Роль эритропоэтина в регуляции толерантности сердца к действию ишемии и реперфузии

Несмотря на внедрение чрескожных коронарных вмешательств (ЧКВ), существенного снижения смертности при остром инфаркте миокарда (ОИМ) за последние годы достичь не удалось [1–3]. Недостаточная эффективность методов хирургической коррекции определяет актуальность создания новых высокоэффективных препаратов, способных снизить летальность у пациентов с ОИМ. Мы полагаем, что таким препаратом мог бы стать эритропоэтин и его аналоги. Как известно, эритропоэтин используют для лечения анемий [4].

История открытия и общая характеристика эритропоэтина

В 1906 г. физиологи P. Carnot и C. Deflandre [5], выполняя эксперименты на кроликах, выдвинули гипотезу о существовании эндогенного, циркулирующего в крови фактора, индуцирующего эритропоэз. Существование вещества, циркулирующего в крови и активирующего формирование эритроцитов в костном мозге, было подтверждено в более позднем исследовании, выполненном в 1943 г. [6]. Было показано, что этот гуморальный фактор поступает в кровоток из почек [7]. Установлено, что в почках синтезируется примерно 90% эритропоэтина, циркулирующего в крови [8]. В настоящее время эритропоэтин принято считать гормоном или цитокином [9, 10]. Удалось изолировать чистый эритропоэтин, установить его структуру [11, 12]. Установлено, что эритропоэтин-α – гликопротеин с молекулярной массой 31 кДа, состоящий, из 166 аминокислотных остатков [13, 14]. Структура гликопротеина включает в себя олигосахариды и сиаловые кислоты, которые защищают его от разрушения протеазами и увеличивают период его полуэлиминации до 4–6 ч [13].

Рецептор эритропоэтина состоит из двух субъединиц, которые образуют рецептор EpoR2 в виде гомоди- мера [13]. Связывание лиганда эритропоэтина изменяет конформационное строение рецептора, что приводит к аутофосфорилированию Jak2-киназ (Janus kinase 2), которые предварительно связаны с рецептором [13, 15]. Было установлено, что JAK2 увеличивает устойчивость сердца к ишемии/реперфузии (И/Р) [16]. Фосфорилирование EpoR2 приводит к активации нескольких сигнальных путей, включая фосфатидилинозитол-3-киназу (PI3K)/Akt, STAT5 (Сигнальный преобразователь и активатор транскрипции) и ERK1/2 (внеклеточно регулируемая киназа) [13]. Названные киназы формируют резистентность миокарда к И/Р [16]. В конечном итоге подавляется апоптоз клеток, ингибируется синтез провоспалительных цитокинов, усиливается регенерация поврежденных тканей. Рецепторы эритропоэтина были обнаружены на мембранах кардиомиоцитов, эндотелиоцитов и фибробластов [10, 13, 17–19]. Это подтверждает возможность кардиопротекции, обеспечиваемой эритропоэтином, который, стимулируя киназы PI3K, Akt и ERK1/2, может способствовать протекции клеток сердечной мышцы в условиях гипоксии и ишемии. Можно отметить, что гипоксия усиливает секрецию эритропоэтина и фактор, индуцируемый гипоксией 1 (HIF-1), является триггером для его синтеза [8, 20–22]. В целом, большинство экспериментальных исследований показывают, что эритропоэтин может иметь потенциал как кардиопротекторный агент в различных условиях, в том числе при ишемической болезни сердца [20, 21, 23, 24].

Экспериментальные данныео кардиопротекторном эффекте эритропоэтина

Эритропоэтин вызывает активацию (фосфорилирование) киназы ERK1/2 в ткани сердца [18, 25], которая участвует в пре- и посткондиционировании сердца [16, 26]. В эксперименте эритропоэтин ингибировал апоптоз кардиомиоцитов, способствовал восстановлению сократимости левого желудочка (ЛЖ) сердца после умеренной ишемии (low-flow ischemia) во время возобновления коронарной перфузии [18].

В исследовании in vivo был показан инфаркт-лими-тирующий эффект эритропоэтина (5000 Ед/кг) при введении его крысам перед возобновлением коронарного кровотока после моделирования коронарной окклюзии [27]. Аналогичный эффект наблюдали при моделирования ишемии миокарда в условиях изолированного сердца [27]. Было показано, что кардиозащитный эффект эритропоэтина зависел от стимуляции киназ PI3K, JAK2 и протеинкиназы С (ПКС) [27–30]. Аналог эритропоэтина – дарбэпоэтин при моделировании И/Р также оказывал ин-фаркт-лимитирующий эффект [31]. Этот эффект зависел от фосфорилирования Akt-киназы и ERK1/2.

Кроме того, эритропоэтин вызывал инактивацию GSK-3β (киназа гликогенсинтазы 3β), которая участвует в И/Р повреждении сердца, поэтому ее инактивация повышает устойчивость сердца к И/Р [16, 28, 31]. Фосфорили-рование/ингибирование митохондриального GSK-3β во время И/Р является окончательным общим механизмом, опосредующим защиту миокарда [16, 31]. Фосфорилирование GSK-3β подавляет открытие митохондриальной Са 2+-зависимой поры (mitochondrial permeability transition pore, mPTP) путем связывания с транслоказой адениновых нуклеотидов (ANT) и тем самым снижает сродство ANT к циклофилину D. Ингибирование GSK-3β также снижает транспорт адениновых нуклеотидов через наружную митохондриальную мембрану за счет уменьшения фосфорилирования вольтаж-зависимого анионного канала, что сохраняет АТФ, блокируя его потребление митохондриями, и предотвращает перегрузку митохондрий Ca 2+ и окислительный стресс [28, 29, 31].

Активация эритропоэтином Akt и PI3K была подтверждена в ряде исследований [15, 32–36]. Дополнительно, путем стимуляции PI3K, эритропоэтин демонстрировал противовоспалительный эффект [37]. Эритропоэтин не проявлял кардиопротекторного действия у крыс с инсулинозависимым сахарным диабетом, индуцированным инъекцией стрептозотоцина [31]. Как у контрольных крыс, так и у животных с диабетом ингибитор GSK-3β SB216763 повышал способность сердца противостоять И/Р [28].

Кролики с окклюзией коронарных артерий показали инфаркт-лимитирующий эффект при введении эритропоэтина в дозе 5000 ЕД/кг перед И/Р [38]. Также эритропоэтин подавлял апоптоз кардиомиоцитов при И/Р сердца. В опытах in vitro показано, что эритропоэтин ингибировал H₂O₂-индуцированный апоптоз клеток культуры кардиомиобластов (H9c2-клеток) [38]. Следовательно, эритропоэтин повышает устойчивость кардиомиоцитов к окислительному стрессу. Эритропоэтин способен предупреждать апоптоз и некроз кардиомиоцитов. Изолированные кардиомиоциты крыс подвергались воздействию длительной гипоксии, эритропоэтин супрессировал апоптоз кардиомиоцитов [9].

В другом исследовании, проведенном на крысах, эритропоэтин вводили в дозе 5000 ЕД/кг за 24 ч 30 мин до И/Р, а затем ежедневно в течение 7 дней после возобновления коронарной перфузии. Введение эритропоэтина предотвращало формирование патологического постинфарктного ремоделирования сердца у крыс [9]. В более поздней работе после введения эритропоэтина в дозе 5000 ЕД/кг за 2 ч до моделирования окклюзии коронарных артерий с последующей реперфузией наблюдался инфаркт-лими- тирующий эффект данного препарата, улучшение сократительной способности сердца и ингибирование апоптоза кардиомиоцитов после реперфузии [39].

При введении эритропоэтина в дозе 3000 ЕД/кг перед моделированием инфаркта сердца и через 24 ч после перевязки коронарных артерий также отмечалось уменьшение размера инфаркта и апоптоза кардиомиоцитов [40]. Однако, по данным других исследований, курсовое введение эритропоэтина в дозе 5000 ЕД/кг не препятствовало постинфарктному ремоделированию сердца у крыс с постоянной окклюзией коронарных артерий [41].

На модели транзиторной ишемии миокарда дарбэпо-этин в дозе 1,5 мкг/кг при введении 1 раз в нед. оказывал инфаркт-лимитирующий эффект и в значительной мере уменьшал постинфарктное ремоделирование сердца, а также увеличивал плотность капилляров в миокарде [42]. В то же время дарбэпоэтин в дозе 0,75 мкг/кг увеличивал количество эритроцитов, но не влиял на постинфарктное ремоделирование сердца. Следовательно, дарбэпоэтин предупреждает постинфарктное ремоделирование сердца только в дозах, которые вызывают неоангиогенез.

Курсовое введение крысам 40 мкг/кг дарбэпоэтина (эквивалентно 8000 Ед/кг эритропоэтина) индуцирует неоангиогенез в сердечной мышце после перманентной коронароокклюзии у подопытных животных [43, 44]. После перманентной коронароокклюзии (9 нед.) оценивали плотность капилляров в миокарде, гипертрофию кардиомиоцитов и гемодинамику сердца [43]. Дарбэпоэтин оказывал инфаркт-лимитирующий эффект и улучшал показатели гемодинамики. Улучшение параметров сократимости сердца выявлялось даже в случае введения этого препарата через 3 нед. после перманентной коронарной окклюзии. Улучшение сократительной функции сердца сопровождалось увеличением плотности капилляров в сердечной мышце.

Эритропоэтин в дозе 1000 Ед/кг вводили внутривенно собакам с перманентной коронароокклюзией сразу после перевязки коронарной артерии, затем через 6 ч или через 7 дней после окклюзии [44]. Эритропоэтин способствовал уменьшению размера инфаркта. Через 4 нед. после коронароокклюзии миокардиальный кровоток и плотность капилляров были выше у животных, которым вводили эритропоэтин сразу после перевязки коронарной артерии, также улучшалась насосная функция сердца. Эритропоэтин не влиял на насосную функцию сердца, если его вводили через 7 дней после коронароокклюзии [44]. Авторы работы сделали вывод, что эритропоэтин оказывает инфаркт-лимитирующий эффект и усиливает неоваскуляризацию ишемизированного сердца даже без возобновления коронарной перфузии [44]. Эти данные, по мнению авторов работ [43, 44], указывают на то, что эритропоэтин и его аналоги могут предупреждать патологическое постинфарктное ремоделирование сердца и стимулировать неоангиогенез в миокарде даже без возобновления коронарного кровотока.

Эти данные демонстрируют, что эритропоэтин усиливает толерантность сердца к И/Р за счет ингибирования GSK-3β и активации киназ. Эритропоэтин препятствует постинфарктному ремоделированию сердца и индуцирует неоангиогенез в ишемизированном миокарде даже без возобновления коронарной перфузии [43, 44].

Данные клинических исследований кардиопротекторных свойств эритропоэтина

В 2010 г. были опубликованы результаты клинического исследования, проведенного в слепом плацебо-контролиру-емом формате, включающего пациентов с ОИМ с элевацией сегмента ST (ST-segment elevation myocardial infarction, STEMI) и ЧКВ. В исследовании пациентам вводился эритропоэтин внутривенно сразу после ЧВК, через 24 и 48 ч после ЧВК. Результаты исследования показали, что эритропоэтин, несмотря на обнадеживающие результаты экспериментальных исследований, не оказывает инфаркт-лимитирующего эффекта, не влияет на насосную функцию сердца и не снижает частоту неблагоприятных кардиоваскулярных событий в реальных клинических условиях [45].

Аналогичные результаты были получены в клинических исследованиях 2010 и 2011 гг. на группах, включавших 529 и 222 пациента [46, 47]. Было установлено, что эритропоэтин в дозе 60 000 ЕД, введенный через 3 или 4 ч после ЧКВ, не оказывает влияния на размер инфаркта миокарда и фракцию выброса ЛЖ. При этом, как было установлено во втором исследовании [47], у пожилых пациентов старше 70 лет эритропоэтин способствовал увеличению размера инфаркта, также отмечалось двукратное увеличение частоты неблагоприятных событий [47].

В другом исследовании было показано, что однократное введение высоких доз эритропоэтина (1000 ЕД/ кг, эпоэтин β) сразу после успешной реперфузии у пациентов со STEMI не уменьшало размер инфаркта через 3 мес. наблюдения, однако наблюдалось транзиторное благоприятное влияние на объем и функцию ЛЖ. Эритропоэтин снижал частоты возникновения микроваску-лярной обструкции (МВО) [48]. При однократном введении эритропоэтина в дозе 33 000 ЕД у пациентов с STEMI и ЧКВ исследователи не обнаружили эффекта, который бы ограничивал инфаркт, но отметили уменьшение частоты желудочковых аритмий [49]. У пациентов с ОИМ и ЧКВ, которым внутривенно вводился эритропоэтин в дозе 12 000 ЕД перед ЧКВ, не обнаружили уменьшения размера инфаркта по данным МРТ на 7-е сут, но отметили увеличение коронарного резерва, возможно, благодаря усилению неоангиогенеза [50].

Также в проведенном в 2019 г. исследовании у пациентов с ОИМ и ЧКВ, которым интракоронарно вводился дарбэпоэтин в дозе 300 мкг, не было обнаружено влияние этого препарата на размер инфаркта [51]. Многоцентровое плацебо-контролируемое исследование включало пациен- тов с STEMI, ЧКВ и фракцией выброса ЛЖ менее 50% [52]. Эритропоэтин в дозе 6 000 ЕД или 12 000 ЕД вводили внутривенно после ЧКВ в течение 6 ч. Эритропоэтин не влиял на постинфарктное ремоделирование сердца и не оказывал ограничивающего эффекта на размер инфаркта, а также не влиял на уровень маркера сердечной недостаточности, такого как N-концевой прогормон мозгового натрийуретического пептида (NT-proBNP) [52]. Следовательно, однократное введение эритропоэтина не предотвращает постинфарктное ремоделирование сердца.

Важно отметить, что в большинстве проведенных исследований эритропоэтин был введен через несколько часов после ЧКВ, когда уже произошло необратимое повреждение миокарда вследствие И/Р [46, 47, 52]. Можно предположить, что многократное введение эритропоэтина может оказаться более эффективным в предупреждении постинфарктного ремоделирования миокарда [53].

Заключение

Представленные выше данные демонстрируют, что эритропоэтин повышает устойчивость сердца к действию И/Р за счет стимуляции ряда киназ (ПКС, ERK1/2, Akt, JAK2, PI3K) и за счет ингибирования киназы GSK-3β. Эритропоэтин снижает интенсивность постинфарктного ремоделирования сердца и способствует неоангиогенезу в ишемизированном миокарде у животных с коронароок-клюзией без реперфузии. Однако клинические данные не совпадают с результатами исследований на подопытных животных. Однократная инъекция эритропоэтина не оказывает влияния на постинфарктное ремоделирование сердца у пациентов с ОИМ и ЧКВ. Эритропоэтин не оказывает инфаркт-лимитирующего эффекта у больных ОИМ.

Причина подобного расхождения клинических и экспериментальных данных остается неясной. Возможно, что использование больших доз эритропоэтина или его аналогов, не оказывающих эффекта на эритропоэз, сможет предупредить патологическое постинфарктное ремоделирование миокарда у больных ОИМ. Следует обратить внимание на тот факт, что у пациентов с STEMI была длительная окклюзия коронарных артерий, а у подопытных животных продолжительность ишемии миокарда составляла не более 60 мин. Нельзя исключить человеческий фактор: клинические исследования были плацебо-кон-тролируемые, а экспериментальные – нет. На наш взгляд, необходимо продолжить клинические исследования, используя курсовое введение больших доз эритропоэтина.