 (маркера эндотелиальных клеток). Таким образом, активация перицитоподобных клеток связана с морфологическими изменениями сосудов при CADASIL.

Представленные факты позволяют предположить, что направленная экспрессия специфических молекул и ферментов деградации ВКМ может привести к разработке новых терапевтических стратегий, позволяющих ограничить нейровоспаление и проницаемость ГЭБ, восстановить пластичность синапсов и ускорить восстановление мозга после повреждения.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.