Сайт издательства «Медиа Сфера»
содержит материалы, предназначенные исключительно для работников здравоохранения. Закрывая это сообщение, Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.

Рожченко Л.В.

«РНХИ им. проф. А.Л. Поленова» — филиал ФГБУ «СЗФМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России, Санкт-Петербург, Россия

Молекулярные механизмы роста и рецидивирования церебральных артериовенозных мальформаций

Журнал: Медицинские технологии. Оценка и выбор. ;(): 94‑100

Просмотров : 144

Загрузок :

Как цитировать

Рожченко Л.В. Молекулярные механизмы роста и рецидивирования церебральных артериовенозных мальформаций. Медицинские технологии. Оценка и выбор. ;():94‑100.
Rozhchenko LV. Molecular mechanisms of growth and relapse of cerebral arteriovenous malformations. Medical Technologies. Assessment and Choice. ;():94‑100. (In Russ., In Engl.).
https://doi.org/10.17116/neiro20208401194

Авторы:

Рожченко Л.В.

«РНХИ им. проф. А.Л. Поленова» — филиал ФГБУ «СЗФМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России, Санкт-Петербург, Россия

Все авторы (1)

АВМ — артериовенозные мальформации

ТСП-1 — Thrombospondin-1, тромбоспондин 1-го типа

ALK — activin receptor-like kinase, активин-рецептороподобная киназа

ANG — angiopoietin, ангиопоэтин

Dll — delta like ligand, трансмембранные лиганды системы Notch

ENG — эндоглин

HIF — hypoxiainducible factor, индуцированный гипоксией фактор

IL-6 — интерлейкин-6

MMP — matrix metalloproteinase, матриксная металлопротеиназа

PDGF — platelet-derived growth factor, тромбоцитарный фактор роста

SNP — одиночный нуклеотидный полиморфизм

TIE — endothelial cell-specific tyrosine kinase, тирозинкиназный рецептор эндотеальных клеток для ANG

TGF — transforming growth factor, трансформирующий фактор роста

VEGF — vascular endothelial growth factor, фактор роста эндотелия сосудов

Артериовенозные мальформации (АВМ) встречаются с частотой около 1,1 на 100 тыс. взрослого населения в год и являются не самым распространенным сосудистым заболеванием головного мозга [1, 2]. АВМ могут образовываться спорадически или в рамках генетических синдромов; первично ассоциированной с АВМ является наследственная геморрагическая телеангиэктазия (синдром Ослера—Вебера—Рандю). За последние два десятилетия выяснено, какие генетические, молекулярные и клеточные факторы участвуют в процессе образования, роста и разрыва АВМ [3—8]. Открытие и распространение новых данных об основных механизмах развития АВМ может стать стимулом к выявлению биомаркеров риска и прогноза, а также появлению новых методов лечения [7].

Известно, что более 860 генов участвуют в формировании церебральных АВМ, из них около 300 проявляются с повышенной экспрессией и 560 являются подавленными. Одиночные нуклеотидные полиморфизмы (SNP) ангиогенных факторов, представляющие собой последовательность вариаций ДНК, впервые связаны с образованием и риском разрыва церебральных АВМ [3, 5, 7].

Формирование сосудистой системы мозга проходит в два этапа. Первый — васкулогенез — формирование кровеносной сосудистой системы в период раннего эмбриогенеза, когда мезодермальные клетки дифференцируются в гемангиобласты (общие предшественники клеток гемопоэза и эндотелиальных клеток (ангиобластов), дающих начало кровеносным сосудам). Стадия васкулогенеза проходит вне мозговой трубки и завершается формированием первичного сосудистого сплетения. Все дальнейшие преобразования сосудистой сети происходят в процессе второго этапа — ангиогенеза, при котором новые сосуды образуются из уже существующих [8, 9]. На стадии ангиогенеза первичное сосудистое сплетение превращается в высокоорганизованную сосудистую сеть за счет роста и ветвления капилляров. Ангиогенез начинается с локального разрушения стенки ранее существующего сосуда, активации пролиферации и миграции клеток эндотелия. Клетки эндотелия сливаются в трубчатые структуры, вокруг которых в дальнейшем формируются стенки сосудов. Для понимания механизмов ангиогенеза важно изучать процессы, регулирующие биологическую активность двух основных типов клеток: клеток эндотелия и перицитов — клеток, формирующих стенки сосудов [5, 8—10]. Активацию эндотелиальных клеток обеспечивают факторы роста, образующиеся в самих эндотелиальных клетках, а также компоненты внеклеточного матрикса. Прекращение действия этих факторов возвращает эндотелиальные клетки в состояние покоя. Факторами роста называют группу белковых молекул, индуцирующих синтез ДНК в клетке. Каждый тип факторов роста связывается с его собственным специфическим рецептором и запускает процессы регуляции роста, дифференцировки и экспрессии генов, а также апоптоз. Факторы роста разделяют на индукторы и ингибиторы ангиогенеза, последние в норме превалируют над индукторами. В результате во взрослом организме процесс ангиогенеза подавлен, и только у 0,01% эндотелиальных клеток сохраняется способность к делению. Уменьшение синтеза ингибиторов или увеличение секреции индукторов приводит к стимуляции ангиогенеза [9].

АВМ представляет собой конгломерат артерий и вен, формирующих сеть прямых артериовенозных шунтов с высокой скоростью кровотока. Согласно общепринятой гистопатологической концепции, АВМ — это очаг, в котором отсутствует истинное капиллярное ложе. Тем не менее доказано наличие группы дилатированных капилляров, находящихся в непосредственной близости от АВМ (так называемых giant bad capillaries), диаметр которых в 10—25 раз превышает диаметр нормальных. Они связаны через артериолы и венулы не только со структурами АВМ, но и с системой нормальной капиллярной сети, изменяя гемодинамику и приводя к ишемизации мозговой ткани. Вполне возможно, что эта аномальная капиллярная сеть является морфологическим резервом роста и рецидивирования АВМ. Клетки, культивируемые из хирургических образцов АВМ головного мозга, демонстрируют скорость пролиферации, в 1,8—6,4 раза превышающую таковую в нормальных покоящихся цереброваскулярных эндотелиальных клетках, что приближается к скорости роста эндотелиальных клеток в прогрессирующих опухолях [11]. Главным регулятором как физиологического, так и патологического ангиогенеза является фактор роста эндотелия сосудов (VEGF — Vascular endothelial growth factor), стимулирующий рост и деление только эндотелиальных клеток. Он активирует два близких по строению мембранных тирозинкиназных рецептора VEGF, локализованых на поверхности клеток эндотелия (VEGFR1 и VEGFR2), предварительно связываясь с ними. Экспрессия VEGF максимальна во время эмбрионального развития, но во взрослой церебральной сосудистой сети этот фактор роста в норме подавлен. Тот факт, что в АВМ экспрессируются эмбриологические субстраты, подразумевает, что образование мальформаций является активным процессом, начинающимся внутриутробно и продолжающимся после рождения.

Если бы все клетки эндотелия реагировали на ангиогенный стимул VEGF в равной степени, то часть сосудистой сети, на которую оказано воздействие, должна была бы разрушиться, и кровоснабжение ткани в этой области было бы нарушено. Чтобы этого не происходило, существует механизм, с помощью которого для инициации ангиогенного разрастания отбираются лишь некоторые из клеток эндотелия, находящихся внутри сосуда (так называемые tip-клетки). При росте новых сосудов они занимают лидирующее положение: реагируют на градиент VEGF, задающий направление их миграции, и возглавляют продвижение растущего капилляра [12—14]. Под действием ангиогенного стимула VEGF у tip-клеток кардинально меняется фенотип, они приобретают инвазивность и способность к перемещению, активируют матриксные металлопротеиназы (ММР), разрушающие прилежащую базальную мембрану, что изменяет контактные взаимодействия между tip-клетками и окружающими клетками эндотелия. Отбор tip-клеток контролируется рецепторами семейства Notch и их трансмембранными лигандами Dll4 (Delta like ligand 4) [13]. VEGF, воздействуя на клетки эндотелия, активирует в них экспрессию Dll4 и его рецепторов Notch. В ответ на это tip-клетки выбрасывают филоподии в направлении градиента VEGF в ткани. При этом пролиферации самих tip-клеток в ответ на воздействие VEGF не происходит. Пониженные уровни экспрессии Dll4 или блокирование Notch-зависимого каскада сигнализации усиливают образование tip-клеток, приводящее к чрезмерному усилению локального ангиогенеза и к нарушению правильного формирования новых сосудов. Сверхэкспрессия VEGF при развитии мозга вызывает чрезмерное образование аномальных кровеносных сосудов с формированием АВМ.

После того как отобрались и начали свое продвижение tip-клетки, начинают формироваться новые капилляры за счет пролиферации и миграции других клеток эндотелия (stalk-клеток), также стимулируемых VEGF. Таким образом, VEGF независимо контролирует миграцию двух различных субпопуляций клеток эндотелия: tip-клеток и stalk-клеток. P. Murphy и соавт. (2014) получили данные о том, что белки, участвующие в передаче сигналов Notch, экспрессируются в удаленных во время операции церебральных АВМ [13, 15]. Из множества генов, вовлеченных в регуляцию васкулогенеза и ангиогенеза, значительные дефекты развития сосудистой системы и гибель эмбрионов возникают лишь в случае потери участка ДНК только одного из аллелей генов VEGF и Dll4 [16, 17]. Эндотелиальная сверхэкспрессия Notch-4 и его лигандов (Jagged 1 и 2 — лигандов stalk-клеток и Dll 1, 3, 4 — лигандов tip-клеток) приводит к образованию церебральных АВМ у мышей [18]. Усиление экспрессии лигандов Notch (Jagged 1 и 2) изменяет синтез маркеров артериального и венозного эндотелия (Ephrin B2 и Eph B4) в сосудах экспериментальных АВМ. Это приводит к нарушению специфичности эндотелиальных клеток (артериальных и венозных) при образовании АВМ [16, 17]. Таким образом, Notch и его лиганды участвуют в патогенезе церебральных АВМ несколькими способами: 1) усиление ангиогенеза; 2) ухудшение конструкции стенки сосуда; 3) изменение артериальной и венозной специфичности эндотелиальных клеток [19, 20].

После открытия ангиогенных факторов основное внимание исследователей привлечено к регуляции клеток эндотелия. Однако клетки, образующие стенки сосудов, также функционально важны, поскольку нарушение правильного формирования стенок вызывает повышение проницаемости сосудов. Начальным этапом созревания сосуда является слияние вновь образованного капилляра с другими капиллярами. При этом меняется поведение tip-клеток: вступая в контакт с другими tip-клетками или с уже существующими капиллярами, tip-клетки перестают двигаться, в месте контакта устанавливаются высокоадгезивные межклеточные взаимодействия и образуется просвет сосуда. Возникающий поток крови способствует стабилизации вновь образованного сосуда, а доставка кислорода, приносимого потоком крови, снижает локальный уровень экспрессии VEGF и других ангиогенных сигналов, ранее индуцированных гипоксией. Важным этапом созревания является привлечение клеток, формирующих стенки сосудов, — перицитов и гладкомышечных клеток. Перициты прилегают к эндотелию и формируют стенки капилляров и незрелых кровеносных сосудов, а накопление белков внеклеточного матрикса в прилежащей к клеткам эндотелия базальной мембране способствуют созреванию сосуда и его переходу в покоящееся состояние. В привлечении перицитов ключевую роль играет тромбоцитарный фактор роста (Platelet-Derived Growth Factor, PDGF). В процессе ангиогенеза повышенная экспрессия мРНК PDGF-β в tip-клетках вызывает пролиферацию, направленную миграцию и инкорпорацию в стенку сосуда перицитов, на поверхности которых экспрессирован рецептор PDGFR-β [21]. В stalk-клетках эндотелия экспрессия рецептора PDGFRβ не обнаружена, поэтому PDGFβ не оказывает на них воздействия. Уменьшение количества сосудистых перицитов коррелирует с нарушением целостности сосудов АВМ и риском развития внутричерепного кровоизлияния [22]. Более высокая экспрессия PDGF-β обнаружена в церебральных АВМ человека по сравнению с нормальными сосудами [23].

Важную роль в процессе ангиогенеза играет трансформирующий фактор роста TGF-β1 (transforming growth factor β1), который активируется при возникновении контакта между клетками эндотелия и перицитами. Активация TGF-β1 под влиянием PDGF, ANG и TIE-рецепторов приводит к угнетению пролиферации и миграции эндотелия и индуцирует дифференцировку мезенхимальных клеток-предшественников в перициты. Однако роль TGF-β1 в ангиогенезе более сложна, поскольку существует 2 типа рецепторов TGFβ с разнонаправленным действием — эндотелиально-специфичный подтип рецептора ALK1 увеличивает миграцию и пролиферацию эндотелия, а ALK5-рецептор, наоборот, угнетает их пролиферацию и миграцию. Ген эндоглин () кодирует белки в рецепторном комплексе TGFβ1. В норме эндоглин блокирует рецептор ALK5 (угнетение пролиферации эндотелия) и усиливает работу рецептора ALK1 (активация пролиферации эндотелия). При возникновении мутации эндоглина и/или ALK1 происходит формирование избыточной сосудистой сети АВМ. Блокирование действия ALK5/эндоглина усиливает развитие эндотелия, что приводит к дефициту созревания капиллярного сплетения, перекрывающего артериовенозный интервал, и образованию артериовенозных фистул. Таким образом, TGFβ может иметь решающее значение в росте и образовании АВМ [7, 17].

В регуляции сложных взаимодействий между эндотелием и окружающими клетками принимает участие еще одна сигнальная система — экспрессируемый клетками эндотелия тирозинкиназный рецептор TIE2 и его лиганды ангиопоэтины (ANG 1 и 2) [24]. Хотя оба эти лиганда связываются с TIE2, последствия их взаимодействия с рецептором оказываются различными. ANG1 стимулирует фосфорилирование TIE2, ANG2 представляет собой конкурентный ингибитор ANG1. TIE2 активирует транскрипцию PDGF и VEGF, стимулируя миграцию мезенхимных клеток к примитивному эндотелиальному сосуду. TIE2/ANG1-зависимый каскад сигнализации обеспечивает ассоциацию перицитов и эндотелия, уменьшает проницаемость сосудов и тем самым стабилизирует находящуюся в процессе созревания сосудистую систему [24]. Подавление ангиопоэтином-2 каскада передачи сигнала через рецептор TIE2 ингибирует приток перицитов, нарушает созревание сосуда и придает сосудам гиперчувствительность к стимулирующему действию VEGF. В норме в зрелой сосудистой сети выработка ANG2 подавляется, но в периваскулярной области вокруг церебральных АВМ наблюдается его сверхэкспрессия, обеспечивающая формирование аномально расширенных сосудов без зрелой структуры стенок. Выявлено, что в церебральных АВМ уровень ANG-1 на 30% ниже нормы, в то время как концентрация мРНК ANG-2 на 40% выше по сравнению с контролем [24, 25].

Важным звеном в передаче сигналов VEGF и ANG-2, способствующим ангиогенному разрастанию и разрыву АВМ, являются матриксные металлопротеиназы (MMP). Это протеолитические ферменты, которые деградируют перицеллюлярные вещества и базальную мембрану, запуская процесс ангиогенеза. Экспрессия MMP-9 выше в церебральных АВМ, чем в контрольной ткани [26]. R. Starke и соавт. обнаружили, что уровни MMP-9 в плазме у больных с АВМ, разрывавшимися до операции, были значительно выше, чем у больных с АВМ без разрыва и значительно увеличивались сразу после операции [27]. SNP MMP-9 и тканевого ингибитора MMP-4 (TIMP-4) также связаны с повышенным риском разрыва АВМ головного мозга. Это отмечено у пациентов с АВМ, которым проводился анализ генотипирования [28].

Таким образом, мы рассмотрели возможные роли факторов ангиогенеза в патогенезе церебральных АВМ: VEGF индуцирует эндотелиальный митогенез, мутации генов, ответственных за возникновение АВМ (, , ), активируют измененный Notch-каскад, который затем снижает передачу сигналов PDGF, а ангиогенный ответ приводит к образованию сосудов с аномальной структурой стенки. Исследования на животных показали, что, либо коррекция сигналов Notch [14], либо увеличение экспрессии PDGF [21] восстанавливают аномальную сосудистую структуру АВМ, следовательно, путем модуляции этих двух путей можно будет разрабатывать новые методы лечения АВМ.

Выявлено, что VEGF и его рецепторы экспрессируются в эндотелии сосудов почти 80% АВМ, резецированных после неполной эмболизации. В то же время, только 25% АВМ, которые не подвергнуты предоперационной эмболизации, экспрессируют эти факторы [20]. Это может объяснить, почему частично эмболизированные АВМ растут.

Далее обсуждаются механизмы стимуляции ангиогенеза после частичной эмболизации АВМ.

1. . Неполная эмболизация АВМ приводит к перестройке кровотока и формированию местной гипоксии внутри тела АВМ, повышая экспрессию проангиогенных факторов, в частности, индуцируемого транскрипционного фактора (HIF-1). HIF-1 способствует секреции SDF-1 (stromal-derived factor-1) в эндотелиальных клетках и увеличивает экспрессию VEGF примерно в 30 раз в течение нескольких минут после гипоксического воздействия [29]. В гипоксической среде HIF-1 проникает через ядерную мембрану в ядро, где действует как фактор, ускоряющий транскрипцию VEGF, PDGF, TGF, Notch. Одновременно повышается стабильность VEGF, в результате чего в 4 раза увеличивается период его полураспада [30]. Это необходимо, так как VEGF обеспечивает ангиогенез и сосудистую пролиферацию, пока метаболические потребности тканей не будут удовлетворены.

2. . Гистологическое исследование выявило развитие асептического воспаления и ангионекроза в АВМ уже через сутки после эмболизации ониксом [31]. Эта воспалительная реакция в стенке сосудов АВМ увеличивает высвобождение эндотелием АВМ интерлейкина 6 (IL-6), активирует экспрессию ММР-9, которая повреждает эндотелий сосудов АВМ и может привести к ее разрыву. Влияние воспаления на ангиогенез усилено полиморфизмом в генах провоспалительных цитокинов у пациентов с АВМ (аллеля IL6−174G). Локальное интранидальное повышение уровня мРНК IL-6 коррелирует с повышением уровня мРНК ММР-3, ММР-9. Наличие корреляции позволяет заключить, что IL-6 играет ключевую роль в ангиогенном каскаде [31].

3. . Перестройка кровотока после эмболизации АВМ с увеличением размеров высокопотоковых артериальных приводящих сосудов и сдвигом внутрипросветного напряжения потока крови в неэмболизированной порции АВМ стимулирует экспрессию VEGF, TGF, ММР-9, ENG в клетках эндотелия АВМ [29, 32].

Современные хирургические, эндоваскулярные и радиохирургические методы лечения высокопотоковых крупных АВМ сопровождаются относительно высокой инвалидизацией и летальностью [33], поэтому целесообразна разработка новых клеточных и молекулярных биологических методов лечения [34]. Текущая парадигма лечения AВМ не учитывает каких-либо особых факторов, связанных с генетикой или молекулярной конституцией конкретного пациента. Наступило время задуматься о том, что улучшение понимания механизмов роста АВМ может позволить нам изменить их естественное течение и оптимизировать тактику лечения [35].

Учитывая, что механизм разрыва AВM, как полагают, связан со способностью AВM к местному сосудистому ремоделированию, препараты, препятствующие этому процессу, образуют группу, теоретически привлекательную в качестве терапевтических средств. Например, доксициклин в очень низких дозах, как показано, ингибирует экспрессию мРНК ММР-9 и уменьшает активность церебральной ММР-9, обладая хорошей переносимостью и приемлемыми показателями осложнений [36]. Некоторые исследователи возлагают надежды на внутриартериальное использование бевацизумаба (моноклональное антитело к VEGF) [37]. Преимуществом такого введения перед внутривенным путем является более высокая концентрация при доставке лекарства в пораженный участок при значительном уменьшении общей дозы, что ведет к снижению системной токсичности и стоимости лечения. Несмотря на то что VEGF остается потенциальной мишенью антиангиогенной терапии, некоторые авторы считают, что прямая антиvegf-терапия может оказаться неэффективной или даже вредной из-за воздействия на нормальные сосудистые клетки [38]. Изучение Thrombospondin-1 (ТСП-1), естественного антагониста VEGF, имеющего очень низкую концентрацию в АВМ, может представлять интерес как альтернативный способ антиvegf-терапии. Доказано, что увеличение ТСП-1 может блокировать VEGF в АВМ, а микроРНК-18а, участвующая в посттранскрипционной регуляции экспрессии генов, увеличивает концентрацию ТСП-1 в АВМ. Это приводит к значительному снижению уровня VEGF в эндотелии мальформации, уменьшению его пролиферации и улучшению формирования структуры сосудистой стенки, не влияя при этом на эндотелий здоровых сосудов [38]. Более того, микроРНК-18а успешно проникает в клетки-мишени без дополнительных реагентов при внутривенной инфузии, что делает ее перспективным терапевтическим вариантом.

Выяснение молекулярных характеристик церебральных артериовенозных мальформаций и моделей их роста оказалось сложной задачей. Большая часть лабораторных работ по изучению артериовенозных мальформаций головного мозга имеет ограничения в виде иммуногистохимического исследования удаленных мальформаций, то есть биологически неактивной системы. Исследование моделей , таких как линии эндотелиальных клеток из образцов артериовенозных мальформаций, а также изучение молекулярных механизмов действия факторов роста артериовенозных мальформаций важны для создания новых потенциально эффективных лекарств. В обозримом будущем развитие новой биологической медикаментозной терапии в сочетании с эндоваскулярными технологиями и микрохирургическими методами оптимизирует клинические результаты.

Рожченко Л.В. — https://orcid.org/0000-0002-0974-460X; e-mail:

Рожченко Л.В. — e-mail:

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail