Ишемическое посткондиционирование сердца. Часть III

В предыдущих статьях мы достаточно подробно изложили читателю сведения, касающиеся основных проявлений и триггерного механизма ишемического посткондиционирования. В данном обзоре мы анализируем публикации, посвященные сигнальному механизму посткондиционирования.

Основываясь на сходстве эффектов пре- и посткондиционирования, исследователи предположили, что в механизме посткондиционирования задействованы те же самые сигнальные системы, что и в прекондиционировании: PI3-киназа (PI3K), Akt-киназа (anti-apoptotic kinase), протеинкиназа С (ПКС), митоген-активируемая протеинкиназа (МАПК), ERK-киназа (extracellular signal regulated kinase), тирозинкиназа, p38-киназа (МАПК с молекулярным весом в 38 кДа), JNK-киназа (от c-Jun N-terminal kinase), митКАТФ-каналы (митохондриальные АТФ-чувствительные К+-каналы), MPT-пора (mitochondrial permeability transition pore – пора, изменяющая проницаемость митохондрий) [1, 29]. Активные формы кислорода могут быть как триггерами посткондиционирования, так и медиаторами сигнального механизма, обеспечивающего повышение толерантности сердца к реперфузионным повреждениям.

Исследователи из Лондона [23] установили, что ингибиторы PI3-киназы вортманнин и LY294002 в опытах на изолированном перфузируемом сердце крысы полнос- тью ингибируют кардиопротекторный эффект посткондиционирования. Посткондиционирование сопровождалось фосфорилированием Akt-киназы (что обычно свидетельствует об активации фермента), эндотелиальной NO-синтазы (eNOS) и p70S6-киназы (70-kDA ribosomal protein s6 kinase – киназа с молекулярной массой 70 кДа, которая фосфорилирует рибосомальный белок). Фосфорилирования не отмечалось в условиях ингибирования PI3-киназы. Авторы пришли к заключению, что посткондиционирование связано с активацией PI3-киназы, Akt-киназы, eNOS и p70S6-киназы. В 2005 г. X.M. Yang и соавт. [28] подтвердили данные британских коллег. В экспериментах на изолированном сердце кролика они показали, что ингибитор PI3-киназы вортманнин полностью устраняет инфаркт-лимитирующий эффект посткондиционирования. Однако C.E. Darling и соавт. [9] не смогли подтвердить данные лондонских физиологов. Они показали, что кардиопротекторный эффект посткондиционирования сохраняется в условиях блокады PI3-киназы препаратом LY294002, а фосфорилирования Akt после посткондиционирования не отмечается. Несколько неожиданный результат получили исследователи из Бетесды (США) [21]. Они установили, что посткондиционирование не влияет на размер инфаркта, но вызывает фосфорилирование Akt-киназы и p70S6-киназы. Получается, что ограничение размеров очага некроза и активация названных киназ – два невзаимосвязанных события. Вместе с тем в опытах на изолированном сердце крысы показано, что вортманнин и LY294002 ингибируют кардиопротектор-ный эффект посткондиционирования, и тем самым подтверждается факт участия PI3-киназы в посткондиционировании [4]. Сходные данные получили M. Zhu и соавт. [33]. В опытах на изолированном сердце крысы они установили, что LY294002 – ингибитор PI3-киназы – устраняет защитный эффект посткондиционирования. Кроме того, авторы публикации обнаружили активацию Akt и фосфорилирование eNOS, GSK3β (glycogen synthase kinase 3β) и p70S6-киназы, что принято расценивать как ингибирование GSK3β и активацию eNOS и p70S6-киназы.

В 2004 г. X.M. Yang и соавт., выполняя эксперименты на изолированном сердце кролика, показали, что блокада киназ MEK-киназы и ERK-киназы полностью устраняет инфаркт-лимитирующий эффект посткондиционирования [26]. Годом позже в независимом исследовании, выполненном C.E. Darling и соавт., подтверждено участие ERK-киназы в посткондиционировании [9]. В 2006 г. физиологи из Бетесды установили факт фосфорилирования ERK-киназы, но не смогли обнаружить кардиопротектор-ный эффект посткондиционирования [21]. Эти результаты можно расценивать как доказательство отсутствия причинной взаимосвязи между активацией ERK-киназы и повышением устойчивости сердца к патогенному действию реперфузии. В то же время исследователи из Цюриха (Швейцария) не смогли подтвердить участие ERK-киназы в посткондиционировании [33].

Физиологами из Университета Атланты получены данные об участии ПКС в механизме посткондиционирования [30]. В опытах in vivo на крысах показано, что неселективный ингибитор ПКС хелеритрин или селективный блокатор ПКСε KIE1-1 устраняют кардиопротекторный эффект посткондиционирования. Указанные ингибиторы не влияли на размер инфаркта у крыс с ишемией-реперфузией без посткондиционирования. Селективный блокатор ПКСд роттлерин у этих животных уменьшал соотношение размера инфаркта/области риска (РИ/ОР), но не влиял на инфаркт-лимитирующий эффект посткондиционирования [30]. Посткондиционирование способствовало двукратному увеличению фосфорилированной ПКСε в гомогенате сердца и вызывало двукратное уменьшение количества ПКСδ, связанной с митохондриями [30]. Имеются литературные данные о том, что транслокация ПКСδ в митохондрии во время реперфузии способствует усилению продукции этими органеллами супероксидного радикала и нарушению функции митохондрий [5]. Активация ПКСδ и транслокация фермента в митохондрии способствует гибели кардиомиоцитов во время реперфузии в результате апоптоза [19]. Ингибирование ПКСδ способствует увеличению устойчивости сердца к реперфузионным повреждениям [14, 15]. Напротив, активация ПКСε обеспечивает повышение толерантности сердца к патогенному действию ишемии-реперфузии [15]. В опытах на изолированном перфузируемом сердце крысы показано, что селективная блокада ПКСδ имитирует феномен посткондиционирования [16]. Сопоставив эти данные, можно прийти к выводу, что отмеченные во время посткондиционирования активация ПКСε и уменьшение количества ПКСδ, связанной с митохондриями, способствуют повышению толерантности сердца к реперфузионным повреждениям.

В литературе приводятся данные о том, что в посткондиционировании участвуют так называемые “киназы смерти” (death kinases). К ним относится p38-киназа и JNK [32]. По мнению некоторых авторов, активация этих киназ способствует гибели клеток во время ишемии-реперфузии. В экспериментах на изолированных кардиомиоцитах показано, что гипоксическое посткондиционирование подавляет реоксигенационный апоптоз клеток сердца, одновременно снижается количество фосфорилированной p38-киназы и JNK [31]. Неспецифический активатор p38-киназы и JNK анизомицин устраняет защитный эффект посткондиционирования. На основании полученных результатов исследователи пришли к выводу о том, что дефосфорилирование p38-киназы и JNK имеет прямое отношение к цитопротекторному эффекту посткондиционирования [31]. Позже эти данные были подтверждены тем же коллективом авторов [22].

В 2004 г. в лаборатории проф. J.M. Downey получено подтверждение того, что в механизме посткондиционирования может быть задействована NO-синтаза [27]. Выполняя эксперименты на изолированном сердце кролика, американские физиологи показали, что кардиопро-текторный эффект посткондиционирования не проявляется в условиях блокады NO-синтазы.

Гуанилатциклаза является одним из ключевых ферментов сигнальной цепи посткондиционирования. Американские физиологи [28], выполняя эксперименты на изолированном сердце кролика, показали, что блокада гуанилатциклазы препаратом ODQ приводит к исчезновению кардиопротекторного эффекта посткондиционирования.

Исследователи предполагают, что в цепи сигнальных событий во время посткондиционирования митохондриальные КАТФ-каналы являются одним из конечных звеньев [24, 32]. Первая публикация об участии КАТФ-каналов в механизме посткондиционирования появилась в 2004 г. [27]. Тогда в экспериментах на изолированном сердце кролика было показано, что неселективный ингибитор КАТФ-каналов глибенкламид и селективный блокатор митКАТФ-каналов 5-гидроксидеканоат полностью устраняют инфаркт-лими-тирующий эффект посткондиционирования.

Гипотетическим конечным эффектором посткондиционирования является MPT-пора [10, 24]. Известно, MPT-пора находится в закрытом состоянии во время ишемии, а ее открытие во время реперфузии индуцирует апоптоз кардиомиоцитов [11, 17]. Первые данные об участии названной поры в механизме посткондиционирования получены в 2005 г. [2]. Французские исследователи установили, что посткондиционирование блокирует открытие MPT-поры, а селективный ингибитор MPT-поры NIM811 имитирует инфаркт-лимитирующий эффект посткондиционирования [2]. Годом позже они подтвердили свои данные [4]. Блокатором MPT-поры является также белок Bcl-2 (B-cell lymphoma 2 protein) [17]. Исследователи из Милуоки (США) изучали его роль в механизме посткондиционирования [25]. Ими установлено, что внутрибрюшинное введение кроликам селективного ингибитора Bcl-

2 HA14-1 полностью устраняло кардиопротекторный эффект посткондиционирования. Авторы сделали вывод, что защитный эффект посткондиционирования связан с блокадой MPT-поры белком Bcl-2 [25]. Открытие MPT-поры индуцирует другой белок – Bax [17]. Американские физиологи обнаружили, что посткондиционирование супрессирует экспрессию белка Bax [22]. Следовательно, защитный эффект посткондиционирования связан с модулирующим действием на MPT-пору белков Bcl-2 и Bax.

В настоящее время показано существование функциональной взаимосвязи между гуанилатциклазой (ГЦ), протеинкиназой G (ПКG), которые расположены в цитоплазме, и митохондриальной ПКС ε (митПКС ε ), митК_АТФ-каналами и MPT-порой, локализованными в митохондриях. Так, например, установлено, что активация митК_АТФ-каналов диазоксидом блокирует открытие MPT-поры во время ишемии-реперфузии [12]. В 2008 г. A. Kuno и соавт. [18] в опытах на изолированном сердце кролика показали, что фармакологическая активация ПКG за 5 мин до начала реперфузии имитирует феномен посткондиционирования. Установлено, что из цитоплазмы цГМФ и ПКG передают сигнал к расположенным на внутренней мембране митохондрий К_АТФ-каналам. Это ведет к открытию последних, генерации активных форм кислорода (АФК) и, в конечном итоге, к повышению толерантности сердца к ишемии-реперфузии [6, 20].

Оставалось неизвестным, что выступает в роли посредника между ПКG и митК_АТФ-каналами. Исследователи из лаборатории K.D. Garlid (2008) полагают, что в роли такого посредника выступает митохондриальная ПКС ε [7]. Эти авторы обнаружили ПКС ε в митохондриях и показали, что активация митК_АТФ-каналов диазоксидом приводит к закрытию MPT-поры. “Ловушка свободных радикалов” MPG (2-mercaptopropionyl glycine) и блокаторы ПКС ε предотвращали названный эффект диазоксида. В ходе исследования установлено, что ПКG-опосредованное ингибирование MPT-поры блокируется MPG, селективными блокаторами митК_АТФ-каналов и ПКС ε . Американские исследователи нашли, что активация ПКС ε форбол-12-миристат-13-ацетатом или H₂O₂ ведет к митК_АТФ-канал-независимому ингибированию MPT-поры. В то же время активация ПКС ε протеинкиназой G или пептидом ψε RACK не приводит к прямому ингибированию MPT-поры, а требует активации митК_АТФ-каналов. Сопоставив эти данные, A.D. Costa и соавт. [7] постулировали существование в митохондриях двух пулов ПКС ε . Первый фосфорилирует митК_АТФ-каналы, что ведет к открытию названных каналов, второй обеспечивает фосфорилирование MPT-поры, что приводит к закрытию поры. Показано, что ПКС ε связывается с VDAC (voltage-dependent anion channel), который является структурным компонентом MPT-поры, и фосфорилирует этот белок [3]. Полагают, что ПКG фосфорилирует на внешней мембране митохондрий неизвестный белок-рецептор (R1), который передает сигнал на ПКС ε , связанную с внутренней мембраной митохондрий [8]. Кроме того, высказывается точка зрения, что на внешней мембране названных органелл присутствует неизвестный белок-рецептор (R2), который фосфорилируется цитоплазматической ПКС ε и Src-киназой (тирозинкиназа) и передает сигнал на митПКС ε [8].

Анализ представленных данных позволяет предполагать, что во время посткондиционирования выстраивается следующая цепочка событий: посткондиционирование → G-белок-сопряженные рецепторы → PI3-киназа → Akt-киназа → eNOS → NO → ГЦ → цГМФ → ПКG → R1 → митПКС ε 1 → митК_АТФ-канал → АФК → митПКС ε 2 → MPT-пора → супрессия апоптоза. Другой сигнальный путь, который включает посткондиционирование: → G-белок сопряженные рецепторы → белок Ras → MEK-киназа → ERK1/2-киназа → супрессия апоптоза [13] – не представляется бесспорным и требует дополнительного изучения.

Выше мы неоднократно отмечали сходство прекондиционирования и посткондиционирования. Однако речь все же идет о двух разных феноменах, механизм которых должен быть различен. Таких различий пока найдено немного. Так, установлено, что прекондиционирование вызывает активацию р38 МАПК и JNK [13]. В то же время посткондиционирование сопровождается ингибированием названных киназ [22, 34]. Видимо, различия в сигнальном механизме пре- и посткондиционирования будут выявлены в будущих исследованиях.

Таким образом, анализ литературных данных позволяет нам утверждать, что в посткондиционировании сердца ключевую роль играют PI3-киназа, Akt-киназа, eNO-синтаза, NO, гуанилатциклаза, протеинкиназа G, белок R1, митПКС ε 1, митК_АТФ-канал, АФК, митПКС ε 2, MPT-пора, белок Ras, MEK-киназа, ERK1/2-киназа. Вполне вероятно, что в недалеком будущем для профилактики реперфузионных повреждений сердца будут использоваться активаторы перечисленных звеньев сигнальной цепи.

Работа подготовлена при поддержке государственных контрактов №02.740.11.0714, контракт №11.519.11.2016, № 11.519.11.2028, и РФФИ гранты: 1004-00288, 11-04-00467, 11-04-98001, 11-04-98000, 1104-98004, 12-04-91152. Авторы выражают признательность Н.А. Данильченко, Р.В. Ужаченко, И.С. Хохловой, В. Ключарёву за техническую помощь при подготовке обзора.