Epigenetic Mechanisms of the Influence of Physical Activity on the Development of Atherosclerosis

Texto integral

Атеросклероз (АС) является самым распространенным сердечно-сосудистым заболеванием в мире, поражающим сосуды сердца, головного мозга и периферических артерий [1]. Частота встречаемости болезни значительно увеличивается с возрастом [2] в связи с воспалением стенок сосудов при старении [3–5]. Развитие АС характеризуется отложением в стенках артерий холестерина и липопротеинов с образованием бляшек, которые постепенно сужают просвет сосудов и нарушают кровоснабжение тканей и органов. На развитие болезни влияют как средовые факторы (неправильное питание, лишний вес, курение, прием алкоголя, гиподинамия), так и генетическая предрасположенность [1]. Согласно результатам метаанализов, АС достоверно ассоциирован с аллельными вариантами генов интерлейкина IL-10 (–1082G>A), бета-хемокинов CCR5 (rs333), циклооксигеназы COX2 (–765G>C), FLAP (–336G>A), липооксигеназы 5-LO (–1078G>A), маренострина MEFV (694M>V), Толл-подобных рецепторов TLR-4 (+896A>G) [6]. Для АС определенных локализаций метаанализы показали ассоциацию полиморфизмов специфических генов при АС периферических артерий (CYP2B6, SYTL3 и TCF7L2) [7], при АС артерий головного мозга (GP1BA, F11, LAMC2, VCAM1, PROC, KLKB1) [8], при АС коронарных артерий (варианты 57 различных полиморфизмов, расположенных главным образом в межгенных и интронных областях, а также в генах BCAS3, KSR2, NOA1, NOS3, SMAD3, SWAP70) [9].

Развитие АС сопровождается изменением экспрессии генов в тканях пораженных сосудов, что обусловлено влиянием эпигенетических факторов, к которым относятся метилирование ДНК, модификации гистонов и РНК-интерференция с помощью микроРНК и длинных некодирующих РНК (нкРНК) [10]. Это сопровождается изменением участвующих в патогенезе АС фенотипов клеток, в том числе эндотелиоцитов (ЭЦ) [4, 11, 12], гладкомышечных клеток сосудов (ГМКС) [13, 14] и клеток иммунной системы [15], а также нарушением метаболизма липидов и воспаления [16] (рис. 1). Проведенное в 2022 г. сравнительное исследование роли эпигенетических факторов в развитии АС показало 47 активированных (гипометилированных) и 90 инактивированных (гиперметилированных) генов при АС, а также 10 ключевых генов АС (CACNA1C, GABBR2, TCF7L2, DCK, NRP1, PBX1, FANCC, CCDC88C, TCF12, ABLIM1), дифференциально экспрессируемых под влиянием микроРНК и патологического метилирования [17]. Метилирование ДНК осуществляют ферменты ДНК-метилтрансферазы DNMT1, DNMT3a, DNMT3b, деметилирование – Тet-метилцитозиндиоксигеназы TET1, TET2, TET3, ацетилирование гистонов – ацетилтрансферазы [10]. Нарушения экспрессии микроРНК описаны как патогенетические факторы развивающегося при старении АС [4, 5], поскольку они изменяют метилирование ДНК по механизмам РНК-направленного ДНК-метилирования, влияя на транскрипцию специфических генов. В данных механизмах микроРНК играют роль гидов для изменения эпигенетических факторов в специфических локусах генома [18], следствием чего являются обнаруживаемые при АС влияния ДНК-метилтрансфераз DNMT1/3a/3b, TET1/2/3, гистоновых ацетилтрансфераз НАТ и деацетилаз HDAC на экспрессию специфических генов [10].

Эндотелиальное воспаление при АС ассоциировано с повышенными уровнями miR-126, miR-221/222 и низкими уровнями miR10a, miR-155, miR-181a, miR-221/222, что ведет к апоптозу, остановке клеточного цикла, выработке активных форм кислорода. При старении эндотелия наблюдается усиление экспрессии miR-217, miR-34, снижение выработки miR-92a, miR-216a, что сопровождается повышением концентраций провоспалительных хемокинов MCP1 (monocyte chemoattractant protein 1), CXCL12 (chemokine (C-X-C motif) ligand 12), VCAM (vascular cell adhesion protein), ICAM (intercellular adhesion molecule) [4]. Со старением ЭЦ в патогенезе АС ассоциированы miR-146a [11] и miR-200c (в ответ на активные формы кислорода) [12]. Ассоциированная со старением miR-217 оказалась вовлеченной в развитие АС и сердечно-сосудистой дисфункции путем подавления сети активаторов эндотелиальных синтетаз оксида азота, включая VEGF (vascular endothelial growth factor) и пути рецептора апелина [5].

Проведенный в 2018 г. систематический обзор научной литературы показал, что микроРНК способны контролировать воспаление сосудистой стенки, регулируя ее инфильтрацию активированными лейкоцитами. К ним относятся miR-19a, miR-19b, miR-21. Ключевой микроРНК в данных механизмах АС является miR-126, которая ингибирует VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule 1) и провоспалительный TNF-α. В связи с этим снижение экспрессии miR-126 повышает активность NF-κB, усиливая взаимодействие лейкоцитов с ЭЦ и способствуя АС [15]. На функцию макрофагов при АС оказывает влияние miR-33, которая регулирует зависимый от ABCA1 (АТФ-связывающий кассетный транспортер А1) отток холестерина. Также miR-33 ингибирует гены TFEB и FOXO3, снижая лизосомальную активность и фагоцитоз макрофагов. Поэтому воздействие анти-miR-33 повышает эффероцитоз, лизосомальный биогенез и деградацию апоптического материала макрофагов [19]. Изменение эпигенетической регуляции играет важную роль в поляризации макрофагов в М1-подобные (под влиянием деацетилаз гистонов HDAC3, HDAC7, HDAC9, модификаций гистонов H3K9me3, H3K36me3), что способствует воспалению сосудистой стенки [20]. Воспалительные макрофаги секретируют везикулы, содержащие специфические микроРНК (такие как miR-28, miR-146a, miR-185, miR-365, miR-503), которые используются для коммуникации между клетками атеросклеротических сосудов [15].

Аномальная пролиферация и миграция ГМКС вовлечены в формирование неоинтимы, способствуя рестенозу [14] и образованию бляшек при АС. При этом ГМКС могут переходить к менее дифференцированным формам, в которых отсутствуют маркеры ГМКС, в том числе в макрофагоподобные клетки, способствующие прогрессированию АС и воспалению [13]. Влиянием на ГМКС в патогенезе АС охарактеризованы miR-1 (мишенями являются мРНК генов KLF4, PIM1), miR-10a (влияет на мРНК HDAC4), miR-126 (ингибирует мРНК генов BCL2, IRS1, FOXO3), miR-22 (влияет на гены MECP2, HDAC4, EVI1), miR-143 и miR-145 (воздействуют на гены ACE, ELK1, KLF4/5), miR-21 (мишени – мРНК генов DOCK, PDCD4), miR-26a, miR-34a, miR-130a, miR-221 [15]. Среди циркулирующих микроРНК наиболее специфичными для АС являются miR-17, miR-17-5p, miR-29b, miR-30, miR-92a, miR-126, miR-143, miR-145, miR-146a, miR-212, miR-218, miR-221, miR-222 и miR-361-5p, которые были предложены в качестве биомаркеров для диагностики болезни [21].

Следует отметить, что причинами нарушений экспрессии микроРНК при АС может служить активация мобильных генетических элементов (МГЭ) с возрастом [22], способствующих воспалительным процессам в организме человека при старении [3–5]. Это обусловлено возникновением от МГЭ в эволюции множества некодирующих РНК (нкРНК), в том числе микроРНК. Еще в 2016 г. была опубликована база данных MDTE DB (miRNAs derived from transposable elements database) о происхождении 661 специфической микроРНК от МГЭ [23]. К МГЭ относятся ретроэлементы (РЭ) HERV (Human Endogenous Retroviruses) [24] и LINE-1 (Long Interspersed Nuclear Elements-1), транспозиция которых происходит по механизму “копирования и вставки”, и ДНК-транспозоны, перемещающиеся путем “вырезания и вставки”[25]. В связи с наличием комплементарных последовательностей микроРНК с МГЭ активация последних при старении и под воздействием средовых факторов может отразиться на экспрессии микроРНК. Кроме того, обнаружение многочисленных полиморфизмов, расположенных в межгенных областях и интронах [9], ассоциированных с АС, также свидетельствует о влиянии МГЭ на патогенез болезни, поскольку многие МГЭ расположены в межгенных областях и интронах. Сходным распределением в геноме человека характеризуются и гены микроРНК [23].

Влияние физических упражнений на атеросклероз и старение

В развитии АС важную роль играет ассоциированное со старением воспаление стенок сосудов [5], на которое могут воздействовать средовые факторы, в том числе выполнение достаточного количества аэробных физических упражнений, которые изменяют метаболизм в организме [26]. В то же время гиподинамия стимулирует НАДФН-оксидазы, способствуя сосудистой дисфункции за счет усиления окислительного стресса [27]. Регулярные тренировки ингибируют экспрессию провоспалительной молекулы TNF-α [28]. Под воздействием аэробных упражнений у пожилых людей снижаются концентрации IL-18, IL-6, СРБ в крови [29], а при АС предотвращается образование пенистых клеток из макрофагов [30]. Таким образом, описаны молекулярные механизмы влияния физических тренировок на развитие АС, однако наиболее перспективно исследование регуляторов эпигенетических факторов, вызывающих данные изменения. Такими драйверами могут служить МГЭ, патологическая активация которых является ключевым механизмом старения [22].

Для подтверждения эффекта воздействий различных факторов на развитие атеросклероза в экспериментах используют специально модифицированные линии мышей ApoE-/-, при исследовании которых в ряде опубликованных работ было достоверно показано не только протективное действие физических упражнений на развитие АС, но и ингибирование прогрессирования самой болезни, что свидетельствует о рациональности рекомендаций внедрения регулярных занятий физкультурой пациентам даже с уже развившимся АС. Так, 6-недельный бег мышей линии ApoE-/- после 16-недельной диеты с повышенным содержанием жира способствовал уменьшению стеноза бляшек и повышению в них содержания коллагена и эластина [31]. Аналогичные результаты получены в другой работе на мышах линии ApoE-/- с развившимся тяжелым АС: 8-недельный бег снижал стеноз бляшек, повышал концентрацию в них эластина и коллагена [32]. Определено также подавление воспаления и миграции клеток иммунной системы в стенках сосудов с уменьшением количества лейкоцитов в АС бляшках в результате шести недель добровольного бега мышей ApoE-/- [33]. Выявлено снижение уровней липидов, уменьшение стеноза бляшек с повышением в них концентрации эластина и коллагена и матриксных металлопротеиназ ММР2 (которые разрушают матрикс бляшек) у ApoE-/- мышей с ранним (возраст 12 нед.) и поздним (возраст 40 нед.) АС после 10 нед. добровольного бега [34].

Полученные в экспериментах на животных результаты о лечебном воздействии аэробных нагрузок на развитие АС были подтверждены в клинических исследованиях на пациентах. Было выявлено, что длительные (4 ч) физические упражнения низкой интенсивности приводят к усиленному окислению триглицеридов во время тренировки и снижению скорости появления свободных жирных кислот во время восстановления, причем в большей степени у тренированных лиц [35]. Исследование возрастных пациентов (58–70 лет) с АС показало, что 16-недельные тренировки с использованием устройств с виброотдачей для стимуляции физической активности снижают продукцию интерлейкинов IL-1β, IL-8, IL-10 в периферических мононуклеарах [26]. Поскольку в патогенезе АС важную роль играет ассоциированное со старением воспаление стенок сосудов, полученные данные свидетельствуют о протективном влиянии регулярных физических упражнений на развитие АС. Рандомизированное исследование на пожилых добровольцах (средний возраст 69 лет) с АС периферических артерий показало, что высокоинтенсивные тренировки в течение 12 мес. значительно более эффективно воздействовали на развитие АС по сравнению с низкоинтенсивными [36]. Проведенный в 2023 г. метаанализ 12 рандомизированных контролируемых и семи когортных исследований показал, что физические упражнения у пациентов с окклюзивным АС периферических артерий оказывают лечебный эффект и снижают риск смерти после 12 мес. регулярных занятий [37].

Влияние физических упражнений на экспрессию микроРНК и сигнальные пути при атеросклерозе

Воздействие физических упражнений на развитие АС может быть связано с изменением эпигенетических факторов. Об этом свидетельствуют опубликованные результаты экспериментов на самцах мышей C57BL/6J с нулевым ApoE в возрасте 10 нед. На данных животных продемонстрирован эффект физических упражнений на снижение экспрессии miR-155 и повышение – miR-126, miR-146a. Мышей помещали в камеру с беговой дорожкой на 10 мин перед началом бега, после чего в течение 1 ч животные бегали со скоростью 13 м/мин. По сравнению с контрольными мышами (с отсутствием физических упражнений, с воздействием статинов и без него) у опытной группы повышение уровней miR-126 и miR-146a снижало воспалительное повреждение сосудов за счет ингибирующего воздействия на экспрессию генов TRAF и TLR4 [38]. В экспериментах на крысах линий ApoE-/- и LDLR-/- в 2017 г. было выявлено, что регулярные упражнения в виде плавания способствуют повышению экспрессии miR-20a клетками эндотелия. МiR-20a подавляет транскрипцию и трансляцию генов PTEN (кодирует белок фосфатазу, супрессор опухолей, предотвращающий быструю пролиферацию клеток), ANGII (кодирует ангиотензин), ET-1 (ген эндотелина 1), TxA2 (тромбоксан А2) [39]. Плавание также значительно уменьшало тяжесть течения АС у Apo-/- мышей за счет повышения уровней miR-492, которая ингибирует экспрессию гена резистина (RETN) [40].

Рис. 1. Схема роли микроРНК в механизмах развития атеросклероза.

В клинических исследованиях на пациентах с АС коронарных артерий было выявлено снижение уровней miR-15a-5p, miR-93-5p, miR-451a и повышение miR-146a-5p в крови под влиянием физических упражнений. Проведенный биоинформационный анализ показал роль генов miR-15a-5p, miR-93-5p в механизмах биосинтеза и метаболизма жирных кислот [41]. В отношении miR-146a полученные результаты совпадают с данными экспериментов на мышах [38]. Регулярные тренировки в виде ходьбы у пациентов с АС периферических артерий способствовали экспрессии miR-126, которая играет роль в ангиогенезе и адаптации за счет ингибирования PI3KR2, благодаря чему активируется сигнальный путь фактора роста эндотелия сосудов VEGF [42]. Умеренные физические тренировки возрастных пациентов (72 ± 7 лет) с АС периферических артерий способствовали повышению уровней miR-142-5p и miR-424-5p, которые воздействуют на VEGF и mTOR сигнальные пути, препятствуя развитию АС [43]. На рис. 2 представлена схема влияния физических тренировок (согласно данным экспериментальных и клинических исследований) на экспрессию специфических микроРНК, вовлеченных в патогенез АС.

Рис. 2. Схема воздействия физических упражнений на экспрессию микроРНК, вовлеченных в патогенез атеросклероза.

Поскольку даже одна микроРНК влияет на множество различных генов, логично предположить, что изменение экспрессии этих молекул оказывает воздействие на специфические вовлеченные в патогенез АС механизмы. Действительно, в экспериментах на мышах аэробные тренировки приводили к повышению экспрессии SESN1. Белки SESN подавляют сигнальные пути воспаления со снижением уровней провоспалительных факторов [44]. Упражнения по плаванию у C57BL/6J мышей в возрасте 24 мес. усиливали выработку и другого представителя этих белков – SESN2, способствуя повышению чувствительности к инсулину [45]. Физические упражнения влияют также на сигналинг АМФ-активируемой протеинкиназы (AMPK). Это способствует восстановлению метаболизма липидов и нормализации функции ЭЦ за счет взаимодействия AMPK с рецепторами, активирующими пролифераторы пероксисом [46]. Помимо мутаций гена ApoE-/- для моделирования АС, у экспериментальных животных моделируют развитие АС путем нокаута (инактивации) обоих аллелей гена рецепторов липопротеинов низкой плотности (LDLR-/-). Эксперименты на таких мышах показали, что регулярные аэробные физические упражнения в течение четырех недель усиливают выработку пероксида водорода и оксида азота, препятствуя эндотелиальной дисфункции [47].

Роль транспозонов и длинных некодирующих РНК в патогенезе атеросклероза

Эффект воздействия физических тренировок может быть обусловлен влиянием на активированные при АС транспозоны (МГЭ), поскольку продукты экспрессии МГЭ при старении стимулируют гиперпродукцию интерферона и вторичные хронические воспалительные процессы в организме [24, 48]. Для макрофагов характерна экспрессия HERV-K HML-2, коррелирующая с иммунной активацией макрофагов (поляризация в М1-клетки) и ответом на интерферон-I [49]. При старении дисфункциональные LB-пенистые макрофаги (CD14+CD16+) продуцируют частицы HERV-K102, высвобождаемые для стимуляции обучаемого врожденного иммунитета [50], что может быть причиной нарушенной экспрессии генов при АС в данных клетках [51]. Макрофаги экспрессируют также ген ERVPb1, произошедший от Env эндогенных РЭ HERV-P [52]. Действительно, проведенное в 2019 г. исследование изменений эпигенетических факторов в лейкоцитах периферической крови у людей под влиянием физических упражнений показало усиление метилирования Alu и LINE1, а также генов TNFα, NOS2, EDN1, что сопровождалось снижением артериального давления [53]. В скелетной мускулатуре физические упражнения усиливают метилирование LINE1, в норме сниженное при физиологическом старении [54]. В экспериментах на трансгенных мышах, получавших диету с высоким содержанием жира, показано повышение транскриптов РЭ с их снижением под влиянием аэробных упражнений [55].

Роль МГЭ в инициации и развитии АС обусловлена не только опосредованным интерфероном воспалением [24, 48], но и участием в функционировании иммунной системы. Об этом свидетельствует возникновение необходимых для V(D)J рекомбинации RAG1 и RAG2 от транспозонов [56]. Дисбаланс в активации РЭ с возрастом [22], способствующий старению и воспалению стенок сосудов [3–5], может отражаться на дисрегуляции ДНК-транспозонов и происходящих от них генов V(D)J рекомбинации с последующим изменением функционирования иммунной системы [57], что отражается на развитии АС. Активация РЭ при старении способствует иммунной патологии также в связи с использованием ERV в качестве энхансеров генов HLA-G [58] и интерферон-индуцибельных генов (формируя транскрипционные сети интерферонового ответа [59]). Согласно результатам метаанализов, дисрегуляция РЭ имеет значение в этиопатогенезе аутоиммунных болезней [60], с которыми достоверно ассоциирован АС [61].

Роль МГЭ в развитии АС опосредована также тесной взаимосвязью их функционирования с нкРНК, которые произошли от МГЭ в эволюции, включая не только микроРНК [23], но и длинные нкРНК [62]. За счет этого МГЭ служат драйверами эпигенетической регуляции как на посттранскрипционном, так и на транскрипционном уровнях [63] за счет механизма РНК-направленного ДНК-метилирования [18]. Кроме того, МГЭ являются важнейшими источниками возникновения транскрипционных факторов [64] и сайтов связывания с ними [65], что свидетельствует о существовании дополнительного механизма влияния транспозонов на эпигенетические факторы, поскольку транскрипционные факторы влияют на различные деацетилазы гистонов [66]. Определена также взаимосвязь miR-148 с ДНК-метилтрансферазами DNMT1, DNMT3a, miR-140 – с деацетилазой гистонов HDAC4 [67].

Длинные нкРНК относятся к эпигенетическим факторам, и изменения их уровней в патогенезе АС могут быть отражением особенностей экспрессии МГЭ, являющихся источниками нкРНК в эволюции [62]. Это обусловлено высокой чувствительностью РЭ к влиянию средовых воздействий [68] и гиперактивацией МГЭ при старении [22]. Продукты экспрессии HERV [69] и LINE-1 [70] сами функционируют в качестве длинных нкРНК. Описана роль взаимодействий РЭ с длинными нкРНК в патогенезе АС. Alu-элементы (относятся к неавтономным РЭ) связываются с длинной нкРНК ANRIL, вовлеченной в развитие AC [71]. ANRIL взаимодействует непосредственно с последовательностями Alu в геноме [72], которые оказывают проатерогенный эффект, располагаясь в областях промоторов генов-мишеней [73], кодирующих белки группы поликомб PRC-1 и PRC-2. Данные белки рекрутируются с помощью ANRIL и используются для модификации эпигенетических факторов с ингибированием генной экспрессии в цис-регуляции апоптоза, пролиферации и адгезии клеток, воспаления и развития АС [72].

Длинные нкРНК VINAS [74] и H19 [75] влияют на развитие АС за счет регуляции сигнальных путей MAPK и NF-κB, участвующих в воспалении. Нокдаун VINAS снижает экспрессию ключевых воспалительных маркеров, таких как MCP-1, COX-2, TNF-α, IL-1β в эндотелиоцитах [74]. В плазме крови и в бляшках больных АС определен повышенный уровень длинной нкРНК AK136714, ингибирование которой в экспериментах подавляет формирование АС, воспаление ЭЦ и защищает эндотелиальный барьер. AK136714 стимулирует транскрипцию Bim, а также напрямую связывается с HuR, повышая стабильность мРНК генов TNF-α, IL-1β и IL-6 [76]. Длинная нкРНК RAPIA экспрессируется макрофагами при прогрессировании АС, стимулируя их пролиферацию и подавляя апоптоз. Ингибирование RAPIA in vivo подавляет прогрессирование АС [77]. Экспрессия специфичной для макрофагов длинной нкРНК MAARS (Macrophage-Associated Atherosclerosis lncRNA Sequence) в интиме аорты увеличивается в 270 раз при прогрессировании АС и снижается при регрессе на 60%. В экспериментах на LDLR-/- (с обоими инактивированными аллелями рецепторов липопротеинов низкой плотности) мышей нокдаун MAARS снижал образование АС бляшек на 52% за счет уменьшения воспаления, апоптоза макрофагов и увеличения эффероцитоза в стенках сосудов [74].

Модифицированные транскрипты Alu-элементов при АС контролируют стабильность провоспалительной длинной нкРНК NEAT1, экспрессия которой выше у больных АС коронарных артерий и усиливается под влиянием TNF-α. Подавление NEAT1 приводит к ослаблению вызванной TNF-α провоспалительной реакции эндотелиоцитов с характерной для нее экспрессией хемокинов CXCL8, CCL2, иммуноглобулинов VCAM1 и ICAM1 [78]. При инфаркте миокарда с симптомами нестабильной атеросклеротической бляшки в сыворотке больных значительно повышается уровень длинной нкРНК MIAT, которая действует в качестве губки для miR-149-5p, способствуя экспрессии антифагоцитарной молекулы CD47 [79]. Т. е. механизм влияния длинных нкРНК на развитие АС может быть связан с регуляцией микроРНК, что, вероятно, обусловлено происхождением в эволюции от МГЭ как длинных нкРНК [62, 80], так и микроРНК [23] (общее происхождение способствует наличию комплементарных последовательностей). Поэтому логично предположить, что наблюдаемые изменения экспрессии нкРНК при АС являются следствием патологической активации МГЭ при старении [22, 24, 25], которые оказывают не только прямое воздействие на развитие АС [3–5], но и опосредованное, за счет взаимодействий произошедших от них микроРНК и длинных нкРНК (рис. 3).

Таблица 1. Идентичное изменение экспрессии произошедших от транспозонов микроРНК при атеросклерозе и старении

Рис. 3. Схема взаимодействия мобильных генетических элементов с некодирующими РНК (нкРНК) в патогенезе атеросклероза.

Роль произошедших от транспозонов микроРНК в развитии атеросклероза и старения

Анализ научной литературы позволил нам выявить изменение экспрессии 35 произошедших от транспозонов микроРНК, экспрессия которых изменяется как при старении, и при атеросклерозе. Так, уровень возникшей от LTR-ERVL и частично комплементарной ее последовательности [23] miR-1246 повышается как при АС [81], так и при старении (в фибробластах человека) [82, 83]. При атеросклерозе miR-1246 способствует пролиферации, инвазии и дифференцировке ГМКС [81]. Поскольку miR-1248 (произошла от SINE/Alu [23]) подавляет экспрессию тромбомодулина в предшественниках ЭЦ, снижение ее уровня способствует развитию АС [84]. Низкие концентрации miR-1248 определяются также при старении [85]. У больных инфарктом миокарда в экзосомах, полученных из макрофагов, определены высокие уровни miR-1271 [86], произошедшей от LINE2 [23]. При исследовании образцов коронарных артерий больных АС определено значительное повышение экспрессии miR-1273 [87], семейство которой произошло в эволюции от РЭ LINE, SINE, ERVL [23]. При старении экспрессия miR-1271 и miR-1273 также повышается [82, 83]. Повышенные уровни miR-1290, возникшей от SINE/MiR [23], наблюдаются при старении [83] и при осложненном инсультом АС у пациентов молодого возраста [88].

Произошедшая от LINE2 miR-151 [23] подавляет апоптоз ЭЦ в развитии АС. Данная микроРНК влияет на выработку белков BAX, IL-17A, с-каспазы 3 и 9. Как при АС [89], так и при старении снижается уровень miR-151 [85], что отражается на активации воспалительных процессов при обоих процессах. Экспрессия miR-192 (возникла от LINE2 [23]) значительно выше в сыворотке крови больных АС. MiR-192 способствует пролиферации и миграции ГМКС [90]. При старении также наблюдается повышение экспрессии miR-192 [91]. В сыворотке больных АС выявлено значительное снижение уровня miR-211 [92], произошедшей от LINE2 [23]. Экспрессия miR-211 достоверно уменьшена у людей с более низкой продолжительностью жизни по сравнению с долгожителями [93]. От ДНК-транспозона MER-135 в эволюции возникла miR-224 [23], для которой определена обратная корреляция с АС коронарных артерий у человека [94]. MiR-224 ассоциирована со старением головного мозга. Ее мишенью является ген CHOP, который вовлечен в регуляцию митохондриальных белков [95].

Повышенная экспрессия miR-31 (произошла от LINE2 [23]) способствует прогрессированию АС за счет воздействия на оксидазу NOX4, которая регулирует миграцию ГМКС [96]. MiR-31 действует как ключевой драйвер старения фолликулярных стволовых клеток волос путем прямого нацеливания на мРНК гена Clock (основной ген циркадных часов, нарушение регуляции которого активирует каскад MAPK/ERK), вызывая истощение HFSC посредством трансэпидермальной элиминации. Условная абляция miR-31 обеспечивает эффективную защиту кожи от старения [97]. У больных с АС коронарных артерий значительно повышена экспрессия miR-320b, которая регулирует отток холестерина из макрофагов. Введение miR-320b экспериментальным животным увеличивало размеры АС бляшек, содержание поврежденных макрофагов и уровни провоспалительных цитокинов за счет усиления фосфорилирования NF-κB [98]. Источником miR-320b в эволюции является LINE2 [23]. Повышенный уровень miR-320b ассоциирован также со старением [99].

Таблица 2. Разнонаправленное изменение экспрессии произошедших от транспозонов микроРНК при атеросклерозе и старении

В образовании окисленных пенистых клеток при АС определена роль miR-326 (произошла от ДНК-транспозона hAT-Tip100 [23]), вовлеченной в сеть взаимодействий кольцевых РНК с длинными нкРНК [100]. Усиленная экспрессия miR-326 определяется в фибробластах кожи при старении [101]. Концентрация возникшей от SINE/MIR miR-335 [23] повышена в плазме крови больных АС [102]. Высокие концентрации miR-335 способствуют старению ЭЦ за счет ингибирования экспрессии гена sKlotho [103]. Транскрипция miR-335 повышается также в гиппокампе стареющего головного мозга [104]. В макрофагах, ГМКС и ЭЦ при атерогенезе определяется усиление экспрессии miR-340, произошедшей от ДНК-транспозона TcMar-Mariner [105]. Низкая продолжительность жизни ассоциирована с высокими уровнями miR-340 [93]. В сыворотке больных АС определено значительное повышение экспрессии miR-374 (произошла от LINE2 [23]), которая стимулирует пролиферацию и миграцию ГМКС [106]. Быстрые темпы старения ассоциированы с высокими уровнями miR-374 [93].

Снижение оттока свободного холестерина из макрофагов и усиленный приток окисленных липопротеинов низкой плотности являются важным фактором развития АС. В метаболических путях, регулирующих эти процессы, участвует произошедшая от SINE/MIR и LINE2 [23] miR-378 [107], активируемая комплексом АР-1, ингибируемым коэнзимом Q10 [108]. Повышение экспрессии miR-378 определено у людей старческого возраста при регенерации мышц. Мишенями miR-378 являются мРНК генов сигнальных путей инсулиноподобного фактора роста (IGF-1) [109]. MiR-384, произошедшая от LINE-Dong-R4 [23], негативно регулирует возрастную остеогенную дифференцировку мезенхимальных стволовых клеток костного мозга, что свидетельствует о роли данной микроРНК в старении [110]. MiR-384 ускоряет развитие АС за счет ингибирования генов аутофагии макрофагов [111].

У больных АС коронарных артерий низкий уровень miR-421 (произошла от LINE2 [23]) в сыворотке, бляшках и ГМКС сопровождается усилением экспрессии хемокина CXCL2 [112]. Старение также ассоциировано со снижением транскрипции miR-421 [113]. MiR-4487 (произошла от LINE1 [23]) стимулирует миграцию и выживаемость ГМКС и ингибирует их апоптоз путем целевого воздействия на RASA1 (регулятор сигнального пути RAS/MAPK) [114]. Со старением кожи определена ассоциация повышения экспрессии miR-4487 [115]. У больных с АС крупных сосудов определено достоверное снижение экспрессии miR-493 по сравнению с контролем [116]. Данная микроРНК произошла от LINE2 [23]. При старении снижается экспрессия miR-493 в скелетной мускулатуре. Мишенью данной микроРНК является ген бета-субъединицы фибриногена FGB [117]. У пациентов с АС коронарных артерий в жировой ткани вокруг пораженных сосудов определено снижение экспрессии miR-548. Представители семейства данной микроРНК произошли в эволюции от различных РЭ (LINE1, LINE2, LTR-ERVL, LTR-Gypsy, LTR-ERV1, SINE/MIR) и ДНК-ТЕ (TcMar, hAT Charlie) [23]. MiR-548 регулирует экспрессию гена HMGB1 (кодирует негистоновый белок, связывающий хроматин и участвующий в контроле транскрипции, репликации и репарации ДНК) [118]. При старении также определено снижение уровня miR-548 [82, 83].

Повышенная экспрессия miR-552 (произошла от LINE1 [23]) под влиянием PDGF-bb определена в ГМКС, что ведет к стимуляции их пролиферации, инвазии и миграции. Мишенями miR-552 являются мРНК протоонкогена SKI и гена транскрипционного фактора ATF4 [119]. При старении у людей определено увеличение уровней miR-552, в 124 раза большее в сравнении с молодыми людьми [120]. Кольцевая РНК circ_0086296 индуцирует АС через петлю обратной связи IFIT1/STAT1, действуя как губка для miR-576 (возникла от LINE1 [23]), которая ингибирует экспрессию гена, индуцируемого интерфероном белка с тетратрикопептидными повторами IFIT1 и гена цитокин-регулируемого транскрипционного фактора STAT1, препятствуя развитию АС [121]. Для старения фибробластов человека определено снижение уровня miR-576 [82, 83].

Произошедшая от ДНК-ТЕ hAT-Blackjack [23] miR-584 ингибирует мРНК эндотелиальной синтазы оксида азота eNOS, связываясь с ее 3’UTR, что характерно для воспалительных реакций и прогрессирования роста бляшек при АС. Белок eNOS является главным регулятором эндотелиального гомеостаза [122]. Низкие уровни miR-584 ассоциированы также со старением [82, 83]. От LINE2 в эволюции возникла miR-708 [23], которая экспрессируется на высоком уровне в ЭЦ неоинтимы в поврежденных сосудах при физиологическом потоке крови, однако не экспрессируется при застое. Данная микроРНК обладает противовоспалительным свойством, подавляя экспрессию связанной с рецептором IL-1 киназы, рецептора IL-6, консервативной вездесущей киназы типа “спираль–петля–спираль” и ингибитора субъединицы-γ киназы ядерного фактора κB [123]. Снижение экспрессии miR-708 ассоциировано и со старением [124]. В табл. 1 представлены 25 микроРНК, произошедшие от транспозонов, характер изменения которых идентичен для старения и АС. МикроРНК miR-1248, -151, -211, -224, -421, -493, -548, -576, -708 и их миметики могут быть использованы для патогенетической терапии АС и продления жизни. МикроРНК miR-1246, -1271, -1273, -1290, -192, -31, -320b, -326, -335, -340, -374, -378, -384, -4487, -552, -584, для которых определена повышенная экспрессия, могут служить объектами для таргетной терапии АС и для замедления процессов старения с помощью антисмысловых олигонуклеотидов [125].

Для ряда микроРНК характерен разный характер экспрессии при старении и АС. Это свидетельствует о том, что при болезнях нарушается физиологический ход развития организма вследствие патологической активации транспозонов, что отражается на изменении эпигенетической регуляции тканей и органов. Поэтому такие микроРНК являются наиболее перспективными объектами для проведения таргетной терапии болезни. Так, ассоциированная со старением (снижение уровня) [85] miR-1248 проявляет повышенную экспрессию при АС, подавляя экспрессию тромбомодулина в эндотелиальных клетках-предшественниках, что свидетельствует о ее возможном участии в патогенезе АС [84]. MiR-1248 возникла в эволюции от SINE/Alu [23]. У пациентов с АС коронарных артерий выявлен повышенный уровень произошедшей от ERVL [23] miR-1257, участвующей в путях сборки белков главного комплекса гистосовместимости МНС и регулирующей экспрессию генов CALR, POMC, TLR4, IL10, ATF6 [126]. При старении фибробластов человека экспрессия miR-1257 снижается [82]. Уровень miR-1261, произошедшей от ДНК-транспозона Tc-Mar [23], повышен при осложненном АС сосудов головного мозга [88] и снижен при старении [83].

Источником miR-147 в эволюции является LINE1 [23]. Данная микроРНК обладает атерогенными свойствами, индуцируя экспрессию гена молекулы адгезии ICAM-1 [127]. Однако со старением ассоциированы низкие уровни miR-147 [128]. В плазме крови пациентов с нестабильной стенокардией определено значительное повышение уровней miR-28, которая усиливает экспрессию гена АТФ-связывающего транспортера АВСА1, что коррелирует с активацией трансляции мРНК гена LXRα в макрофагах [129]. Данная микроРНК, произошедшая от LINE2 [23], считается потенциальным биомаркером нестабильной стенокардии [129]. Уровень miR-28 значительно ниже у пожилых людей [130]. Произошедшая от LINE2 miR-325 способствует развитию АС за счет подавления экспрессии деметилазы гистонов KDM1A, уменьшая уровни SREBF1 и ингибируя активацию пути PPARγ-LXR-ABCA1 [131]. В то же время снижение уровней miR-325 способствует старению хондроцитов за счет активации путей p53/p21 [132]. При старении в мононуклеарах периферической крови определено снижение экспрессии miR-342 (возникшей от SINE/tRNA-RTE [23]), нацеленной на мРНК гена деацетилазы гистонов SIRT6 [133]. В периферических мононуклеарах определены высокие уровни miR-342, что положительно коррелировало с концентрациями в сыворотке крови IL-6 и TNF-α, способствуя развитию воспаления [134].

MiR-495 (источник – ERVL [23]) участвует в патогенезе АС путем связывания с кольцевой РНК hsa_circ_0126672 [135]. MiR-495 ингибирует образование атеросклеротических бляшек за счет снижения экспрессии Круппель-подобного транскрипционного фактора KLF5 [136]. В экспериментах на клеточных линиях человека miR-495 способствовала старению мезенхимальных стволовых клеток за счет воздействия на мРНК протоонкогена BMI1 [137]. MiR-520d (произошла от SINE/Alu [23]) ингибирует экспрессию PCSK9, вызывающего деградацию рецепторов липопротеинов низкой плотности. Соответственно, miR-520d усиливает экспрессию этих рецепторов и связывание с атерогенными липопротеинами, подавляя развитие АС [138]. В то же время miR-520d способствует старению скелетной мускулатуры за счет влияния на регуляторные факторы MyoD, MyoG, Mef2c, Myf5. Длинная нкРНК GPRC5D-AS1, ингибирующая miR-520d, предложена в качестве терапевтической мишени для лечения саркопении [139].

Уровень miR-633 (произошедшей от SINE/MIR [23]) снижается при АС. Данная микроРНК регулирует CDC20B (белок, регулирующий анафазу митоза) и является мишенью для кольцевой РНК hsa_circ_0008896, влияющей на ГМКС [140]. Со старением ассоциировано повышение экспрессии miR-633 [128]. Экспрессия miR-641 (произошла от SINE/MIR [23]) снижена в индуцированных окисленными липопротеинами низкой плотности ГМКС. С данной микроРНК взаимодействует длинная нкРНК MIAT [141]. При старении фибробластов человека уровень miR-641 снижается [83]. Старение ассоциировано со снижением экспрессии miR-652 [124]. Источником miR-652 в эволюции является ДНК-ТЕ hAT-Tip100 [23]. Ингибирование этой микроРНК уменьшает прогрессирование АС и усиливает восстановление эндотелия за счет стимуляции экспрессии циклина D2 [142]. Кроме того, ингибирование miR-652 нормализует метаболизм липидов и снижает секрецию провоспалительных цитокинов макрофагами путем восстановления экспрессии ТР53 [143]. В табл. 2 представлены 12 произошедших от транспозонов микроРНК, для которых характерно разнонаправленное изменение экспрессии при старении и АС.

Анализ полученных данных показал, что произошедшие от транспозонов микроРНК, ассоциированные со старением, влияют на развитие АС посредством нарушения функционирования генов в ГМКС (способствуя патологической пролиферации, дифференцировке, инвазии и апоптозу клеток) [14, 81, 84, 90, 106, 141], в эндотелиоцитах [84, 89, 102, 115, 123] и макрофагах [98, 100, 107], а также влияя на иммунные процессы (miR-1257 [126]; miR-28 [96]), эпигенетические факторы за счет взаимодействия с длинными нкРНК [100, 101, 136, 141], модификаторами гистонов [131, 133] и кольцевыми РНК [135, 140].

Заключение

Атеросклероз является многофакторным заболеванием, ассоциированным с аллельными вариантами множества генов. Согласно метаанализу, наибольшее влияние на развитие болезни оказывают аллельные варианты генов, участвующих в функционировании иммунной системы, и расположенные в межгенных и интронных областях полиморфизмы, где находятся МГЭ и нкРНК. Анализ научной литературы позволил выявить роль активированных МГЭ в развитии атеросклероза как непосредственно за счет стимуляции интерферонового ответа продуктами экспрессии транспозонов, так и за счет взаимодействия с некодирующими РНК, произошедшими от МГЭ в эволюции и содержащими комплементарные им последовательности нуклеотидов. Помимо генетической предрасположенности (замена нуклеотидов в областях расположения МГЭ), на активацию транспозонов влияют старение (характеризующееся повышенной экспрессией МГЭ) и внешнесредовые факторы, в том числе физические нагрузки. Это объясняет эффективность регулярных тренировок в профилактике и лечении АС, отражающихся на изменении экспрессии специфических микроРНК. Проведенный анализ научной литературы показал идентичное изменение экспрессии 25 произошедших от транспозонов микроРНК при старении и АС, что свидетельствует о том, что механизмы старения, обусловленные возраст-ассоциированной активацией МГЭ, лежат в основе заболевания. Однако не все эпигенетические механизмы старения идентичны патогенезу АС, о чем свидетельствуют полученные данные о разнонаправленном изменении экспрессии 12 микроРНК, произошедших от транспозонов. Выявленные микроРНК – перспективные мишени для проектирования таргетной терапии АС.

Исследование проведено без внешнего финансирования.

Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с использованием в качестве объекта людей и животных.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Sobre autores

R. Mustafin

Autor responsável pela correspondência
Email: ruji79@mail.ru
Rússia, Ufa, 450008

E. Khusnutdinova

Email: ruji79@mail.ru
Rússia, Ufa, 450054

Bibliografia

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares

Ação

1. JATS XML

Baixar

2. Fig. 1. Scheme of the role of microRNA in the mechanisms of atherosclerosis development.

Baixar (414KB)

Metadados

3. Fig. 2. Schematic representation of the effects of physical exercise on the expression of microRNAs involved in the pathogenesis of atherosclerosis.

Baixar (480KB)

Metadados

4. Fig. 3. Scheme of interaction of mobile genetic elements with non-coding RNA (ncRNA) in the pathogenesis of atherosclerosis.

Baixar (147KB)

Metadados