Endothelium as a target of pathological effects of viral infection

Эндотелиальные клетки (ЭК) выстилают внутреннюю поверхность всех кровеносных и лимфатических сосудов, создавая полупроницаемый барьер между кровью, лимфой и окружающими их тканями. Это свойство обуславливает тот факт, что все возможные входные порты вирусной инфекции находятся в тесном контакте с ЭК. Микроциркуляторное русло, состоящее из артериол, капилляров и посткапиллярных венул, составляет наибольшую поверхность сердечно-сосудистой системы и является основной составляющей, где происходит большинство физиологических процессов, связанных с эндотелием. Именно здесь проявляется большинство вызванных вирусом сосудистых повреждений [1].

Воздействие вирусов на клетки эндотелиальной и эндокардиальной выстилки до последнего времени было весьма дискутабельным [2; 3]. Предположение о возможном воздействии вирусной инфекции на эндотелий высказывалось нами на протяжении многих лет [4] и основано было на клиническом анализе течения сепсиса и внутрисердечной инфекции, в частности. Вирусная инфекция является инициализирующим фактором, который, наряду с гемодинамическими изменениями (травматизация эндокарда патологически направленными потоками крови) запускает каскад изменений, который в присутствии тран-зиторной бактериемии приводит к фиксации бактерий на подготовленном и «взрыхленном» эндокарде [4].

Механизмы воздействия вирусов на эндотелий и эндокард

Общей чертой вирусов, поражающих ЭК, является их способность вызывать тяжелые полиорганные заболевания. Клинические признаки терминальной стадии течения вирусной инфекции часто сходны с гипоперфузией, отеком, кровотечением и тромбозом, что указывает на нарушение функции центральных сосудов [2].

Оценка патологической анатомии сосудов позволяет заподозрить тропность вирусов к ЭК. Ряд клинико-экспериментальных исследований как с ЭК, так и кардиомиоцитами, позволил сделать ряд выводов. Имплантированные культуры являлись прежде всего «мостом» к замещению их аутологичными клеточными структурами. Несмотря на полученную клиническую эффективность следует отметить достаточно высокую уязвимость этих «протезированных клеток» в период их замещения и подверженность вирусной инфекции [5].

ЭК — важная мишень для большинства вирусов человека, включая бета- и гамма-герпесвирусы. Инфекция эндотелия имеет серьезные последствия как для вируса, так и для хозяина. Для вируса заражение ЭК может стать воротами для распространения в органы и резервуаром для долговременной персистенции. У хозяина репликация вируса и последующий иммунный ответ в эндотелии увеличивают проницаемость тканей и воспаление, способствуя развитию сосудистых заболеваний и усугублению их тяжести.

Повреждение эндотелия играет важную роль в патогенезе тромбоза, атеросклероза, ДВС и васкулита. Ряд вирусов человека обладает способностью инфицировать культуры ЭК, полученных из пупочной вены человека или грудной аорты крупного рогатого скота [2]. Friedman H.M. и соавт. еще в 1981 г. в серии работ

показали с помощью иммунофлуоресцентных методов инфицирование как эндотелия вен, так и эндотелия аорты вирусами простого герпеса типа 1, аденовирусом типа 7, вирусом кори и вирусом парагриппа типа 3. Вирус же эпидемического паротита, полиовирус типа 1 и эховирус типа 9 росли только в культурах венозных ЭК, а вирус Коксаки В4 был способен инфицировать только культуры ЭК, полученных из артерий крупного рогатого скота. Авторы отмечают, что при репликации некоторые вирусы вызывали острые литические изменения. Это позволило сделать вывод о весьма важном значении репликация вируса в эндотелии в патогенезе вирусного заболевания, вызывающего повреждение стенки сосуда [2].

Goodrum F. и Bughio F. (2015) из Аризонского университета удалось выделить ряд важных генетических детерминант тропизма различных вариантов цитомегаловируса человека к ЭК. Он отличается способностью как инфицировать широкий спектр типов клеток, так и длительно персистировать в клетках (продуктивно реплицируется в фибробластах, в латентном состоянии находится в гемопоэтических клетках-предшественниках и клетках миелоидного происхождения, другие типы клеток являются местами долговременного выделения этого вируса, поддерживая хроническую инфекцию, прежде всего эндотелиальную). Выявление механизмов тропизма к ЭК может позволить разработать новые мишени для противовирусных препаратов, ограничивающие репликацию в ЭК [3].

Поражение эндотелия сосудов чаще вызывает весьма специфичную, схожую с тромбоэмболическим поражением, реакцию. В дополнение к прямым повреждающим кардиальным эффектам (миокардиты, аритмии, васкулиты), вирусное воздействие осуществляется и косвенно — в результате неконтролируемого системного воспалительного процесса [6; 7]. Это дополнительно вовлекает сосудистый эндотелий путем рекрутирования лейкоцитов, инициации провоспалительных компонентов, приводящих закономерно к повреждению тканей, высвобождению цитокинов и формированию заключительных каскадов — острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС), диссеминированного внутрисосудистого свертывания (ДВС) крови, неконтролируемой гиперэргической воспалительной реакции.

Эпителий бронхов и ЭК капилляров являются важнейшими барьерами противовирусной защиты при инфицировании респираторными вирусами. Инфицирование вирусами вызывает реакцию комплекса эпителий-эндотелий. Однако, направленность ее, степень выраженности, временные и морфологические характеристики, по-видимому, отличаются. При инокуляции обычных респираторных вирусов мишенью повреждения является, прежде всего, ЭК. Реакция же ЭК является вторым этапом противоинфекционного противодействия, преимущественно при тяжелом течении заболеваний и генерализации инфекционного про- цесса. Такая стадийность процесса, вероятно, позволяет выиграть время.

ЭК характеризуются тканеспецифическими и сосудистыми профилями, которые, вероятно, и регулируют их восприимчивость и переносимость вирусной инфекции [8]. Огромное их разнообразие возникает благодаря сочетанию морфологических характеристик, которые определяют фенотипы с переменной устойчивостью [9]. Некоторые фенотипы митотически относительно стабильны (например, эпигенетические модификации ЭК артериальных и венозных сосудов) [10]. Другие же, наоборот, обеспечивают память о различных стимулах (примером могут быть биологически активные белки с длительным периодом полураспада в тельцах Вейбеля-Паладе) [11].

Таким образом, поддержание текучести крови, регуляция кровотока, контроль трансэндотелиальной экстравазации белков плазмы и контроль переноса лейкоцитов — все это отвечает на сигналы, генерируемые во время гомеостаза, гипоксии, воспаления и восстановления [12].

Нарушение регуляции функции микроциркулятор-ного русла опосредует отек и геморрагию при вирусных заболеваниях. Компоненты гликокаликса, покрывающие люминальную поверхность ЭК — гликопротеины с кислыми олигосахаридами и терминальными сиаловыми кислотами — придают суммарный отрицательный заряд [13]. Cиаловые кислоты весьма часто используются вирусами для прикрепления к клеточной поверхности [14]. Поэтому, поддержание целостности микрососудов зависит от перекрестного взаимодействия ключевых компонентов ЭК — гликокаликса и межклеточных соединений [13].

Венулярные ЭК жестко контролируют миграцию лейкоцитов из крови в ткани и организуют локальные воспалительные реакции, например, при вирусной пневмонии. Чтобы лейкоциты могли пересечь стенку сосуда, они должны сначала прикрепиться к поверхности эндотелия. Этот процесс происходит в посткапиллярных венулах воспаленных тканей и получил название каскада многоступенчатой адгезии. Захват и катание лейкоцитов на эндотелиальных поверхностях опосредуется Р-, Е- и L-селектинами, которые связывают гликозилированные лиганды. Это происходит в динамическом процессе, формируя и разрывая связи, поддерживающие захват и прокатку под действием напряжения сдвига. Р- и Е-селектин, по-видимому, являются наиболее важными селектинами, экспрессируемыми на активированных посткапиллярных венулах в нелимфоидных тканях. Роллинг лейкоцитов позволяет осуществлять их тесный контакт с ЭК, активируя интегрины лейкоцитов хемокинами, представленными гликокаликсом [15].

ЭК являются важным барьером, регулирующим гомеостаз тканей. В ответ на вирусную инфекцию они инициируют каскад иммунного ответа [16]. Эндотелий и эпителий образуют клеточный монослой, соединен-

ный плотными контактами (TJ), которые регулируют проницаемость монослоя и адгезивных контактов (AJ), которые обеспечивают межклеточные адгезионные взаимодействия. Легочный эндотелий состоит из макро- и микрососудистых ЭК. Эти легочные микрососудистые клетки являются частью альвеолярно-капиллярного/ эпителиально-эндотелиального барьера [17].

Клетки легочного эпителия часто являются воротами, а повреждение альвеол в дальнейшем опосредовано путем активации цитокинов и хемокинов и рекрутирования клеток из иммунной системы [18]. Вирусная инфекция не является основной причиной повреждения тканей. Оно возникает в результате острого гипериммунного воспаления, приводящего к массированному высвобождению цитокинов (интерлейкин (IL) -1β, IL-6 и фактор некроза опухоли-α (TNF-α)) [19], воздействуя на клетки паренхимы легких, поглощение кислорода и ЭК, приводя к эндотелииту, тромбозу и ДВС [20]. Эпителиальные/эндотелиальные поражения, опосредованные цитокинами/хемокинами, приводят к нарушению целостность гемато-воздушного барьера, способствуя повышению проницаемости сосудов, аль- веолярному отеку, инфильтрации лейкоцитов (макрофагов, нейтрофилов) и, как следствие общей гипоксии организма [15; 21].

Интенсивное и непрерывное высвобождение про-воспалительных цитокинов лежит в основе неконтролируемого генерализованного воспалительного процесса, характерного для синдрома острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС) и ведущего к повреждению легких [21], активацию системы комплемента (C3, C4 и C5b-C9) [6; 15] (Рис. 1).

Большое количество нейтрофилов у пациентов с тяжелыми формами поражения также связано с высоким уровнем активных форм кислорода (АФК), которые активируют каскад реакций, ведущих к повреждению тканей, тромбозу и нарушениям гемостаза [22]. Здоровый эндотелий производит антитромботические молекулы, такие как оксид азота (NO) и простациклин (PGI2) [23]. Эндотелиальная дисфункция, наблюдаемая у пациентов с вирусной инфекцией, связана с окислением и снижением уровня NO, увеличением молекул протромботической адгезии [24]. Эндотелиальная дисфункция, воспаление, выработка АФК и повышенный риск тромбоэмболии

ЭНДОТЕЛИОЦИТЫ И ВИРУСНАЯ ИНФЕКЦИЯ

D-димер

АСЕ2

I1

Деградация внеклеточного матрикса

Е-селектин

VCAМ-1 селекти

ICAM

Макрофаг

Отек

Повреждение эндотелия

Простациклин

АФК NET

TNF α , IL-1 β , IL-6, IL-8

Рис. 1. ЭК и легочный эпителий при вирусной респираторной инфекции. Связывание вируса с рецептором ACE2 на эндотелиоцитах приводит к активации системы комплемента, набора белков плазмы с функциями опсонизации в иммунной системе. Активация системы комплемента вызывает высвобождение провоспалительных цитокинов (например, TNF α , IL-1 β , IL-6, IL-8) и рекрутирование фагоцитарных клеток. Высвобождение этих цитокинов способствует активации эндотелия, что приводит к экспрессии селектинов (E-селектин и P-селектин) и интегринов (ICAM и VCAM), а также способствует рекрутированию нейтрофилов и моноцитов, вызывая повреждение эндотелия через высвобождение АФК, производство NET, деградацию внеклеточного матрикса и высвобождение большого количества провоспалительных цитокинов. Повреждение эндотелия вызывает активацию каскада свертывания и активацию тромбоцитов, что приводит к гиперкоагуляции и тромбозу. Дальнейшая активация NLRP3, приводя к воспалению, усиливает выработку IL-1 β и TNF α , что приводит к накоплению нейтрофилов, повышенному образованию АФК и NET, вызывающих повреждение эндотелия, отек легких и гибель клеток (по [6]с изменениями).

Эндотелий

Активация

Активация комплемента

Захват лейкоцитов

Тромбоз

Деградация внеклеточно матрикса

неразрывно связаны. АФК стимулируют экспрессию тканевого фактора и ингибируют протеин С, главный антикоагулянт [23]. Во время вирусной инфекции активация рецептора ангиотензина 1 также вызывает повышенное высвобождение АФК, а также чрезмерную активацию инфламмасомы NLRP3 и гибель эндотелиоцитов легких в результате пироптоза [25].

Таким образом, респрираторная вирусная инфекция вызывает повреждение эпителиально-эндотелиального барьера и разрыв этой системы. Исследования, сравнивающие ткани легких у пациентов, умерших от вирусной инфекции, продемонстрировали значительные изменения в морфологии эндотелия: потери контакта с базальной мембраной, разрыв межклеточных контактов [26]. Воспаление достигает эндотелиального уровня, а затем усиливается. Однако, повреждение эндотелия в большей степени связано с воспалительной аутологичной реакцией, а не с репликацией вируса или повышенной вирусной нагрузкой [27]. Прямая или косвенная активация ЭК инфекцией приводит к отеку легких и запускает каскад гиперкоагуляции, который и приводит к тяжелым поражениям тканей.

Дисфункция ЭК вместе с воспалением, вызванным вирусной инфекцией, может привести к аномальной гиперкоагуляции и активно участвовать в тромбовоспалительных процессах, которые приводят к васкулопатии и сепсису [28]. Лабораторные исследования показали, что коагулопатии у этой категории больных характеризуется высоким уровнем D-димера, P-селектина и фибриногена [29].

Существуют многочисленные клинические исследования, продемонстрировавшие значительно более высокую частоту различных тромботических осложнений течения тяжелых форм вирусных инфекций: артериальный тромбоз — до 69% пациентов в критическом состоянии [30], тромбоз глубоких вен — до 50% больных [30]; ТЭЛА — до 31% пациентов [31]. Отмечается повышенная частота и ишемического инсульта, инфаркта миокарда или системной артериальной эмболии [32].

Ряд публикаций продемонстрировал спектр наиболее значимых сердечно-сосудистых заболеваний, осложняющих течение вирусной инфекции. Среди них острый коронарный синдром и инфаркт миокарда, миокардит и острое поражение миокарда [33], инфекционный эндокардит (ИЭ) [34; 35]. Ряд публикаций, посвященных этому вопросу, указывает, с одной стороны, на уменьшение количества зарегистрированных случаев ИЭ на пике пандемии, а с другой — на значительное увеличение госпитальной летальности [36], даже при отсутствии сопутствующих заболеваний.

Сходство симптоматики вирусной инфекции и ИЭ, наличие синдрома системного воспалительного ответа в сочетании с несвоевременностью обращения за медицинской помощью из-за ограничений и акцент учреждений на лечение конкурирующей инфекции являются весьма значимыми дополнительными факторами ухудшения прогноза и исходов ИЭ [37].

Кроме организационных факторов, на диагностику ИЭ оказали влияние и чисто клинические особенности вирусной инфекции. Так, в литературе описаны ряд отдельных случаев или наблюдения малых групп пациентов с ошибочной или поздней диагностикой как вирусной инфекции у больных ИЭ, так и позднего диагноза ИЭ у пациентов с установленной ранее вирусной инфекцией [35].

Хотя в литературе периодически обсуждаются случаи предполагаемой вирусной этиологии ИЭ, однако эта концепция еще пока требует доказательств: прямое цитопатическое действие вируса на эндокард и его включение в клетки не доказано. Наиболее вероятной причиной следует считать бактериальный генез развития внутрисердечной инфекции — и наиболее часто на фоне выраженной естественной или медикаментозно индуцированной иммуносупрессии [5; 35].

Множественные венозные тромбозы, повреждение микрососудистого русла и признаки системной гиперкоагуляции, системный васкулит характерны не только для SARS-CoV-2 и других вариантов вирусной инфекции, но и для ИЭ [5; 33; 35].

В первую очередь обращает на себя внимание тяжелое поражение миокарда (значительное снижение общей сократимости и широко распространенное нарушение локальной сократимости миокарда, очаговые изменения ЭКГ). Возможность такого поражения существует как при новой коронавирусной инфекции, так и при ИЭ, и однозначная интерпретация преобладающей роли того или иного заболевания в конкретном случае затруднена даже после морфологического исследования.

Повреждение эндотелия и тромбоз больших и малых ветвей коронарных артерий считаются ключевым механизмом повреждения миокарда при вирусной инфекции. Морфологически это может соответствовать миокардиту, кардиомиопатии Такоцубо и коронарогенному некрозу миокарда.

Лечебная тактика при вирусном поражении эндотелия и эндокарда

Развитие вирусной инфекции, особенно с поражением легких, часто сопровождается тромботическими осложнениями, инициатором которых является дисфункция эндотелия в ответ на воздействие вирусным агентом. Последующий каскад нарушений вовлекает прежде всего сосудистое звено с развитием микротромбозов, повреждением эндотелия сосудов и ткани легкого, системным воспалительным ответом и генерализацией процесса. Учитывая многофакторность и разнонаправленность процесса, медикаментозное воздействие не всегда оказывает решающее воздействие на его прерывание. Однако, ясно одно, антикоагулянтная терапия должна быть одним из основных компонентов в лечебной программе пациентов с вирусной инфекцией. Причем, раннее назначение препаратов этой группы позволяет предотвратить прогрессирование поражения.

Данные литературы об отсроченных тромботических и эмболических осложнениях подчеркивают важность пролонгированного их применения после перенесенной инфекции.

Схема лечения ДВС-синдрома во многом зависит от тяжести заболевания и кинических проявлений. В первую очередь необходимо сделать акцент на самой многочисленной группе пациентов — контактных, без симптомов заболевания или с минимально выраженными их проявлениями. Учитывая то, что в патогенезе развития вирусной инфекции значительное место занимают ДВС-синдром и повреждение эндотелия мелких и крупных сосудов самой различной локализации, применение су-лодексида может иметь существенное значение. Связано это с тем, что он оказывает комплексное воздействие на систему гемостаза и защищает эндотелий от различных видов патологической агрессии [38].

Сулодексид представляет собой комбинацию двух природных фракций гликозаминогликанов — дерматансульфата (20%) и высокоподвижной гепариноподобной фракции (80%). Сочетание этих фракций обладает анти-тромботическим и профибринолитическим действием.

В частности, посредством воздействия на фактор IIа (тромбин) препарат способен тормозить образование фибрина из фибриногена, активировать фибринолиз и тормозить агрегацию тромбоцитов. Ангиопротектор-ное действие сулодексида связано с восстановлением структурной и функциональной целостности клеток эндотелия сосудов.

Важнейшим для коррекции нарушений функции эндотелия является восстановление гликокаликса — поверхностного слоя эндотелия сосудов, который выступает в роли рецептора механического раздражения, участвует в регуляции тонуса сосудов и его проницаемости, а также контролирует взаимодействие циркулирующих клеток крови с клетками эндотелия. Сулодексид способен связываться с ЭК как в моделях in vitro, так и в моделях in vivo, увеличивая и восстанавливая отрицательный заряд и толщину гликокаликса.

Сулодексид подавляет ответную реакцию эндотелиальных клеток на воспалительные процессы. Так, в исследованиях из отдела патофизиологии Познаньского университета (Польша) Ciszewicz M, Polubinsk с соавт. (2009) и Suminska-Jasinska K, Polubinska с соавт. (2011), культивируемые ЭК пупочной вены человека, подвергшиеся воздействию высоких концентраций глюкозы, высвобождали свободные радикалы (активные формы кислорода), хемотаксический белок моноцитов-1 и интерлейкин-6. Эти изменения предотвращались при добавлении сулодексида в культуральную среду [39; 40].

Заключение

Таким образом, проведенные анализ литературных материалов, исследования клинических особенностей и личные наблюдения позволяют сделать ряд следующих выводов. Прежде всего, основной мишенью вирусной инфекции является эндотелий, причем чаще — эндотелий сосудов малого круга кровообращения (легочной локализации). Это позволяет постулировать мысль о гетерогенности эндотелия в различных органах и системах. Гетерогенность эндотелия, по-видимому, носит относительный характер, что объясняет поражение не только сосудов легких, но и других органов и локализаций — склонность к тромбозам вен нижних конечностей, миокардитам с периваскулитами, тромбозам артерий органов брюшной полости, частым инсультам, более частым развитием инфекционного эндокардита. В дальнейшем следует сконцентрировать внимание на патогенетической коррекции с использованием эндо-телиопротективных препаратов с учетом особенностей гетерогенности эндотелия.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов (The authors declare no conflict of interest).