Введение к работе
Актуальность темы. Нарушения липидного обмена (дислипидемии), характеризующиеся в первую очередь повышенным содержанием в крови холестерина, липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) и триглицеридов, являются важнейшими факторами риска развития атеросклероза и связанных с ним заболеваний сердечно-сосудистой системы (Непомнящих Л.М., Розенберг В.Д., 2006; Velagaleti R.S. et al., 2009; Elshourbagy N.A. et al., 2013). В большинстве исследований, посвященных проблеме атеросклероза, особенно в последнее время, основное внимание уделяется оценке изменений и выяснению молекулярных механизмов повреждения внутреннего слоя сосудов, формированию атеросклеротических бляшек, их прогрессу, возможной стабилизации или разрыву. По современным представлениям, формирование атеросклеротической бляшки зависит от совокупности эндогенных и экзогенных атерогенных факторов, которые способствуют накоплению и модификации апоВ-липопротеина на сосудистой стенке, активации эндотелиальных клеток, миграции и активации воспалительных клеток, особенно макрофагов, пролиферации гладкомышечных клеток, изменению биосинтеза коллагена и его деградации и активации факторов коагуляции и тромбоцитов (. et al., 2011; ., ., 2011).
Гиперхолестеринемию рассматривают обычно в качестве патогенного фактора, вызывающего атерогенное ремоделирование сосудов (формирование атеросклеротических бляшек) и дисфункцию двух их основных клеточных популяций – эндотелиоцитов и гладкомышечных клеток. Повреждение внутреннего слоя сосудов в результате действия совокупности эндогенных и экзогенных атерогенных факторов сопровождается накоплением и модификацией липидов в сосудистой стенке, активацией и пролиферацией эндотелиальных клеток, миграцией и активацией воспалительных клеток, особенно макрофагов, а также пролиферацией гладкомышечных клеток (Tabas I., 2010). Эти молекулярно-клеточные модификации приводят к формированию атеросклеротических бляшек, прогрессирующее развитие которых в коронарных артериях может приводить к их частичной или полной окклюзии и тромбоэмболиям.
Значительное внимание к структурно-функциональным изменениям сосудистой стенки при атеросклерозе и гиперхолестеринемии способствовало тому, что в литературе утвердилась точка зрения, согласно которой ведущим событием в патогенезе сердечной недостаточности при атеросклерозе являются циркуляторные нарушения, обусловленные стенозом коронарных артерий, т.е. изменения миокарда, вызванные ишемией и возможной реперфузией (Вихерт А.М., 1971, 1974; Митин К.С., 1974; Нагорнев В.А., 1977; Непомнящих Л.М., 1981, 1998; Автандилов Г.Г. и др., 1984; Kubler W., Katz A.M., 1977; Schuster E.H., Bulkley B.H., 1980). Структурно-функциональным изменениям сердца и миокарда, развивающимся в условиях гиперхолестеринемии до момента атерогенной окклюзии коронарных сосудов, и их коррекции уделяется относительно мало внимания (Непомнящих Л.М., Розенберг В.Д., 2006), что отражается на невысокой эффективности постишемической терапии, развитии тяжелой сердечной недостаточности и частых летальных исходах.
В исследованиях последних лет показано, что дислипидемии, сопровождающиеся усиленным поглощением липидов различными клетками, вызывают изменения и нарушения основных функций клеток, включая клеточный сигналинг, метаболизм липидов, энергопродукцию, синтез структурных макромолекул и т.п., что в конечном итоге может приводить к гибели клеток. Липид-индуцированные изменения клеточного гомеостаза, которые принято обозначают как липотоксические (Wende A.R. et al., 2012), обусловливают модификацию межклеточных взаимодействий и инициируют каскад молекулярно-клеточных превращений, реорганизацию межклеточного матрикса, которые определяют как ремоделирование органов и тканей.
Ремоделирование сердца и репаративная регенерация миокарда при развитии патологических состояний сопровождаются реорганизацией волокнистого каркаса и основного вещества миокарда в результате первоначальной активации матриксных металлопротеиназ и последующей активации экспрессии большинства матриксно-клеточных и матриксных белков (Frangogiannis N.G., 2012), приводящих к формированию нового микроокружения. Матриксно-клеточные и матриксные белки играют большую роль в регуляции межклеточных взаимодействий, интеграции молекулярных сигнальных каскадов, что имеет критическое значение для выживания клеток и изменения их функциональной активности. Матриксно-клеточные белки взаимодействуют как с рецепторами на поверхности клеток, факторами роста, протеазами и другими биоактивными эффекторами, так и со структурными матриксными белками, выступая в роли динамичных интеграторов клеточного микроокружения, которое определяет поведение клеток в ответ на внешние стимулы. Это определяет значимость оценки уровня экспрессии матриксно-клеточных белков для анализа структурно-функционального состояния миокарда и выраженности его ремоделирования.
Высокий уровень инвалидизации и смертности от ишемической болезни сердца и других осложнений атеросклероза обусловливает необходимость своевременной диагностики дислипидемических повреждений миокарда, и соответственно, разработки адекватных моделей развития этой патологии. Перспективным направлением моделирования дислипидемий у мелких грызунов, ускорения развития патологического процесса и усиления его проявлений является использование наряду с атерогенной диетой антитиреоидных средств (в частности, мерказолила), использование которого приводит к уменьшению в крови уровня тироксина – одного из важнейших гормонов щитовидной железы, снижающего уровень холестерина в крови и избыточную жировую массу (. et al., 2008).
Цель исследования – изучить характер ремоделирования миокарда крыс с оценкой пролиферативной активности кардиомиоцитов при хронической дислипидемии.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Изучить структурные основы ремоделирования миокарда крыс при разных атерогенных диетах в сочетании с гипотиреозом.
-
Изучить характер ультраструктурных изменений кардиомиоцитов крыс при разных атерогенных диетах в сочетании с гипотиреозом.
-
С помощью иммуногистохимического анализа и метода количественной оценки популяции кардиомиоцитов в сердце изучить пролиферативную активность кардиомиоцитов при хронической дислипидемии.
-
Изучить характер изменений экспрессии мРНК матриксно-клеточных белков (остеопонтина и люмикана) и аполипопротеинов Е и A-IV при ремоделировании миокарда в условиях хронической дислипидемии.
Научная новизна. Впервые с помощью комплексного морфологического, биохимического и молекулярно-биологического анализа проведено изучение характера и возможных механизмов ремоделирования миокарда при развитии дислипидемии. Впервые показано, что разные атерогенные диеты с использованием экзогенного холестерина и мерказолила обусловливают развитие дислипидемий, которые вызывают сходные общетоксические и кардиотоксические эффекты, проявляющиеся в снижении массы тела и сердца, ремоделировании миокарда.
Впервые установлено, что дислипидемии вызывают ремоделирование миокарда, характеризующееся увеличением объемного отношения соединительной ткани к кардиомиоцитам (в результате развития диффузного и мелкоочагового кардиосклероза) и увеличением объемного отношения капилляров к кардиомиоцитам (в результате полнокровия и дилатации кровеносных сосудов). Показано, что усиление фибропластических процессов в миокарде обусловлено липид-индуцированными повреждениями кардиомиоцитов (диффузными и очаговыми литическими процессами), их атрофией и последующей безнекротической гибелью. Установлено, что повышенный уровень холестерина в крови, особенно на фоне угнетения функции щитовидной железы, может обусловливать непосредственные значительные повреждения кардиомиоцитов, интрамуральных сосудов (эндотелиоцитов и гладкомышечных клеток) и эритроцитов в отсутствие формирования атеросклеротических бляшек.
Впервые показано, что ремоделирование миокарда при дислипидемии реализуется на фоне повышенной экспрессии в миокарде мРНК остеопонтина и мРНК люмикана, которые вовлечены в процессы фиброзирования, а также мРНК аполипопротеинов Е, А-IV и микросомального триглицерид-переносящего протеина, которые вовлечены в транспорт и обмен липопротеинов. Между объемной плотностью соединительной ткани в миокарде и уровнем экспрессии мРНК остеопонтина и мРНК люмикана установлена умеренная положительная корреляционная связь.
Впервые показано, что при хронической дислипидемии, индуцированной разными атерогенными диетами, по-разному меняется пролиферативная активность кардиомиоцитов: при употреблении экзогенного холестерина происходит снижение пролиферативной активности кардиомиоцитов (по данным иммуногистохимического выявления Ki-67), при включении в рацион мерказолила вне зависимости от присутствия в нем экзогенного холестерина происходит увеличение пролиферативной активности кардиомиоцитов. Увеличение пролиферативной активности кардиомиоцитов способствует сохранению или менее выраженному снижению массы сердца при дислипидемии.
Иммуногистохимическое выявление Ki-67 преимущественно в ядрах «малых» одноядерных кардиомиоцитов позволяет рассматривать эти клетки в качестве основной субпопуляции, обеспечивающей пролиферацию кардиомиоцитов и появление двуядерных и многоядерных клеток. Пролиферация предсуществующих нетерминально дифференцированных кардиомиоцитов («малых» одноядерных кардиомиоцитов) способствует поддержанию общей численности кардиомиоцитов в сердце при цитопатических воздействиях дислипидемий.
Выявленный комплекс ультраструктурных изменений кардиомиоцитов (умеренная липидная инфильтрация кардиомиоцитов, развитие литических и деструктивных изменений органелл, расширения везикул и трубочек Т-системы, усиление аутофагоцитоза) и эндотелиоцитов свидетельствует о цитотоксических свойствах циркулирующего в крови холестерина. К особенностям внутриклеточной реорганизации кардиомиоцитов крыс при дислипидемии относится усиление их пиноцитозной активности (появление в субсарколеммальных зонах большого количества пиноцитозных везикул и окаймленных везикул), что свидетельствует об усилении обменных процессов между кардиомиоцитами и внеклеточным матриксом.
Теоретическая и практическая значимость. Получены новые данные о характере ремоделирования миокарда, повреждения и регенераторных реакциях кардиомиоцитов при развитии хронической дислипидемии. Представлены некоторых молекулярно-биологические механизмы ремоделирования миокарда при хронических нарушениях липидного обмена.
Установление липид-индуцированных повреждений кардиомиоцитов и ремоделирования миокарда при хронических дислипидемиях будет способствовать разработке новых подходов к коррекции нарушений сердечной деятельности в данных условиях.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Дислипидемии оказывают общетоксическое и кардиопатическое действие, которое проявляется в уменьшении массы тела и сердца крыс, ремоделировании миокарда (развитии диффузного и мелкоочагового кардиосклероза), литических повреждениях кардиомиоцитов.
-
Ремоделирование миокарда, характеризующееся увеличением объемных отношений соединительной ткани к кардиомиоцитам и капилляров к кардиомиоцитам, реализуется на фоне повышенной экспрессии в миокарде мРНК матриксно-клеточных белков остеопонтина и люмикана.
-
При дислипидемии, индуцированной употреблением экзогенного холестерина, происходит снижение пролиферативной активности кардиомиоцитов (по данным иммуногистохимического выявления Ki-67), при включении в рацион мерказолила вне зависимости от присутствия в нем экзогенного холестерина происходит увеличение пролиферативной активности кардиомиоцитов. «Малые» одноядерные кардиомиоциты являются основной субпопуляцией, обеспечивающей пролиферацию кардиомиоцитов.
Апробация работы. Результаты исследования представлены на 1-й Всероссийской научной конференции молодых ученых-медиков «Инновационные технологии в медицине XXI века» (Москва, 2012), Научно-образовательном форуме «Кардиология 2012» (Москва, 2012), Всероссийской конференции молодых ученых «Актуальные вопросы клинической и экспериментальной кардиологии» (Томск, 2013), 6-й Всероссийской конференции «Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов» (Новосибирск, 2013), IV Конференции молодых ученых и студентов «Экспериментальная и прикладная физиология» (Москва, 2013), межлабораторной научной конференции в ФГБУ «Научно-исследовательский институт региональной патологии и патоморфологии» СО РАМН (Новосибирск, 2014).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, из них 3 – в журналах по списку ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 172 страницах компьютерного текста, иллюстрирована 71 рисунком (микрофотографиями, электронограммами, графиками), 4 таблицами. Состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, списка использованной литературы. Список литературы включает 292 источника.
