Нейропротекторный эффект гормонов щитовидной железы при церебральной гипоперфузи

Введение. В клинической практике часто токсичность и фармакокинетический профиль кандидатов в лекарственные препараты – синтетических лекарственных средств – не позволяет преклиническому успеху трансформироваться в доказанную клиническую эффектив- ность и безопасность для пациента [1]. Поэтому внимание исследователей привлекают эндогенные нейропротекторные биоактивные вещества и гормоны. Из последних на сегодняшний день наиболее изученными нейропротекторами являются эстрогены [2]. Тем не менее крупные клинические испытания не продемонстрировали эффект эстроген-тера-пии как профилактики инсульта [3]. В связи с этим растет актуальность поиска нейропро-текторных эффектов других гормонов.

Известно, что в реализации реакций стресса и компенсации участвуют центральные и периферические звенья стрессовой системы [4]. Большое значение в формировании стресслимитирующих систем имеют гормоны щитовидной железы [5–8], которая играет важную роль при воздействии целого ряда стрессоров – теплового [9], холодового [10, 11], геморрагического [12, 13], нейрогенного и радиационного [14], хронического психоэмоционального [15, 16]. Доказано, что ан-тистрессорный эффект тиреоидных гормонов связан со стимуляцией ими локальных стресс-лимитирующих систем – белков теплового шока [17], антиоксидантных ферментов [6], простагландинов [18], а также с минимизацией лизосомальной дисфункции и активизацией экспрессии генов раннего ответа [19]. Большая часть тиреоидных гормонов, поступающих в мозг, проникает в него через гематоэнцефалический барьер при помощи специальных белков-переносчиков, и только около 20 % – через ликворо-нейральный из спинномозговой жидкости [20, 21].

Цель исследования. Оценить клеточнофункциональные корреляции структур головного мозга и щитовидной железы в условиях церебральной гипоперфузии.

Основу работы составили оригинальные статьи и обзорные работы, размещенные в наукометрических базах данных PubMed, Google Scholar и eLibrary за последние 20 лет.

В 2003 г. впервые было показано, что у пациентов с сахарным диабетом инсульт в значительной степени ассоциирован со снижением медианных значений тиреотропина (ТТГ) в крови [22]. Многие исследователи проявили значительный интерес к сделанному открытию, поскольку оно затрагивало один из новых, до того момента не известных путей воздействия на головной мозг в условиях церебральной гипоперфузии, что в свою очередь позволяло надеяться на создание принципиально новых лекарственных препаратов и схем лечения инсульта. Актуальность этого открытия связана с тем, что на сегодняшний день единственным эффективным методом лечения острого ишемического инсульта является восстановление церебрального кровотока методом системного или локального тромболизиса [23]. Однако проведение тромболитической терапии возможно только в пределах узкого (3,0–3,5 часа) терапевтического окна. Кроме того, данный метод лечения сопряжен с относительно высоким риском геморрагических осложнений, массой технических и организационных трудностей [24].

Диагностическая роль тиреоидных гормонов при ишемии головного мозга . В 2006 г. было продемонстрировано, что наличие клинической картины гипотиреоза при развитии острого ишемического инсульта (гипотиреоидная группа пациентов) ассоциировано с менее выраженным неврологическим дефицитом (выраженность неврологического дифи-цита по Скандинавской шкале инсульта (SSS) 45–58) – 76,9 % против 39,2 % (в гипергруппе) и 38,7 % (р=0,02) (в группе с эутиреоидным статусом) (р=0,02), а также с лучшими результатами лечения на протяжении одного года и более низкими показателями летальности и инвалидности [25]. На этом этапе исследователи объясняли выявленную закономерность адаптацией к сниженному энергообмену, «эндогенной предварительной подготовкой».

Однако со временем стали появляться многочисленные данные, говорящие об обратном. Было выявлено, что у женщин заболевания щитовидной железы являются факторами развития ишемического инсульта [26]. Более того, было показано, что низкое значение трийодтиронина (Т3) при поступлении в стационар связано с тяжестью инсульта [27] и худшим прогнозом восстановления утраченных функций [28], а также большей летальностью в течении как минимум одного года [29] и тяжелой инвалидностью [30]. Низкий уровень Т3 был ассоциирован с худшими исходами спустя 3 мес. после инсульта и худшими результатами тромболитической терапии [31]. Положительный эффект высоких концентраций Т3 сохранился даже тогда, когда исследователи исключили влияние таких значимых для положительного исхода факторов, как молодой возраст, раннее начало лечения и пол

[32], сопутствующую патологию, включая ишемическую болезнь сердца, курение, и состояние клубочковой фильтрации почек [33].

Поскольку Т3 является биологически активной формой тиреоидных гормонов щитовидной железы с активностью, значительно превышающей тетрайодтиронин (Т4), то доминировавшая до этого концепция структурного следа – адаптации к гипоэнергетиче-скому состоянию – должна быть модифицирована. Аналогичные результаты, говорящие о положительном влиянии высоких уровней Т3 на исход ишемического инсульта, были получены и отечественными авторами [34], которыми подчеркивается, что для развития негативного сценария ишемического инсульта достаточно, чтобы снижение уровня Т3 крови не выходило за пределы диапазона нормы, но только лишь отклонялось от средних значений в меньшую сторону [35]. Таким образом, среди исследователей сложился консенсус, что синдром низкого T3 у пациентов с острым инсультом является эффективным прогностическим фактором более высокой исходной степени тяжести инсульта, худшего функционального исхода и более высокого общего риска смертности [36].

При обобщении результатов исследований последних 20 лет было показано, что более низкие уровни Т3 и более высокие показатели тироксина являются предикторами худших исходов [37]. В связи с этим ученые начали исследовать тиреотропный гормон (ТТГ). Было продемонстрировано, что более высокие уровни ТТГ в контрольном диапазоне нормальных значений этого гормона у пациентов, поступающих в стационар с острым инсультом, могут снизить риск развития инсульта. При этом подчеркивается необходимость дальнейших исследований с акцентом на клинические последствия, связанные с различиями в эутиреоидном диапазоне гормон-продуцирующей функции щитовидной железы и гипоталамогипофизарной системы ее регуляции [38]. Также высокие уровни ТТГ при поступлении были ассоциированы с лучшим функциональным исходом при выписке, оцененным по модифицированной шкале Ранкина [39].

В 2017 г. проведенный на основе многочисленных оригинальных исследований метаанализ продемонстрировал, что лучшие исходы ассоциированы с высоким ТТГ (вне зависимости от уровня других тиреоидных гормонов) и средним или высоким Т3 [40].

Таким образом, на основании оценки клинических данных было выдвинуто несколько гипотез, объясняющих влияние тиреоидных гормонов на исходы инсульта.

Т4 как предиктор тяжести инсульта . Во-первых, у пациентов с инсультом и нераспознанным гипотиреозом притуплена стресс-реакция, что, вероятно, обусловлено пониженной чувствительностью рецепторов к адренергической стимуляции и хроническим гипометаболизмом, что придает нейронам большую устойчивость к церебральной гипоперфузии [40]. Во-вторых, повышенное системное сосудистое сопротивление, вызванное ростом ригидности стенки артерий [41] и ускоренным атеросклерозом, которому способствует нарушенная эндотелийзависимая вазодилатация (вызванная сниженной доступностью оксида азота) [42], может обусловить развитие сублетальной ишемии. Длительное воздействие сублетальной ишемии может инициировать ангиогенез и стимулировать формирование коллатеральных сосудов, делая поврежденные ткани более устойчивыми к острым ишемическим атакам [43].

Т3 как предиктор тяжести инсульта. Во-первых, повышенный T3 оказывает нейро-протекторное действие при эксайтотоксично-сти путем увеличения поглощения глутамата астроцитами мозжечка, при этом некоторые исследования in vitro демонстрируют повышение жизнеспособности нейронов при стимуляции глутаматом астроцитов, обработанных Т3 [44]. Во-вторых, Т3 необходим для генерации и созревания новых нейронов и аксональной миелинизации, следовательно, низкие уровни Т3 могут вызывать подавление эндогенных механизмов восстановления головного мозга после ишемического инсульта [28, 45].

В литературе имеются указания на связь состояния щитовидной железы с когнитивными нарушениями, возникающими после острой ишемии головного мозга [46, 47], и ис- ходом этой патологии [39]. Также продемонстрировано, что уровни сывороточного Т3 при поступлении пациента с ишемическим инсультом в больницу, а также в конце курса реабилитации могут предсказать симптомы депрессии [48] и снижение когнитивных функций больного [49]. Интересно, что у взрослых среднего возраста без явной дисфункции щитовидной железы низкий уровень ТТГ связан с худшими показателями тестов на развитие когнитивных способностей [50].

Экспериментальные доказательства участия тиреоидных гормонов в развитии церебральной гипоперфузии . В экспериментальной модели церебральной гипоперфузии при двусторонней перевязке общих сонных артерий было показано, что через 7 и 14 сут после операции Т3 способен оказывать защитное влияние на нейроны гиппокампа, снижая их апоптоз и усиливая экспрессию Bcl-2 [51]. Нейропротекторный эффект Т3 также показан в модели окклюзии средней мозговой артерии (MCAO) при ишемическом инсульте головного мозга [52]. Так же было продемонстрировано, что острое введение Т4 после инсульта оказывает нейропротекторный, антиапопто-тический и противовоспалительный эффекты по крайней мере в течение первых 24 ч [53]. Кроме того, ежедневные введения Т4 до моделирования инсульта уменьшают повреждение пирамидальных нейронов в гиппокампе в первый, второй и третий дни после инсульта [54]. После формирования модели MCAO внутрибрюшинная инъекция T4 (11 мкг/кг) через 24 ч после инсульта снизила объем кортикального и стриатального инфаркта, что сопровождалось снижением экспрессии GFAP, Iba-1, PKC и MAPK 1/2 [55]. Внутрибрюшинное введение Т3 в дозе 12 мкг/кг через 1 ч после черепно-мозговой травмы уменьшило размер поражения и снизило нейровоспаление [56]. Аналогично внутрибрюшинное введение производных тироксина, 3-йодтиронамина (эндогенного продукта декарбоксилирования и дейодирования трийодтиронина при помощи дейодиназ) и тиронамина в дозе 50 мг/кг через 1 ч после MCAO также уменьшало объем инфаркта у мышей [57].

В исследованиях Р.В. Янковича [58–60] и В.Я. Березовского [61] показано увеличение высоты тироцитов, снижение индекса накопления коллоида и уменьшение ширины прослоек междолевой и межфолликулярной соединительной ткани в щитовидной железе под воздействием ежедневной прерывистой нормобарической гипоксии на протяжении 28 сут.

Такие противоположные точки зрения могут объяснить работы Е.В. Васильевой [62, 63], в которых установлено, что влияние прерывистой гипобарической гипоксии на протяжении месяца сопровождается фазовыми морфофункциональными и гормональными изменениями активности органа. В первые дни (1–7-е сут) отмечаются реактивные изменения в щитовидной железе и повышение Т3 и Т4 в сыворотке крови; на 15–30-е сут в щитовидной железе преобладают репаративные процессы, снижается уровень тиреоидных гормонов в сыворотке крови.

Показано, что на 28-е сут моделирования гипотиреоза происходит достоверное уменьшение количества нервных клеток на 1 мм² и площади ядер нервных клеток коры больших полушарий головного мозга крысы. Эти эффекты снижаются при применении антиоксидантов [64, 65]. Указанные изменения сопровождаются угнетением йодтрансформацион-ной функции [66], перестройкой гемомикро-циркуляторного русла – утолщением базальных мембран, дистрофией и пикнозом ядер эндотелиоцитов, разрастанием периваскулярной соединительной ткани на фоне дилятации сосудов [67, 68]. Очевидно, что эта периодизация может смещаться. Так, например, в модели очагового ишемического инсульта уровни тиреоидных гормонов снижаются в течение не менее 2 нед. [69]. Это соответствует результатам, полученным у пациентов, перенесших инсульт [25, 70].

Исследования на животных позволили выявить фундаментальные механизмы про-тективного эффекта тиреоидных гормонов при церебральной гипоперфузии.

Нейроглия. Интерес представляют межсистемные параллели, обусловленные наличием чувствительного к тиреоидным гормонам рецепторного аппарата астроцитов и микроглии головного мозга [69, 71]. Клеточные эффекты тиреоидных гормонов опосредуются рецепторами TRα и TRβ. Эти рецепторы относятся к семейству ядерных и функционируют как ин-дуцибельные факторы транскрипции [72]. Каждый из рецепторов тиреоидных гормонов экспрессируется во множестве изоформ. TRα и TRβ кодируются соответствующими генами: TRHA (ген тиреоидных гормонов α) и TRHB (ген тиреоидных гормонов в), которые располагаются на хромосомах 17 и 3 [73]. В условиях церебральной гипоперфузии в ядре инфаркта со стороны активированных макрофагов и микроглии наблюдается экспрессия исключительно TRα1. Астроциты слабо экспрессируют ядерный TRα1 внутри и вокруг инфаркта наряду сильной экспрессией TRβ, ограниченной астроцитарным рубцом [69]. Механизмы астроцитопосредованных эффектов тиреоидных гормонов разнообразны. Во-первых, в ряде исследований показано, что тиреоидные гормоны способствуют астроцитарной дифференцировке [74], а в условиях закрытой черепно-мозговой травмы [75] или очаговой ишемии [53] введение Т4 снижает пролиферацию астроцитов. Во-вторых, тетрайодтиронин способен контролировать поглощение астроцитарного глутамата [44], снижая эффекты эксайтотоксичности, или высвобождение нейротрофических факторов [76]. В-третьих, потенциируется стимулирующее влияние P2Y1-рецепторов по отношению к синтезу АТФ в астроцитах, благодаря чему достигается нейропротекторный эффект. Потенциирование обеспечивается стимуляцией окисления жирных кислот в астроцитарных митохондриях с выработкой большого количества АТФ, которая в частично компенсирует гипоксические нарушения в метаболизме нейронов [77]. В-четвертых, T3 подавляет экспрессию водных каналов aquaporin-4 (AQP4). Последние были обнаружены в отростках астроцитов. В условиях цитотоксического отека они способствуют накоплению воды, запуская один из патологических механизмов в начале ишемического инсульта. Это является еще одним аспектом нейропротекторного, противоотечного механизма, выявленного при преходящей окклюзии средней мозговой артерии (t-MCAO) [78].

Нейроны. Нейроны вокруг инфаркта экспрессируют в основном TRα1 и в меньшей степени TRβ. Также растет экспрессия TRβ в области узлов Ранвье [69]. Очевидно, рост экспрессии имеет компенсаторный, защитный характер. In vivo было продемонстрировано, что длительное введение Т3 после фокального инсульта снижает степень утраты сенсомоторной функции, увеличивает уровни синапто-тагмина 1 и 2 и постсинаптической субъединицы GluR2 в рецепторах AMPA в периин-фарктной области; увеличивает плотность дендритов в периинфарктной и контралатеральной области и уменьшает тоническую ГАМК-передачу сигналов в периинфарктной области. Кроме того, in vitro было показано, что T3 модулирует баланс внутренних токов глутаматных лигандуправляемых каналов нейронной мембраны и снижает уровни си-наптотагмина в условиях недостатка церебральной гипоперфузии [79].

Нейромедиаторы . Экспериментальные исследования связывают передачу сигналов тиреоидных гормонов с нейропротекцией после ишемии посредством увеличения нейротрофических факторов и поддержки путей выживания [53]. При экспериментальной MCAO с последующей 24-часовой реперфузией Т4 подавляет активацию астроцитов и микроглии, увеличивает экспрессию нейротрофических факторов (BDNF, GDNF) и изменяет связанные с воспалением прооксидантные ферменты (iNOS и COX-2) в ишемизированных тканях головного мозга [54].

Нейральные стволовые клетки . Классическими исследованиями продемонстрирована важность тиреоидных гормонов для развивающегося мозга. Последние данные демонстрируют, что их значение сохраняется и для сформированного головного мозга и связано с наличием TRα1-рецепторов на нейрональных стволовых клетках субгранулярной зоны (SGZ) гиппокампа и субвентрикулярной зоны (SVZ) [80]. В обеих нишах тиреоидные гормоны обладают способностью смещать баланс между нейрогенезом и олигодендрогенезом в сторону нейрогенеза, что справедливо как при физиологическом нейрогенезе, так и при нейропатологии [81]. Крайне вероятной точкой приложения этих эффектов выглядят митохондрии, активация которых наблюдается в клетках, принимающих нейрональный фенотип под влиянием тиреоидных гормонов [21].

Ангиогенез . Негеномные эффекты тиреоидных гормонов инициируются на рецепторах в плазматической мембране, цитоплазме или митохондриях и не требуют взаимодействия ядерных рецепторов гормонов щитовидной железы (TRs) с их первичным лигандом Т3. Рецепторы, участвующие в негеномных действиях, могут иметь или не иметь структурную гомологию с TR [82]. Активация рецепторов плазматических мембран, расположенных на внеклеточном домене интегрина αVβ3, задействует митогенактивируемую протеинки-назу (МАРК) – ERK1/2, которая служит для трансдукции сигнала, и локализованные в цитоплазме изоформы ядерных рецепторов (TRβ1 и дериваты TRα1). В результате активизируется транскрипция специфических генов факторов роста сосудов, которые усиливают экспрессию рецепторов фактора роста эндотелия сосудов, интенсифицируя миграцию эндотелиальных клеток и их предшественников по градиенту концентрации витронектина [83]. Важной точкой приложения в этом механизме являются мезенхимальные стволовые клетки, в которых Т3 и Т4 увеличивают экспрессию проангиогенных генов, что обуславливает их рост и приводит к миграции и пролиферации, а также дифференцировке клеток, что в сумме усиливает ангиогенез [84].

Изучалась и обратная зависимость – состояние структур головного мозга при гипофункции щитовидной железы [85]. Одним из механизмов может быть влияние тиреоидных гормонов на состояние сердечно-сосудистой системы и гемоциркуляцию, которая классически рассматривается в качестве центрального механизма циркуляторной гипоксии головного мозга [86–88]. В качестве дополнительных протекторных механизмов тиреоидных гормонов предлагается прямой антиапо-птотический и противовоспалительный эффект [51, 53] и противоотечное действие [78]. О гипофункции щитовидной железы у больных с начальными проявлениями хронической ишемии головного мозга свидетельствуют и данные Г.М. Авдей и М.В. Сметаниной [89, 90]. Следует отметить, что в исследованиях, посвященных влиянию перманентной гипоксии головного мозга, упоминается о ги-пофункциональном состоянии щитовидной железы [69]. Начиная с первых суток гипоксического воздействия, авторами отмечается снижение продукции Т4, увеличение просвета капилляров, очаговый диапедез, интерстициальный отек, одновременно происходит увеличение численной плотности функционирующих сосудов [91–93]. В наших исследованиях возникновение структурных коррелятов гипо-функционального состояния органа зафиксировано спустя неделю после двусторонней перевязки общих сонных артерий, используемой в качестве модели церебральной гипоперфузии [94]. Длительное воздействие гипоксии, приводящее к гипофункции органа, может сопровождаться снижением резервных возможностей гипофизарно-надпочечниковой системы и формированием состояния незавершенной адаптации [95]. О гипофункции органа при гипоксии другого генеза – при кровопотере – свидетельствует и работа С.А. Мозерова [96], а также данные о снижении концентрации тиреоидных гормонов у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких [97, 98].

Вместе с тем существуют типологические особенности, определяющие роль щитовидной железы при повреждении структур головного мозга. Так, в исследовании Е.В. Коплик показано, что выключение базомедиальной миндалины у животных с высоким уровнем стрессоустойчивости повышает уровень тироксина (на 21 %) и, наоборот, снижает его у животных с низким уровнем стрессоустойчи-вости (на 51 %) [99]. В условиях церебральной гипоперфузии животные с высокой стрессо-устойчивостью по сравнению с животными с низкой стрессоустойчивостью характеризуются большей высотой тиреоидного эпителия и удельной площадью перифоликулярных гемокапилляров, а также более высокими показателями средней площади тучных клеток [100]. Кроме того, у животных с высоким уровнем когнитивных способностей при церебральной гипоперфузии спустя 2–3 мес. в щитовидной железе отмечается большее снижение активности сосудистого русла и тучных клеток, чем у животных с низким уровнем когнитивных способностей [101]. Хронологически у животных с высоким уровнем когнитивных способностей это ассоциировано со вторым интервалом летальности, наблюдаемой после двусторонней перевязки общих сонных артерий [102].

Заключение. Таким образом, ряд клинических и экспериментальных исследований убедительно демонстрирует нейропротектор-ный эффект тиреоидных гормонов при развитии церебральной гипоперфузии и восстановлении после ее последствий. Точками приложения этих гормонов является широкий спектр механизмов нейропластичности сформированного головного мозга: выживаемость, миграция и направление дифференцировки нейрональных стволовых клеток, ангиогенез, синтез нейромедиаторов и передача сигнала в нейрональных сетях. Это позволяет сформулировать гипотезу тиреоидного профиля нейрорегуляции, вероятно, оказывающего влияние как на клеточные механизмы, так и на высшую нервную деятельность сформированного головного мозга. Можно предполагать, что такие характеристики, как стрессоустой-чивость, когнитивные способности индивида и другие, могут быть связаны с альтернативными стратегиями тиреоидной регуляции. В пользу этого предположения косвенно свидетельствует наличие двух типов рецепторов к тиреоидным гормонам у астроцитов и нейронов (TRα и TRβ) с особенностями экспрессии и связанных с ними реакций, а также особенности структурно-функциональных перестроек щитовидной железы у особей с разным уровнем стрессоустойчивости при церебральной гипоперфузии.

Остаются нерешенными вопросы: почему гипофункциональное состояние щитовидной железы ассоциировано с худшим прогнозом, является ли это следствием повреждения ги-поталамо-гипофизарной оси регуляции, церебральной гипоперфузией структур головного мозга, или, наоборот, снижение уровня тиреоидных гормонов в пределах эутиреоза является фактором риска инсульта? Ответы на эти вопросы предстоит выяснить в дальнейших исследованиях.

Конфликт интересов . Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.