IGF-Signaling Pathway in the Heart Innormal and Pathological Conditions (Review)

Full Text

Принятые сокращения: ИБС – ишемическая болезнь сердца; ОКС – острый коронарный синдром; ССЗ – сердечно-сосудистые заболевания; AKT – серин-треониновая протеинкиназа В; ERK – внеклеточная сигнал-регулируемая киназа; IGF – инсулиноподобный фактор роста; IGF-I и IGF-II – гомологичные белки семейства IGF; IGF-1R и IGF-2R – рецепторы инсулиноподобных факторов роста I и II; IGFBP – белок, связывающий инсулиноподобный фактор роста; IGFBP-1, IGFBP-2, IGFBP-3, IGFBP-4, IGFBP-5, IGFBP-6 – гомологичные белки семейства IGFBP; INSR – инсулиновый рецептор; MMP – матриксные металлопротеиназы; MMP-2, MMP-7, MMP-9 – гомологичные белки семейства MMP; NLS – последовательность ядерной локализации; PAPP – ассоциированный с беременностью белок плазмы; PAPP-A, PAPP-A2 – изоформы А и А2 белка PAPP.

ВВЕДЕНИЕ

Сердце представляет собой важнейший орган, отвечающий за транспорт крови по кровеносным сосудам и обеспечение клеток и тканей организма кислородом и питательными веществами. Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются основной причиной смертности и инвалидности по всему миру [1]. В условиях высокого распространения ССЗ в мире важную роль приобретает понимание механизмов, опосредующих как развитие патологического фенотипа клеток сердечной ткани, так и обеспечение кардиопротекторного действия, направленного на сохранение жизнеспособности клеток миокарда.

Клетки миокарда, как и любые другие клетки сердечно-сосудистой системы, обнаруживают изменения в окружающей среде и вырабатывают соответствующие реакции благодаря системам передачи сигналов или клеточной сигнализации. Активация механизмов клеточной сигнализации в ответ на тот или иной стимул приводит к развитию адаптивного клеточного ответа, а нарушения в их функционировании могут вызывать развитие различных патологических состояний.

Система инсулиноподобных факторов роста (IGF, insulin-like growth factor; IGF-система; IGF-сигнальный каскад; IGF-сигнальная система; IGF-сигнальный путь) играет ключевую роль в регуляции роста, пролиферации и жизнеспособности клеток [2]. Экспрессия белков, входящих в состав IGF-системы, обнаружена практически во всех органах и тканях организма, причём в период эмбрионального развития экспрессия данных белков в большинстве случаев существенно выше, чем в постнатальный период и во взрослом состоянии [3].

IGF-сигнальная система включает в себя: 2 инсулиноподобных фактора роста I и II (IGF-I и IGF-II) и инсулин, которые выступают в роли лигандов; клеточные рецепторы, расположенные на поверхности клеток-мишеней, с которыми лиганды специфически взаимодействуют – рецептор IGF-I (IGF-1R, insulin-like growth factor-I-receptor), рецептор IGF-II (IGF-2R), рецептор маннозо-6-фосфат/IGF-II (M6P/IGF-2R), рецептор инсулина (INSR) и гибридный рецептор IR/IGF-1R; 6 высокоаффинных лиганд-связывающих белков (insulin-like growth factor binding protein; IGFBP-1–IGFBP-6), которые связывают IGF с высоким сродством; а также протеазы, которые расщепляют лиганд-связывающие белки, регулируя тем самым биодоступность IGF для их специфических рецепторов, расположенных на поверхности клеток организма (рис. 1) [2, 4, 5]. Также в состав IGF-сигнального пути входят белки, участвующие во внутриклеточной передаче сигналов дистальнее IGF-1R. Так, семейство белков IRS (insulin receptor substrate) активируют такие сигнальные каскады, как, например, RAF/MAPK или PI3K/AKT, что стимулирует клеточную пролиферацию и повышает жизнеспособность клеток.

 

Рис. 1. Основные компоненты IGF-системы. IGF-I и IGF-II – инсулиноподобные факторы роста I и II семейства IGF; IGFBP-1–IGFBP-6 – IGF-связывающие белки 1–6; IGFR – рецептор IGF. Описание в тексте

 

В сердечной ткани, как практически во всех тканях организма, компоненты IGF-сигнального пути необходимы для гиперплазии и роста сердца в период эмбрионального развития. В частности, IGF-I и IGF-II были идентифицированы как наиболее важные агенты, стимулирующие пролиферацию кардиомиоцитов в этот период.

Кроме этого, IGF в сердечной ткани выполняют защитные функции благодаря своим кардиопротекторным свойствам, реализующимся через их антиапоптотическое действие. Исследования, проведённые in vitro и in vivo, продемонстрировали, что IGF-I обладает выраженным кардиопротекторным эффектом [6–9]. IGF-I также является агентом, запускающим митотическое деление клеток, и антиапоптотическим фактором не только в сердечной ткани, но и в клетках сосудов, включая гладкомышечные и эндотелиальные клетки [10], и выполняет регуляторные функции в иммунной системе. Так, например, антитела к IGF-1R были обнаружены у пациентов с болезнью Грейвса (аутоиммунное заболевание щитовидной железы, выражающееся в ее гиперфункции). У пациентов с этим заболеванием существенно увеличивается частота IGF-1R-экспрессирующих B- и T-лимфоцитов. Потенциальное участие IGF-I и IGF-1R в патогенезе аутоиммунных нарушений делает этот сигнальный путь одной из терапевтических мишеней для лечения подобных заболеваний [11]. Результаты ряда исследований позволяют предположить, что IGF-I, по-видимому, также обладает атеропротекторным действием, тем самым являясь перспективным терапевтическим агентом для возможной терапии ССЗ, вызванных атеросклеротическими изменениями сосудов [12].

В то же время активация и/или ингибирование функционирования IGF-системы в сердце могут быть ассоциированы с возникновением патологических состояний в сердечно-сосудистой системе. Так, низкие концентрации IGF-I в сыворотке крови коррелируют с повышенным риском ишемической болезни сердца (ИБС) и инсульта [13, 14], а повышенный уровень протеолитических фрагментов одного из IGFBP-связывающих белков, IGFBP-4, ассоциирован с увеличением риска возникновения острого коронарного синдрома (ОКС) у пациентов с ИБС, острой сердечной недостаточностью [15], а также с увеличением риска наступления смерти в связи с осложнениями ССЗ у больных диабетом 1-го типа [16, 17]. Недавно в нашей лаборатории было показано, что концентрация протеолитических фрагментов IGFBP-4 повышается при таких патологических состояниях сердечной мышцы, как гипертрофические изменения в кардиомиоцитах [18]. Уровни IGF-I и IGFBP-2 в плазме крови могут являться мощными прогностическими факторами риска развития ОКС [19]. Кроме этого, IGFBP-2 является важным биомаркером дисфункции левого желудочка при дилатационной кардиомиопатии [20].

Таким образом, несмотря на то что передача сигнала через IGF-сигнальный путь в миокарде приводит к активации кардиопротекторных и атеропротекторных механизмов, способствующих повышению жизнеспособности кардиомиоцитов, в некоторых исследованиях также показано, что IGF-сигнальная система активируется при различных патологических процессах, протекающих в миокарде, например, таких как гипертрофия и атеросклеротическое поражение сосудов. К настоящему моменту времени существует довольно большое количество обзорных статей, описывающих индивидуальные эффекты IGF в сердечной ткани как в норме, так и при отдельных патологиях, однако сравнительный анализ литературных данных о разнонаправленных эффектах IGF в сердечной ткани проведён не был. В настоящей обзорной статье суммированы основные известные на сегодняшний день эффекты IGF и других компонентов IGF-системы на функционирование клеток миокарда и проведён анализ степени их выраженности в норме и при сердечно-сосудистых патологиях. Учитывая важность IGF как участника нормального функционирования сердца и его потенциал как терапевтического агента при лечении ССЗ, данная обзорная статья может быть полезна широкому кругу исследователей, работающих в различных областях биомедицинской науки.

КОМПОНЕНТЫ IGF-СИСТЕМЫ В СЕРДЕЧНОЙ ТКАНИ

Как уже упоминалось выше, инсулиноподобные факторы роста оказывают широкий спектр эффектов на такие клеточные процессы в тканях организма, как клеточный рост, поддержание жизнеспособности клеток, а также их дифференцировку. Ключевым регуляторным механизмом активации IGF-сигнального пути в тканях организма является обеспечение биодоступности IGF для их клеточных рецепторов. Регуляция данного процесса осуществляется, с одной стороны, за счёт высвобождения лигандов (IGF), а с другой – за счёт их связывания c лиганд-связывающими белками (IGFBP).

Инсулиноподобные факторы роста. Ген, кодирующий IGF-I, у человека располагается на длинном плече 12-й хромосомы [21, 22]. В его состав входит 6 экзонов, 4 из которых подвергаются альтернативному сплайсингу, в результате чего синтезируются различные предшественники IGF-I [23, 24]. Экспрессия IGF-I регулируется на уровне процессов транскрипции, процессинга РНК и трансляции. В результате синтезируется белковый предшественник IGF-I, который впоследствии превращается в функционально активную форму IGF-I в результате специфического протеолиза [23, 24]. Функционально активная форма IGF-I представляет собой одноцепочечный пептид с молекулярной массой 7,5 кДа, состоящий из 70 а.о. и содержащий 3 дисульфидных связи между шестью аминокислотными остатками цистеина [23]. Большая часть IGF-I, содержащегося в крови, вырабатывается клетками печени, однако также показано, что IGF-I синтезируется и в других органах, осуществляя аутокринное или паракринное действие на различные клетки. Регуляция синтеза IGF-I в печени является многофакторной, и доминирующую роль в усилении экспрессии IGF-I играет гормон роста (GH), вырабатываемый гипофизом.

При проведении экспериментов по нарушению экспрессии IGF-I в различных тканях были получены противоречивые результаты. Так, в случае нарушенной экспрессии IGF-I в печени никаких значимых отклонений в развитии мышей не наблюдалось. Возможно, это связано с компенсацией уровня экспрессии IGF-I посредством IGF-I, секретируемого клетками мышечной ткани [25]. Однако при проведении генетического нокаута IGF1 в клетках скелетной мускулатуры у мышей наблюдалась значительная потеря мышечной массы, что указывает на IGF-I, как на важнейшего участника поддержания нормального состояния скелетной мускулатуры [26]. При нарушенной экспрессии IGF-I в головном мозге у мышей и крыс наблюдаются нарушения соматического и дендритного роста нейронов, когнитивных функций, памяти и терморегуляции [27, 28]. Помимо этого, IGF-I играет важную роль в тканях почек, лёгких и поджелудочной железы [29].

В сердечной ткани IGF-I играет важную роль, регулируя постнатальный рост сердца и оказывая антиапоптотическое действие через активацию как канонических, так и неканонических сигнальных путей в сердце взрослого человека (PI3K/AKT- и ERK-сигнальные пути и передача сигнала, опосредованная G-белками соответственно) [30]. Эксперименты по оверэкспрессии IGF-I, проведённые в сердечной ткани мыши при индуцированной липополисахаридом сократительной дисфункции кардиомиоцитов, продемонстрировали поддерживающий эффект IGF-I на их жизнеспособность. Подобное действие IGF-I, по всей видимости, вызвано его антиоксидантными свойствами в сердечной ткани, так как оверэкспрессия IGF-I приводит к снижению накопления активных форм кислорода (АФК) и, как следствие, повреждённых белковых молекул, и, помимо этого, к ингибированию апоптотических процессов в кардиомиоцитах [31]. Антиапоптотическое действие IGF-I было также показано в кардиомиоцитах эмбрионов рыб рода Danio с нарушенной экспрессией tbx5 – гена, кодирующего фактор транскрипции, участвующий в регуляции процессов развития [32].

Ген IGF2 кодирует секретируемый одноцепочечный белок, состоящий из 67 а.о., структурно и функционально сходный с IGF-I [33, 34]. Уровень циркулирующего IGF-II резко снижается у мышей после рождения. Экспрессия IGF-II обнаруживается как в печени, так и в других тканях [35]. Несмотря на то что IGF-II важен на эмбриональных стадиях развития и не обнаруживается в плазме крови взрослых мышей, недавние исследования показывают, что локальная экспрессия IGF-II в постнатальном периоде развития важна, например, для развития костной ткани [36], а также для активации процессов нейрогенеза в гиппокампе, что играет важную роль в консолидации памяти [37]. Мыши с генетическим нокаутом IGF2 демонстрируют задержку роста во время развития, но в послеродовом периоде рост происходит без изменений [38]. В то же время при повышенной экспрессии IGF-II у мышей наблюдается, например, повышение массы тела и снижение количества циркулирующих в крови глюкозы и холестерола [39], гиперплазия клеток тканей печени [40]. Установлено, что у трансгенных мышей с повышенной экспрессией IGF-II в гладкомышечной ткани наблюдаются структурные аномалии сердца, что приводит к брадикардии и гипотензии, ведущим к сердечной недостаточности [41].

IGF-II является основным фактором, запускающим митотическое деление кардиомиоцитов во время роста плода [42–44]. Показано, что уровни мРНК IGF-II в эмбриональной ткани желудочков намного выше, чем уровни IGF-I, а также, что экспрессия IGF-II в сердечной ткани снижается после рождения [44]. IGF-II запускает пролиферацию кардиомиоцитов плода, взаимодействуя с рецептором IGF-1R и инсулиновым рецептором. Дальнейшая передача сигнала от IGF приводит к активации путей ERK/MAPK (mitogen-activated protein kinase) и PI3K (фосфоинозитид-3 киназа)/AKT (серин-треониновая протеинкиназа В). Активированный AКТ способствует локализации в цитоплазме и инактивации FOXO-факторов, негативных регуляторов пролиферации миокарда [45], что и является фактором, запускающим пролиферацию кардиомиоцитов.

Несмотря на то что IGF-I и IGF-II экспрессируются кардиомиоцитами [46], основным источником инсулиноподобных факторов роста в процессе развития сердца является эпикард. Как IGF-I, так и IGF-II экспрессируются в эпикарде между 11,5 и 17,5 неделями развития эмбриона мыши. Эпикардиальная секреция IGF-II и дальнейшая передача сигнала через сигнальный путь ERK необходима для инициации процессов пролиферации кардиомиоцитов до момента установления коронарного кровообращения [42]. Изначально эпикардиальная секреция IGF-II индуцируется циркулирующим в крови эритропоэтином (ЭПО). Показано, что при обработке культивируемых клеток ЭПО экспрессия IGF-II повышается [47]. Brade et al. [47] предполагают, что именно печень является источником экспрессии ЭПО, необходимой для индукции IGF-II в эпикарде. Начиная с 10-й недели эмбрионального развития, экспрессия эпикардиального IGF-II перестаёт быть ЭПО-зависимой и начинает регулироваться под действием поступающих глюкозы и кислорода, связанным с транспортной функцией плаценты [48, 49].

Рецепторы IGF-системы. Для реализации сигнальной функции IGF связываются с несколькими рецепторами, заякоренными в мембране, основными из которых являются IGF-1R, IGF-2R и INSR. Аффинность вышеупомянутых рецепторов в отношении IGF-I, IGF-II и инсулина сильно различается. Так, IGF-1R связывает IGF-I и IGF-II с высоким сродством. IGF-2R взаимодействует с IGF-II с высоким сродством, однако его аффинность по отношению к IGF-I существенно ниже. Кроме этого, было показано, что и IGF-I, и IGF-II способны активировать INSR. При этом IGF-I и IGF-II связываются с INSR в 100 раз хуже, чем его классический лиганд, инсулин. IGF-1R принадлежит к семейству тирозинкиназных рецепторов и представляет собой гетеротетрамер (α₂β₂), имеющий молекулярную массу ~400 кДа. Две α-субъединицы IGF-1R находятся во внеклеточном пространстве и отвечают за связывание лиганда, две β-субъединицы «заякоривают» молекулу рецептора в мембране, а внутриклеточные домены β-субъединиц обладают тирозинкиназной активностью. После связывания лиганда происходит аутофосфорилирование рецептора и фосфорилирование остатков тирозина, серина и треонина последующих участников сигнальных каскадов. Таким образом, происходит передача сигнала от IGF-I внутрь клетки. Кроме этого, было продемонстрировано, что IGF-1R обнаруживается в ядерной фракции клеток после лизиса, что позволяет говорить о присутствии этого рецептора в ядерной мембране. Также IGF-1R обнаруживается в мембране Т-трубочек в неонатальных кардиомиоцитах. Такое распределение IGF-1R в клетке, по всей видимости, позволяет этому рецептору регулировать процессы, протекающие в различных клеточных органеллах [30]. Помимо IGF-1R, IGF-I способен связываться с INSR. INSR и IGF-1R имеют сходное гетеротетрамерное строение и похожие пути передачи сигнала внутрь клетки. Сходство IGF-1R и INSR настолько велико, что может происходить формирование гибридных рецепторов, включающих субъединицы каждого из них (IGF-1R/INSR). В качестве лигандов для гибридных рецепторов также могут выступать молекулы IGF-II [50]. В отличие от IGF-1R, рецепторы IGF-2R не имеют тирозинкиназных доменов. При взаимодействии IGF-II с IGF-2R происходит эндоцитоз лиганд-рецепторного комплекса. Таким образом, IGF-2R способен уменьшать количество свободного IGF-II и тем самым негативно влиять на активность сигнального каскада IGF в целом [50]. Тем не менее было показано, что IGF-2R все же обладает свойством передавать сигнал через гетеротримерные G-белки. Такая сигнализация способна активировать протеинкиназу С-α, Ca2+-кальмодулин-зависимую протеинкиназу II, MAP-киназу (ERK), а также белковые факторы, участвующие в развитии гипертрофии миокарда [51, 52].

Эксперименты по нарушенной экспрессии обоих типов рецепторов показывают их значимость в развитии организма. Так, при повышенной экспрессии IGF-1R в сердечной ткани у мышей наблюдалась гипертрофия миокарда вследствие увеличения кардиомиоцитов в размере, однако патологии сердечной ткани выявлено не было. Также в данном эксперименте было показано увеличение систолической функции как в возрасте 3, так и в возрасте 16 месяцев после рождения [53]. В экспериментах со сниженной экспрессией IGF-1R было показано, что происходит значительное уменьшение в размерах тела мышей и объёмов большинства органов: мышц, головного мозга, сердца и др. При этом данные отклонения наблюдались у взрослых мышей в возрасте 10–12 месяцев и были более выражены у самцов по сравнению с самками [54]. Интересно, что мыши, гетерозиготные по IGF-1R, несущие только одну функциональную копию гена, демонстрировали увеличение продолжительности жизни, при этом для самок данный эффект был сильнее: увеличение продолжительности жизни на 33% и на 15% соответственно [55]. В работах по исследованию эффектов при недостаточной экспрессии IGF-2R было показано, что такие мыши имеют на 25–30% больший размер тела, по сравнению с контрольной группой, у них обнаруживается повышенный уровень IGF-II и IGF-связывающих белков и, наконец, увеличение размеров сердца, связанное с гиперплазией миокарда. При этом у мышей, мутантных по гену, кодирующему IGF-2R, наблюдалась высокая летальность ещё до рождения [56, 57].

IGF-связывающие белки. Как уже упоминалось выше, IGF взаимодействуют с шестью представителями семейства IGF-связывающих белков. В организме человека каждый из шести IGFBP (IGFBP-1–IGFBP-6) кодируется определённым геном, в то время как у других представителей позвоночных несколько генов отвечают за экспрессию определённого белка IGFBP или трансляция некоторых IGFBP не осуществляется. Несмотря на то что для всех представителей семейства IGFBP характерна значительная гомология аминокислотного состава, они отличаются по своей структуре и функциям. Различие функций представителей IGFBP внутри семейства обусловлено наличием определённых мотивов в их белковой структуре. Все представители семейства IGFBP имеют консервативные N- и С-домены, содержащие 12 и 6 аминокислотных остатков цистеина соответственно и вариабельный линкерный домен. N-Домен включает в себя IGF-связывающий мотив. Линкерный домен содержит аминокислотные остатки, которые могут подвергаться посттрансляционным модификациям, участки связывания с гепарином, а также в нём могут быть локализованы сайты протеолитического расщепления. С-Домен имеет дополнительный IGF-связывающий мотив, тиреоглобулиновый мотив, который отвечает за взаимодействие с гепарином, а также может включать в себя сигнальную последовательность, необходимую для транслокации IGFBP в ядро (рис. 2) [58].

 

Рис. 2. Доменная структура IGFBP. Описание в тексте

 

Так, IGFBP-2, IGFBP-3, IGFBP-5 и IGFBP-6 имеют сигнальную последовательность, благодаря которой они могут быть импортированы в нуклеоплазму ядер некоторых типов клеток [59]. В миокарде IGFBP находятся преимущественно в связанной с IGF форме [60], таким образом, IGFBP участвуют в создании примембранного пула IGF, доступного для рецепторов (в основном IGFBP-3 и -5), а также контролируют его тканеспецифичный отток и распределение между рецепторами различных клеток (в первую очередь в этом участвуют IGFBP-1, -2 и -4). Далее, мы рассмотрим роль каждого из IGF-связывающих белков в сердечной ткани.

IGFBP-1, имеющий молекулярную массу 28 кДа, экспрессируется в основном в тканях печени и почек. Ген, кодирующий IGFBP-1, у человека расположен на 7-й хромосоме. Непосредственно рядом с геном IGFBP1 расположен ген, кодирующий IGFBP-3. N- и C-концевые домены белка IGFBP-1 являются высоко консервативными и гомологичны таковым у других представителей семейства IGFBP. В центральном линкерном домене расположены аминокислотные остатки, подвергающиеся посттрансляционным модификациям, таким как частичный протеолиз и фосфорилирование. При этом активность IGFBP-1 регулируется как его фосфорилированием, так и его дефосфорилированием [61, 62].

В спектр функций IGFBP-1 входит регуляция клеточной пролиферации, миграции, а также регуляция метаболизма глюкозы через активацию сигнальных путей интегрин-ILK/FAK/PTEN [63–65]. Так, например, Haywood et al. [63] было показано, что IGFBP-1 способен улучшать чувствительность клеток к инсулину и его секрецию, а также поглощение глюкозы из кровяного русла посредством своего RGD (Arg-Gly-Asp)-интегрин-связывающего домена. Более того, одним из эффектов передачи сигнала от IGFBP-1 через интегриновый сигнальный путь является стимуляция процесса ангиогенеза через активацию киназы фокальной адгезии [66].

Регуляция экспрессии IGFBP-1, по всей видимости, происходит на транскрипционном уровне и является гормонально-зависимой. Так, например, высокие уровни инсулина в крови ассоциированы с низкими концентрациями IGFBP-1, и наоборот. Критической концентрацией инсулина в крови, при которой происходит снижение количества IGFBP-1, является 90 пмоль/литр [67]. Также в экспериментах по обработке различными концентрациями инсулина изолированного сокращающегося сердца крысы было показано, что под воздействием инсулина IGFBP-1 (равно, как и IGFBP-2, речь о котором пойдёт дальше) способен переходить из кровяного русла в ткани сердца [68]. Также существует большое количество данных, указывающих на то, что регуляция экспрессии IGFBP-1 является мультифакторной и зависит от метаболических и антропометрических факторов, а также от диеты [69].

Хотя к настоящему моменту времени экспериментальные данные об экспрессии IGFBP-1 в сердечной ткани отсутствуют, ряд исследований, посвящённых изучению влияния гипо- и гиперэкспрессии IGFBP-1, указывают на его участие в нормальной работе сердечно-сосудистой системы. Низкий уровень IGFBP-1 в крови, как правило, ассоциирован с рисками заболеваний сердечно-сосудистой системы. Также понижение концентрации IGFBP-1 в крови рассматривают как потенциальный прогностический маркер развития диабета и острого коронарного синдрома у человека [70, 71]. Повышенная экспрессия IGFBP-1, напротив, приводит к улучшению функционирования эндотелия сосудов (в том числе и сосудов сердца) за счёт увеличения продукции оксида азота (NO), являющегося основным вазодилататором. IGFBP-1 индуцирует фосфорилирование эндотелиальной синтазы оксида азота (eNOS) через сигнальный путь PI3K/AKT [72, 73]. Помимо этого, повышение концентрации IGFBP-1 в крови ассоциировано с антиатеросклеротическим действием [74].

Данные, полученные в экспериментах на животных, дефицитных по IGFBP-1, указывают на то, что IGFBP-1 необходим для восстановления эндотелия сосудов в результате повреждений, но не является критически важным для метаболизма эндотелиальных клеток и физиологии сосудов [75]. В экспериментах с повышенной экспрессией IGFBP-1 мыши демонстрируют внутриутробную и постнатальную задержку роста, пропорциональное уменьшение веса большинства органов относительно массы тела за исключением мозга, который был непропорционально мал у трансгенных мышей. В почках наблюдалось снижение количества нефронов. Трансгенные мыши также демонстрировали гипергликемию натощак, нарушение толерантности к глюкозе и умеренную резистентность к инсулину в скелетных мышцах и ткани печени [76, 77].

IGFBP-2. Ещё один представитель семейства IGFBP – IGFBP-2 – имеет молекулярную массу 34 кДа и обнаруживается в основном в сыворотке крови плода. Ген, кодирующий IGFBP-2, в геноме человека расположен на 2-й хромосоме. IGFBP-2, как и IGFBP-1, в С-концевой части содержит RGD-интегрин-связывающий домен, и, кроме того, в его состав входят гепарин-связывающий домен (HBD) и последовательность ядерной локализации (NLS; nuclear localization signal). Благодаря HBD IGFBP-2 взаимодействует с белками внеклеточного матрикса, а NLS обеспечивает ядерную локализацию IGFBP-2 [78–80].

Несмотря на то что IGFBP-2 экспрессируется во время внутриутробного развития в значительном количестве и осуществляет ключевые эндокринные, аутокринные и паракринные функции в процессах роста и развития, в экспериментах по исследованию нарушенной экспрессии IGFBP-2 не была показана его значимость для реализации вышеупомянутых процессов [81]. Интересным является тот факт, что при нарушении экспрессии IGFBP-2 увеличивается экспрессия IGFBP-1, IGFBP-3 и IGFBP-4, что может являться механизмом, компенсирующим функции IGFBP-2 при его отсутствии [82, 83].

При гиперэкспрессии IGFBP-2 у мышей наблюдалось снижение массы тела, при этом масса внутренних органов оставалась неизменной. Это указывает на то, что IGFBP-2 может быть негативным регулятором постнатального роста. В то же время у мышей, дефицитных по IGFBP-2, не наблюдалось изменения массы тела, включая размер и морфологию мозга, однако были отмечены изменения размеров селезёнки и печени.

Как и в случае с IGFBP-1, концентрация IGFBP-2 в плазме регулируется под действием инсулина. Концентрация IGFBP-2 в плазме крови обратно пропорциональна степени выраженности резистентности к инсулину, а результаты экспериментов по оверэкспрессии IGFBP-2 указывают на его защитную роль в развитии ожирения и инсулиновой резистентности [84]. Помимо инсулина, в регуляции концентрации IGFBP-2 в крови могут участвовать онкосупрессоры PTEN (phosphatase and tensin homolog – фосфатаза с двойной субстратной специфичностью) и p53, Ptch1 (Patched1), являющийся негативным регулятором сигнального пути Hh (hedgehog), а также другие факторы [81].

Berry et al. [85] в ходе масштабного протеомного анализа в поисках диагностических биомаркеров сердечной недостаточности выделили в качестве одного из достоверных кандидатов именно IGFBP-2. Этой же точки зрения придерживается Barutaut et al. [86], отмечая, что IGFBP-2 может являться прогностическим маркером, используемым для мониторинга сердечной недостаточности дополнительно к классическим методам, например измерению концентрации натрийуретического пептида B-типа. Данная гипотеза согласуется с результатами de Kort et al. [87], показавших, что у новорождённых детей пониженное количество IGFBP-2 ассоциировано с повышенным уровнем молекулярных маркеров риска сердечно-сосудистых заболеваний. Кроме этого, Yang et al. [88] было показано, что экспрессия IGFBP-2 повышается в лёгких пациентов с лёгочной артериальной гипертензией.

IGFBP-3 имеет молекулярную массу 28,7 кДа, а ген, кодирующий этот белок, располагается на хромосоме 7 всего в 20 кб от гена, кодирующего IGFBP-1. IGFBP-3 является самым распространённым представителем семейства IGFBP у позвоночных: большая часть IGF-I и IGF-II, циркулирующих в плазме крови, связаны именно с IGFBP-3 [89]. IGFBP-3 взаимодействует с IGF-I и кислотно-лабильной субъединицей (ALS) с образованием тройного стабильного комплекса с массой 150 кДа и предотвращает дальнейший транспорт IGF-I в ткани [89]. N- и C-концевые домены IGFBP-3 являются консервативными, в то время как соединяющий их линкерный домен является наиболее вариабельным среди представителей семейства IGFBP. Так, например, в линкерном участке содержатся аминокислотные остатки, подвергающиеся гликозилированию и фосфорилированию, а также участки, по которым происходит специфический протеолиз. IGF-связывающие домены обнаруживаются как в N-, так и в C-концевой областях молекулы IGFBP-3. Также стоит отметить, что в линкерном участке молекулы IGFBP-3 присутствуют сайты для связывания с гепарином или глюкозоаминогликаном (GAG) [79, 90].

IGFBP-3 реализует свои функции как зависимо, так и независимо от IGF. IGF-зависимые функции IGFBP-3 заключаются в «доставке» IGF до соответствующих клеточных мембранных рецепторов (стоит отметить, что это не является функцией, уникальной лишь для IGFBP-3, но актуально и для других IGFBP-связывающих белков). При этом реализация IGF-независимых функций IGFBP-3 возможна благодаря его способности связываться с белками внеклеточного матрикса клеток и белками плазматической мембраны и транслоцироваться в цитоплазму и в ядро. Среди таких функций IGFBP-3 можно выделить его работу как транскрипционного фактора в тандеме с ядерными рецепторами или РНК-полимеразой II, участие в репарации двуцепочечных разрывов ДНК, регуляцию апоптоза и другие [90], однако рассмотрение всего спектра функций IGFBP-3 не является целью настоящего обзора. При повышенной экспрессии IGFBP-3 у мышей наблюдается потеря веса, в то время как пониженная его экспрессия не приводит к значительным изменениям массы тела [91, 92].

В контексте сердечной ткани показано, что IGFBP-3 экспрессируется в миокарде в норме и при патологических состояниях как на уровне мРНК, так и на уровне белкового продукта. При этом количество как мРНК, так и белка IGFBP-3, детектируемое в сердце, выше, чем в печени в период внутриутробного развития, по сравнению с постнатальным периодом. Интересно, что количество IGFBP-3, детектируемого в крови у больных ишемической болезнью сердца, выше, чем в случае пациентов с патологической гипертрофией или дилатационной кардиомиопатией [93]. Также из данных литературы известно, что экспрессия IGFBP-3 увеличивается после трансплантации сердца [94]. На клеточной линии кардиомиоцитов H9C2 было показано, что экспрессия IGFBP-3 возрастает на фоне гипоксических условий [95]. Среди функций IGFBP-3 в сердечной ткани можно выделить его антипролиферативное действие в клетках-предшественниках кардиомиоцитов [96]. Также IGFBP-3 способен одновременно играть две роли в процессах ангиогенеза – индукторную и супрессорную [79]. Супрессорная функция IGFBP-3 делает его перспективным терапевтическим агентом для возможной терапии онкологических заболеваний. Например, в случае некоторых раковых опухолей экспрессия IGFBP-3 способствует снижению ангиогенеза в очагах опухолевых образований. В концентрациях, превышающих физиологические, IGFBP-3 ингибирует экспрессию фактора ангиогенеза VEGF [97]. Также IGFBP-3 способен ингибировать адгезию клеток эндотелия сосудов к внеклеточному матриксу, что является критическим фактором для развития ангиогенеза и репарации эндотелия [98]. Проангиогенный эффект IGFBP-3 заключается в его способности индуцировать экспрессию ряда генов, ассоциированных с ангиогенезом. При этом такая индукция является IGF-опосредованной [99].

IGFBP-4. В геноме человека ген, кодирующий белок-предшественник IGFBP-4, состоит из 258 а.о. и расположен в 17-й хромосоме. После отщепления сигнального пептида в состав зрелого белка IGFBP-4 входит 237 а.о. Среди всех представителей IGFBP IGFBP-4 имеет наименьшую молекулярную массу, равную 24 кДа. N- и C-концевые домены молекулы IGFBP-4 соединены коротким линкерным альфа-спиральным участком, который содержит участок протеолитического расщепления металлопротеазой PAPP-A (pregnancy associated plasma protein A; белок, ассоциированный с беременностью А). Некоторые аминокислотные остатки, локализованные в области альфа-спирального участка, подвергаются различным посттрансляционным модификациям, таким как гликозилирование [100]. В отличие от остальных IGFBP, IGFBP-4, как и IGFBP-6, содержит 2 дополнительных аминокислотных остатка цистеина в линкерном участке. Гликозилирование IGFBP-4 происходит по аминокислотному остатку Asn104, и примерно половина всего IGFBP-4 плазмы находится в гликозилированной форме [15]. IGFBP-4 синтезируется в основном в печени, однако различными биохимическими и молекулярно-биологическими методами было показано, что и мРНК гена, кодирующего IGFBP-4, и его белковый продукт обнаруживаются в ряде других органов и тканей, таких как гладкие мышцы, лёгкие, яичники, почки, сердце и т.д. [100, 101].

В отличие от других IGFBP, основной функцией IGFBP-4 является регуляция биодоступности IGF для их специфических рецепторов, в особенности IGF-II. Если IGF взаимодействует с IGFBP-4, первый не может связываться с рецепторами на мембране и осуществлять передачу сигнала в клетку. Однако в том случае, если IGFBP-4 подвергается протеолитическому расщеплению, IGF высвобождается, связывается с рецептором и запускает различные сигнальные молекулярные каскады, активирующие миграцию, пролиферацию и другие регенеративные клеточные процессы [102].

В сердечной ткани IGFBP-4 является активным посредником тканевой регенерации независимо от присутствия IGF. Так, было показано, что IGFBP-4 усиливает дифференцировку кардиомиоцитов in vitro, в то время как его отсутствие замедляет процесс дифференцировки in vitro и in vivo. Регуляция этого процесса осуществляется через Wnt-сигнальный путь – IGFBP-4 взаимодействует с Wnt-рецептором и блокирует его [103]. Помимо этого, в 2012 г. Postnikov et al. [16] показали, что протеолитические фрагменты IGFBP-4, получаемые в результате активности протеазы PAPP-A, являются молекулярными прогностическими биомаркерами риска развития сердечно-сосудистых заболеваний, таких как острая сердечная недостаточность, при этом количество фрагментов пропорционально степени развития заболевания. Далее, в ряде работ была исследована диагностическая и прогностическая роль протеолитических фрагментов IGFBP-4 [15, 18, 104, 105], которая будет подробно рассмотрена нами в разделе «Роль IGF-системы в развитии патологических состояний сердечной ткани».

Эксперименты по повышенной экспрессии IGFBP-4 были проведены на трансгенных мышах, экспрессирующих повышенный уровень IGFBP-4 в гладкомышечных тканях. У таких мышей было отмечено уменьшение массы мочевого пузыря, кишечника, матки, аорты и желудка; при этом уменьшения общей массы тела не наблюдалось [106]. Также известно, что при повышенной экспрессии IGFBP-4 в остеобластах происходит замедление восстановления костной ткани [107], а также ряд работ указывают на то, что повышенная экспрессия IGFBP-4 подавляет рост злокачественных опухолей [108, 109]. На фоне отсутствия IGFBP-4 мыши демонстрировали небольшое уменьшение массы тела [110], включая массу кишечника [111].

IGFBP-5 имеет молекулярную массу 28,6 кДа и, как и IGFBP-3, образует тройной комплекс с молекулами IGF и ALS. Как и все представители семейства IGFBP, IGFBP-5 включает в себя 3 домена: высококонсервативный N-домен, неструктурированный петлеобразный линкерный домен и C-концевой структурированный домен, содержащий, в частности, тиреоглобулиновый повтор типа I. Помимо упомянутых выше элементов, в его структуре обнаружены такие консервативные мотивы, как IGF-связывающий домен, участок расщепления протеазами, сигнальная последовательность NLS, а также ALS-связывающий мотив для взаимодействия с внеклеточным матриксом [112].

IGFBP-5 был впервые идентифицирован и выделен из экстрактов костной ткани, а также из культуры клеток остеосаркомы человека [113, 114]. К настоящему моменту времени экспрессия IGFBP-5 показана в тканях лёгких, костей, мышц, почек, половых желёз и т.д. При этом в некоторых тканях экспрессия IGFBP-5 находится под контролем гормональной системы, например, под действием пролактина – в молочных железах мышей или паратгормона – в остеобластоподобных клетках, а в ряде случаев экспрессия осуществляется конститутивно, т.е. на постоянном уровне [112]. Более того, регуляция экспрессии IGFBP-5 может происходить на посттранскрипционном уровне посредством РНК-интерференции с участием микроРНК [115, 116]. Среди посттрансляционных модификаций, которым подвергается IGFBP-5, стоит упомянуть фосфорилирование по некоторым аминокислотным остаткам серина, что приводит к снижению его аффинности к гепарину, но не к IGF, а также его протеолитическое расщепление, которое в некоторых случаях препятствует связыванию с IGF [117]. Также на активность IGFBP-5 может влиять его взаимодействие с компонентами внеклеточного матрикса. Так, ассоциация IGFBP-5 с поверхностью внешней мембраны фибробластов стимулирует клеточный рост IGF-зависимым способом: IGFBP-5 способен связываться с внеклеточным матриксом, что способствует высвобождению IGF-I из комплекса с IGFBP-5 [118]. Более того, в некоторых случаях элементы внеклеточного матрикса могут активировать экспрессию IGFBP-5, как это имеет место в случае фибронектина клеток гладких мышц у свиней [119].

В результате экспериментов по оверэкспрессии IGFBP-5 на мышах были выявлены такие эффекты, как снижение роста тела в пренатальном и постнатальном периоде, высокая неонатальная смертность, а также снижение фертильности самок и уменьшение массы скелетных мышц примерно на 30% [120]. Это согласуется с представлением о том, что IGFBP-5 ингибирует IGF-сигнальный путь. При этом при дефиците IGFBP-5 у мышей не наблюдалось каких-либо значительных изменений в морфологии, что, по всей видимости, связано с компенсаторным механизмом, реализующимся благодаря наличию других представителей семейства IGFBP [121]. Для сердечно-сосудистых заболеваний показана положительная корреляция концентрации IGFBP-5 в крови и ИБС [122]. Помимо этого, известно, что подкожная инъекция IGFBP-5 значительно замедляла рост аденокарциномы и уменьшала количество кровеносных сосудов у мышей по сравнению с контрольной группой. По всей видимости, такая антиангиогенная активность опосредована ингибированием сигнального пути PI3K/AKT [123].

IGFBP-6. Молекулярная масса IGFBP-6 составляет 22,8 кДа. Данный белок является гликозилированным, что увеличивает его молекулярную массу до 34 кДа [124].

Взаимодействие IGFBP-6 и IGF-II происходит в 50 раз эффективнее, чем в случае с IGF-I [125]. Таким образом, основной IGF-опосредованной функцией IGFBP-6 является ингибирование функции IGF-II, т.е. негативная регуляция процессов клеточной пролиферации, миграции и дифференцировки [126]. При этом IGFBP-6 не оказывает эффекта на IGF-I-опосредованные процессы, что, по всей видимости, связано с более низкой аффинностью взаимодействия этих белков. Молекула IGFBP-6 построена аналогичным для представителей семейства IGFBP образом. Одно из основных отличий IGFBP-6 от остальных IGFBP заключается в наличии пяти, а не шести дисульфидных связей в N-концевом домене. Также стоит отметить, что в составе IGFBP-6 обнаруживается последовательность NLS, а также большое количество сайтов гликозилирования в линкерном участке.

Интересно, что промотор гена IGFBP6, находящегося на 12-й хромосоме, обладает регуляторными элементами, которые могут регулироваться в результате гипоксического воздействия. По-видимому, с этим связано увеличение количества IGFBP-6 после гипоксии в эндотелиальных клетках сосудов [127]. К регуляторам экспрессии IGFBP-6 in vitro также относятся cAMP, IGF, витамин D, p53, ретиноевая кислота и глюкокортикоиды [128].

Спектр функций IGFBP-6 очень широк – от участия в работе иммунной системы до регуляции фиброза и опухолеобразования [129]. Показано участие IGFBP-6 в фиброзе сердца. IGFBP-6 также вовлечён в развитие сопровождающихся развитием фиброза патологических состояний сердечно-сосудистой системы, таких как острый инфаркт миокарда и формирование атеросклеротических бляшек. В атеросклеротической бляшке IGFBP-6 колокализуется с эндотелиальными клетками CD31+ и макрофагами CD68+ [130].

Специфические протеазы, расщепляющие IGF-связывающие белки. Регуляция биодоступности IGF за счёт активности IGF-связывающих белков и различных протеаз. Высвобождение IGF из комплекса с IGFBP, в свою очередь, регулируется различными протеазами, которые осуществляют специфический протеолиз IGFBP, тем самым увеличивая биодоступность IGF для взаимодействия с рецепторами. Степень аффинности взаимодействия IGFBP и IGF, как правило, не отличается или превышает таковую для взаимодействия IGF и их рецепторов. Так как концентрации IGFBP находятся в молярном избытке по отношению к концентрациям IGF, в свободной форме в плазме присутствует менее 1% от общего количества IGF. Дальнейший контроль биодоступности IGF для их специфических рецепторов осуществляется за счёт различных посттрансляционных модификаций IGFBP (таких как фосфорилирование, гликозилирование, протеолитическое расщепление), которые могут влиять на их стабильность или аффинность [89, 131].

Показано, что все 6 представителей IGFBP подвергаются протеолизу под действием специфических протеаз, причём протеолитическое расщепление, как правило, происходит по участкам, локализованным в линкерном домене [132, 133]. Для различных IGFBP известен целый ряд расщепляющих их протеолитических ферментов [100, 134], однако далеко не все из них идентифицированы на данный момент. Ниже будут приведены лишь некоторые примеры протеаз, расщепляющих субстраты IGFBP.

На данный момент известно, что единственная протеаза, которая способна расщеплять все типы IGFBP in vitro – это матриксная металлопротеаза-7 (MMP-7, matrix metalloproteinase-7) [135]. Протеолиз IGFBP-1 под действием данной протеазы с образованием двух фрагментов массой 12 и 19 кДа был показан в амниотической жидкости плода, что приводило к потере IGFBP-1 способности связывать IGF-I [136]. Также известно, что нефосфорилированная форма IGFBP-1 подвергается протеолизу под действием протеазы клеток децидуальной оболочки [137]. Для IGFBP-2 также известен ряд протеаз, одной из которых является ADAMTS1 (A Disintegrin And Metalloproteinase with ThromboSpondin motifs 1 или дезинтегрин и металлопротеиназа (ADAM-протеаза), содержащая мотив тромбоспондина 1). Идентификация этой пары субстрат–фермент была осуществлена в рамках исследования IGFBP-2 как маркера глиомы [138]. IGFBP-3 также подвергается протеолизу и во время беременности присутствует в плазме крови в основном в виде протеолитических фрагментов [139], однако наличие протеолитических фрагментов IGFBP-3 не является непосредственным маркером беременности [140]. В литературе описано большое количество протеаз, расщепляющих IGFBP-3, например, матриксная металлопротеаза-3 (MMP-3) [90], сериновая протеаза семенной жидкости [141], катепсин-D-подобная протеаза [142] и многие другие. IGFBP-5 подвергается протеолизу под действием таких протеаз, как тромбин [119], катепсин-G, эластаза [143] и многих других. При этом результаты in vitro исследований протеолитического расщепления IGFBP-5, проведённые в кондиционированной среде фибробластов кожи, указывают на то, что присоединение IGFBP-5 к гликозаминогликанам защищает его от протеолитической деградации [144]. Среди протеаз, расщепляющих IGFBP-6 в организме, выделяют катепсин-D-подобную кислотоактивируемую протеазу [142], нейтральную сериновую протеазу [145], а также MMP-7, MMP-9 и MMP-12 [146, 147].

Отдельное внимание стоит уделить матриксным металлопротеазам PAPP-A (ассоциированный с беременностью белок плазмы А) и PAPP-A2 (ассоциированный с беременностью белок плазмы А2) и их субстратам. Данные протеазы катализируют расщепление белка IGFBP-5 по одному и тому же сайту [148], при этом PAPP-A также может расщеплять IGFBP-2 и IGFBP-4, а PAPP-A2 – IGFBP-3. Более того, PAPP-A-опосредованное расщепление IGFBP-2 и IGFBP-4 происходит активнее в присутствии IGF-I или IGF-II, в то время как PAPP-A2-опосредованное расщепление IGFBP-3 и IGFBP-5 происходит эффективно и при отсутствии IGF, присутствие IGF лишь немного ускоряет реакцию. PAPP-A является одной из самых подробно описанных протеаз, которая способна расщеплять IGFBP-4 in vivo [102]. Протеолитически активная форма PAPP-A представлена димерной формой белка, ассоциированной с гликозаминогликанами внеклеточного матрикса [149].

Расщепление IGFBP-4 под действием PAPP-A происходит по участку между аминокислотными остатками Met135 и Lys136 в линкерном домене, в результате чего образуется два протеолитических фрагмента (NT-IGFBP-4 и CT-IGFBP-4) [150]. При этом, по всей видимости, протеолитические фрагменты IGFBP-4 не обладают собственной биологической функцией [151]. Процесс расщепления IGFBP-4 под действием PAPP-A происходит преимущественно на поверхности клетки. В нашей лаборатории на моделях первичных культур неонатальных кардиомиоцитов, а также кардиомиоцитов человека, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), было впервые показано, что PAPP-A способен расщеплять IGFBP-4 в сердечной ткани, причём не только на поверхности кардиомиоцитов, но и в кондиционированной среде. В результате во внеклеточном пространстве на внешней мембране кардиомиоцитов происходит накопление IGF, что, в свою очередь, способствует аутокринной и паракринной регуляции нормального состояния сердечной ткани [18, 152]. Протеолиз IGFBP-4 также может осуществляться под действием металлопротеаз матрикса, таких как MMP-2, MMP-7 и MMP-9 [135, 153].

Результаты последних исследований указывают на активацию PAPP-A-специфичного протеолиза IGFBP-4 в сердечной ткани при различных сердечно-сосудистых патологиях. Результаты по этой проблеме будут суммированы ниже. Исследование протеолиза IGFBP и опосредованная этим процессом регуляция IGF-пути является перспективным направлением по поиску новых биомаркеров не только сердечно-сосудистых, но и других заболеваний.

РОЛЬ IGF-СИГНАЛЬНОГО ПУТИ В РАЗВИТИИ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МИОКАРДЕ

Физиологическая и патологическая гипертрофия. Как было рассмотрено ранее, IGF-I и IGF-II играют ключевую роль как в эмбриональном развитии сердца, так и в поддержании его нормальной работы в постнатальном периоде жизни. Однако доминирующую роль в развитии сердца играет именно IGF-II. Количество мРНК IGF-II, детектируемое в ткани желудочков сердца плода, значительно выше по сравнению с мРНК IGF-I. Однако после рождения экспрессия IGF-II значительно снижается вплоть до недетектируемых количеств. IGF-II является основным агентом, стимулирующим митотическое деление клеток в процессе зародышевого развития. Его молекулярные эффекты опосредованы взаимодействием с тирозинкиназными рецепторами IGF-1R и INSR (рис. 3). Дальнейшая передача сигнала приводит к активации сигнальных каскадов ERK/MAPK и PI3K/AКТ. Показано, что активация PI3K/AКТ-каскада в сердце способствует развитию сердечной гипертрофии и дисфункции миокарда. Например, АКТ инактивирует факторы Forkhead box O (FOXO: FOXO1 и FOXO3), которые являются негативными регуляторами пролиферации миокарда. AКТ транслоцируется в ядро, где фосфорилирует белки FOXO, вследствие чего белки FOXO транслоцируются в цитоплазму, что приводит к снижению их транскрипционной активности. Помимо AКТ, аналогичный эффект на FOXO осуществляет киназа ERK (extracellular-signal regulated kinase), являющаяся участником MAPK-сигнального каскада. В активном состоянии FOXO связываются с промоторными областями генов, ассоциированных с аутофагией, и инициируют аутофагию кардиомиоцитов. И FOXO1, и FOXO3 являются антигипертрофическими агентами. Например, FOXO3 поддерживает нормальный размер кардиомиоцитов, ингибируя их рост и способствуя развитию аутофагических процессов. Помимо этого, FOXO3 способен активировать гены антиоксидантной системы, а также положительно регулировать экспрессию малой некодирующей РНК miR-1m, которая снижает количество IGF-I [154]. При IGF-индуцированной гипертрофии миокарда показано, что FOXO3 активирует экспрессию белка Atrogin-1, что вызывает значительное уменьшение размера кардиомиоцитов сердца in vivo [155]. Помимо FOXO, AКТ-опосредовано происходит регуляция белков BCL-2, BAD, GSK-3β [156]. BCL-2 (B-cell lymphoma-2) является регулятором апоптоза, при этом он может как индуцировать, так и подавлять апоптоз. Было показано, что как ингибирование сигнального пути PI3K/AКТ, так и селективное ингибирование BCL-2 препятствуют развитию гипертрофии в сердечной ткани [157]. BAD (BCL-2 associated death promoter), относящийся к тому же семейству, что и BCL-2, является проапоптотическим фактором. Фосфорилирование BAD под действием PI3K/AКТ-пути приводит к его взаимодействию с другими белками, что способствует развитию ингибиторного эффекта BAD на активность BCL-2 и BCL-x_L [158]. Фосфорилирование GSK-3β (Glycogen synthase kinase 3β) в результате активации сигнального каскада PI3K/AКТ ингибирует её активность. Ингибирование GSK-3β приводит к изменениям активности транскрипционных и трансляционных факторов в миокарде, что также приводит к развитию гипертрофии [159]. Таким образом, IGF-II индуцирует развитие патологической гипертрофии в сердечной ткани, запуская процессы, приводящие к ингибированию действия сразу нескольких антигипертрофических факторов (рис. 3).

 

Рис. 3. Основные участники сигнальных каскадов, запускаемых IGF-II и вызываемые ими эффекты. Grb2 – белок 2, связанный с рецептором фактора роста; ERK – внеклеточная сигнал-регулируемая киназа; IRS – субстрат инсулинового рецептора; PIP₂ – фосфотидилиназитол-2-фосфат; PI3K – липидные киназы, фосфорилирующие 3-гидроксильную группу фосфоинозитола и фосфоинозитидов; PIP₃ – фосфотидилиназитол-3-фосфат; PDK – киназа пируватдегидрогеназы 1, AKT1/2 – серин-треониновая протеинкиназа В alpha/beta; FOXO – Forkhead box O факторы; BCL-2 – регулятор апоптоза B-клеточной лимфомы-2; BAD – агонист белка клеточной гибели, связанный с BCL2; GSK-3β – киназа гликогенсинтазы 3β. Описание в тексте

 

В случае IGF-I взаимодействие со специфическими рецепторами регулирует такие процессы в сердечной ткани, как сократимость, клеточный метаболизм, гипертрофический рост, аутофагия, апоптоз и др. Эффекты IGF-I на метаболическую активность клеток сердечной ткани реализуются путём активации мембранного рецептора IGF-1R. Ввиду того, что IGF-I так же, как и IGF-II, способен связываться с IGF-1R, многие сигнальные пути, индуцируемые этими лигандами, пересекаются. При связывании IGF-I с рецепторными тирозинкиназами происходит физиологическая активация PI3K/AKT-пути. Рецепторные тирозинкиназы обеспечивают локализацию PI3-киназ (PI3K) на цитоплазматической мембране. Далее, PI3K катализирует реакцию фосфорилирования мембранного фосфотидилинозитол-4,5-бисфосфата (PIP2) c образованием фосфатидилиназитол-3,4,5-трифосфата (PIP3). Затем начинается активация AKT, которая осуществляется за счёт присоединения PIP3 к N-концевому домену AKT, а также серин-треонинового фосфорилирования каталитического домена АКТ. Благодаря активации сигнального каскада PI3K/AKT происходит ингибирование белков FOXO, речь о которых шла выше. Протеинкиназа АКТ также может активировать белок mTOR (mechanistic target of rapamycin, серин-треониновая протеинкиназа), который, в свою очередь, способствует усилению синтеза белков и подавляет аутофагию (рис. 4). Активация синтеза белков под действием mTOR происходит благодаря фосфорилированию белка, связывающего три изоформы эукариотических факторов инициации трансляции (eIF4E) – 4E-BP – и двух изоформ киназы S6 (S6K). При этом в клетках mTOR обнаруживается в виде двух функционально различных комплексов mTORC1 и mTORC2. В норме mTORС1 необходим для развития сердечно-сосудистой системы в эмбриогенезе и для постнатального поддержания структуры и функций сердечной ткани. Ингибирование mTORC1 предотвращает развитие патологической гипертрофии и повышает устойчивость кардиомиоцитов к стрессу, вызванному старением. Также у мышей при заболевании LEOPARD, названном на основе аббревиатуры, обозначающей основные особенности этого расстройства: множественные лентиго (L), нарушения проводимости ЭКГ (E), глазной гипертелоризм (O), стеноз лёгочной артерии (P), аномалии гениталий (A), задержка роста (R) и нейросенсорная глухота (D), неконтролируемо возрастает активность mTOR, а ингибирование mTOR рапамицином полностью нивелирует возникшее гипертрофированное состояние сердечной мышцы [160]. Также mTORC1 способен фосфорилировать белок ULK, ингибируя его активность, заключающуюся в деградации белков и органелл при аутофагии [161]. Таким образом, активация mTOR под действием сигнальных каскадов, запускаемых IGF-I, стимулирует гипертрофический рост клеток миокарда.

 

Рис. 4. Канонические (выделены синим цветом) и неканонический (выделен красным цветом) пути передачи сигнала от IGF-I через IGF-1R-рецептор. Grb2 – белок 2, связанный с рецептором фактора роста; ERK – внеклеточная сигнал-регулируемая киназа; IRS – субстрат инсулинового рецептора; AKT1/2 – серин-треониновая протеинкиназа В alpha/beta; BAD – агонист белка клеточной гибели, связанный с BCL2; mTOR – серин-треониновая протеинкиназа (mechanistic target of rapamycin); 4EBP1 – белок, связывающий три изоформы эукариотических факторов инициации трансляции; S6K – изоформа киназы S6; PLC – фосфолипаза С; IP₃ – иназитол-3-фосфат; InsP3R – иназитолтрифосфатный рецептор. Описание в тексте

 

Для передачи сигнала рецептором IGF-1R существует два канонических пути: PI3K/AKT и ERK. Также в ряде работ описан неканонический путь IGF-клеточной сигнализации, ассоциированный с G-белками. Было показано, что некоторые эффекты IGF-I ингибируются блокатором гетеротримерных G_i-белков – Petrussis toxin (PTX) или коклюшным токсином – на некоторых клеточных линиях, что позволило сделать вывод, что активация IGF-1R запускает клеточную сигнализацию через G_i-белки. Было показано, что IGF-1R физически взаимодействует с представителями семейства G-белков – G_iα и G_β. Такое взаимодействие усиливается после взаимодействия IGF-1R и IGF-I. Передача сигнала через G-белки приводит к активации мембранной фосфолипазы С (PLC), которая повышает количество инозитол 1-, 4- и 5-трифосфата, что, в свою очередь, ведёт к Ca²⁺-опосредованной регуляции транскрипции (рис. 4) [30].

Что касается канонических путей передачи сигнала через IGF-1R от IGF-I, то принято считать, что сигнальный путь IGF-I/PI3K/AKT, который был описан выше, является основным в развитии физиологической гипертрофии миокарда. Было показано, что у мышей с пониженной активностью сигнального пути IGF-I/PI3K/AKT был детектирован нормальный или уменьшенный размер сердца и сниженный гипертрофический ответ при физической нагрузке. В случае повышенной активности IGF-I/PI3K/AKT размер сердца оставался в пределах нормы, как и гипертрофический ответ на физическую нагрузку; более того, у таких мышей наблюдалась эффективная устойчивость к развитию инфаркта миокарда, дилатационной кардиомиопатии и развитию артериальной гипертензии [162]. Кроме сигнального каскада IGF-I/PI3K/AKT, который рассматривается как основной в развитии физиологической гипертрофии, сигнальный путь ERK также может опосредовать её возникновение. Показано, что сигнальный путь ERK активируется при ранней адаптивной концентрической гипертрофии, но активация этого пути снижается при поздней деструктивной эксцентрической гипертрофии (компенсаторная гипертрофия миокарда, при которой происходит утолщение стенки миокарда с дилатацией сердечной полости). При повышенном давлении ERK-сигнальный путь активируется посредством рецепторов, ассоциированных с G-белками или посредством интегринов, которые являются сенсорами растяжения. У мышей, мутантных по одному из компонентов сигнального пути ERK, наблюдалась большая чувствительность к повышенному давлению и не происходило развития гипертрофического ответа в ответ на поперечное сужение аорты. Таким образом, понижение активности ERK-сигнального каскада ассоциировано с трансформацией от компенсаторной к патологической гипертрофической сердечной недостаточности при избыточном давлении, и роль ERK в этом процессе заключается в предотвращении эксцентричного роста миокарда [163]. ERK-сигнальный путь, по-видимому, вовлечён и в транслокацию IGF-2R через мембрану. Было показано, что прогипертрофический фактор ангиотензин-II (ANG-II) повышает стабильность IGF-2R-рецептора, и его действие опосредовано активацией ERK-сигнального каскада. Использование ингибиторов ERK-сигнального пути, в свою очередь, понижает количество IGF-2R-рецепторов в клеточной мембране [164].

Среди факторов, которые способны индуцировать гипертрофию в миокарде, также выделяют такие агенты, как ангиотензин-II, эндотелин-I, норэпинефрин и др. В нашей лаборатории было показано, что при эндотелин-1-опосредованной гипертрофии кардиомиоцитов в первичной культуре кардиомиоцитов крысы повышается уровень протеолиза IGFBP-4 под действием протеазы PAPP-A, что приводит к увеличению количества свободного IGF-II. Такое изменение в концентрации свободного IGF-II вследствие гипертрофических изменений в кардиомиоцитах может являться потенциальным компенсаторным механизмом при патологической гипертрофии миокарда, поскольку, наряду с прогипертрофическими свойствами, IGF-II также проявляет кардиопротекторные свойства (см. раздел «Кардиопротекторная роль IGF в сердечной ткани») [18]. Таким образом, можно говорить о принципиально разных ролях IGF-I и IGF-II в регуляции и развитии физиологической и патологической гипертрофии миокарда, так как IGF-I в таком случае будет являться фактором, приводящим к развитию физиологической гипертрофии, как следствию внешних факторов, а функция IGF-II будет заключаться в ослаблении последствий развившейся патологической гипертрофии.

Атеросклероз. Известно, что система инсулиноподобного фактора роста вносит вклад в развитие атеросклероза, активируя рост и пролиферацию гладкомышечных клеток и макрофагов, а также инициируя такие процессы, как ангиогенез и рестеноз [165]. Атеросклероз, представляющий собой одну из основных причин различных сердечно-сосудистых заболеваний, является многофакторным заболеванием и обладает сложной патофизиологией. При атеросклерозе IGF-I локально вырабатывается эндотелиальными и гладкомышечными клетками стенок сосудов и обнаруживается в плазме крови [166]. Результаты недавних исследований указывают на то, что в формирование атеросклеротических бляшек вовлечены не только IGF, но и система белков, регулирующих их биодоступность [2]. Так, ряд исследований указывают на атерогенную роль протеазы PAPP-A, специфически расщепляющей IGFBP-4. Так, повышенный уровень PAPP-A детектируется у пациентов с нестабильной стенокардией, острым инфарктом миокарда, бессимптомной гиперлипидемией, ишемической болезнью сердца, атеросклеротическими заболеваниями периферических артерий и др. [167–171]. Conover et al. [172] показали, что при повышенной экспрессии PAPP-A в гладкомышечной ткани артерий происходит ускорение развития атеросклеротического поражения сосудов, т.е. PAPP-A является атерогенным фактором. Далее, в ряде исследований PAPP-A был использован как потенциальная мишень в терапии атеросклеротических заболеваний. При ингибировании PAPP-A под действием высокоспецифичных антител у мышей через 10 недель наблюдалось снижение количества атеросклеротических бляшек на 70% по сравнению с контрольной группой. Достигнутый эффект оставался постоянным на фоне искусственно повышенного уровня холестерина и триглицеридов [58, 172].

Убедительными доказательствами в пользу участия PAPP-A в атеросклерозе также являются исследования по гипер- и гипоэкспрессии PAPP-A у мышей. Так, повышенная экспрессия PAPP-A в гладкомышечных клетках артерий у мышей приводила к увеличению площади поражения артерий, однако количество очагов поражений при этом не изменялось. При этом отсутствие экспрессии PAPP-A препятствовало развитию атеросклеротических изменений в сосудах у мышей, дефицитных по аполипопротеину Е на фоне диеты с высоким содержанием жиров. Более того, ингибирование PAPP-A посредством высокоспецифичных моноклональных антител приводило к уменьшению количества атеросклеротических бляшек в аорте [172–174]. Boldt et al. [175] показали, что атерогенная роль PAPP-A зависит от локализации протеолитической активности фермента по отношению к IGFBP-4. В том случае, когда протеолиз IGFBP-4 происходил не на поверхности клеток, а во внеклеточной среде, увеличения площади области поражения стенок сосудов не наблюдалось. Среди механизмов атерогенного действия PAPP-A предполагают многочисленные патофизиологические процессы, которые ассоциированы с атерогенезом, включая накопление липидов, сосудистое воспаление, дисфункцию эндотелия, пролиферацию и миграцию гладкомышечных клеток сосудов, стабильность атеросклеротических бляшек и атеротромбоз.

Таким образом, PAPP-A может являться потенциальной терапевтической мишенью для лечения атеросклероза через подавление её протеолитической активности. Среди известных ингибиторов протеолитической активности PAPP-A можно назвать станниокальцин-2 (STC-2), который может образовывать ковалентный комплекс с PAPP-A, ингибируя её [176]. Среди других ингибиторов PAPP-A можно назвать микроРНК miR-490-2p, повышенная экспрессия которой понижает протеолитическую деградацию IGFBP-4 [177], станины и антиоксиданты [178]. В настоящий момент поиск эффективно действующих ингибиторов PAPP-A продолжается и является одной из ключевых задач исследования IGF-сигнального пути в сердечной ткани.

IGF-система и метаболические патологии. Известно, что пациенты с диабетом 2-го типа имеют значительно большую частоту развития и худший прогноз сердечно-сосудистых заболеваний по сравнению со здоровыми людьми [179–182]. Отчасти этот повышенный риск может быть связан с сопутствующими факторами, такими как гипертония, но, по-видимому, существуют дополнительные механизмы, благодаря которым диабет 2-го типа и сердечно-сосудистые заболевания взаимосвязаны. Резистентность к инсулину, ключевая особенность диабета 2-го типа, сама по себе ассоциирована с развитием сердечно-сосудистых патологий [183].

В ряде исследований была показана взаимосвязь между уровнями циркулирующего IGF-I и наличием ССЗ, в подавляющем большинстве из которых было продемонстрировано снижение уровня IGF-I на фоне повышения риска развития ССЗ [184–187]. Интересно, что усиление протеолитической деградации IGFBP-3, наблюдаемое при развитии диабета 2-го типа и сердечно-сосудистых заболеваний, может фактически представлять собой компенсаторный механизм в попытке увеличить концентрацию IGF-I в крови [188, 189]. Причинная роль снижения уровня IGF-I в развитии ССЗ и диабета хорошо объясняется при исследовании пациентов с полиморфизмом в промоторной области гена, кодирующего IGF-I [190]. Отсутствие «нормального» аллеля приводит к состоянию постоянного дефицита IGF-I, такой феномен был обнаружен у 12% из более чем 2000 индивидуумов. В этом случае риск развития диабета 2-го типа и инфаркта миокарда повышается в 1,7 раз. Более того, у пациентов с полиморфизмом в промоторной области гена, кодирующего IGF-I, и с диабетом 2-го типа риск инфаркта миокарда увеличивается в 3,4 раза. Эти данные указывают на то, что снижение концентрации IGF-I в крови является особенностью метаболических патологий, которая на данный момент до конца не изучена. Не менее интересен тот факт, что низкие концентрации IGF-I и IGFBP-1 в крови независимо связаны с развитием метаболических патологий и резистентности к инсулину [191].

Компоненты IGF-сигнального пути как биомаркеры ССЗ и их диагностическое значение. IGF-I и IGFBP-3. IGF-I является прогностическим маркером острого инфаркта миокарда. Пороговое значение концентрации в сыворотке крови для IGF-I при данном заболевании составляет 137 нг/мл. Более высокие концентрации ассоциируются с улучшением функциональных параметров сердца, в то время как более низкие ассоциируются с плохим прогнозом для выздоровления. При этом наблюдается сильная корреляция между увеличением концентраций IGF-I и IGFBP-3 [46]. Также IGFBP-3 и IGF-I в тандеме являются диагностическими маркерами ИБС: низкие концентрации IGF-I и IGFBP-3 ассоциированы с этим заболеванием [192]. Также известно, что низкие концентрации IGF-I в сыворотке наблюдаются при хронической и прогрессирующей сердечной недостаточности наряду с кахексией [193].

IGF-II. При остром инфаркте миокарда в сыворотке пациентов наблюдается снижение уровня IGF-II. При этом снижение концентрации IGF-II происходит непосредственно после инфаркта, однако через неделю его концентрация достигает нормальных значений [194].

PAPP-A. Основной регулятор биодоступности IGF – PAPP-A – является маркером острого коронарного синдрома: он был обнаружен в нестабильных атеросклеротических бляшках на стенках кровеносных сосудов [165]. Сильная линейная корреляция была обнаружена между уровнем PAPP-A и двумя другими известными маркерами ранних стадий атеросклероза (концентрация кальция в коронарных артериях и толщина интима-медиа сонных артерий). Так, при пороговом значении концентрации PAPP-A, равном 2,35 нг/мл, чувствительность и специфичность его как маркера атеросклероза была оценена в 94,3% и 63,9% соответственно [195]. Более того, циркулирующий в крови PAPP-A является сильным прогностическим маркером инфаркта, предполагается, что его прогностическая способность превосходит таковую для сердечной изоформы тропонина I (cTnI) [196, 197].

IGFBP-4. В ряде исследований было показано, что повышенный уровень протеолитических фрагментов IGFBP-4 (NT-IGFBP-4 и CT-IGFBP-4) ассоциирован с увеличением риска возникновения ОКС у пациентов с ИБС и наступлением смерти от ССЗ у больных диабетом 1-го типа [16, 104]. Недавно было обнаружено, что повышенный уровень протеолитических фрагментов IGFBP-4 в крови у больных сердечной недостаточностью (СН) – состоянием, которое может развиваться вследствие ОКС и инфаркта миокарда – также ассоциирован с повышенным риском летального исхода [15, 105]. Одним из самых распространённых патологических изменений в сердечной ткани при СН является патологическая гипертрофия кардиомиоцитов, в результате которой происходит увеличение сердечной мышечной массы. Недавно в нашей лаборатории было проведено исследование уровня протеолиза IGFBP-4 при гипертрофических изменениях в культуре кардиомиоцитов крысы. При этом фенотипические изменения в кардиомиоцитах были охарактеризованы как характерные для патологической гипертрофии. Было показано, что концентрация фрагментов IGFBP-4 вследствие PAPP-A-ассоциированной протеолитической реакции повышается в гипертрофированной культуре кардиомиоцитов, по сравнению с нормой, в 1,5–2 раза [18]. Эти данные позволяют предположить, что усиление PAPP-A-зависимого протеолиза IGFBP-4 при гипертрофии будет приводить к повышению биодоступности IGF, по сравнению с нормой, и частично объясняют механизм увеличения концентрации протеолитических фрагментов IGFBP-4 при развитии различных ССЗ.

IGFBP-5. Роль IGFBP-5, синтезируемого и секретируемого большим количеством типов клеток, как биомаркера сердечно-сосудистых заболеваний была показана при ИБС. Так, в сыворотке пациентов концентрация IGFBP-5 снижалась, что достоверно коррелирует с уровнями IGF-I, -II и IGFBP-3 [122].

В табл. 1 просуммирована вышесказанная информация об основных компонентах IGF-сигнального пути как биомаркеров ССЗ, а также их диагностическое значение.

 

Таблица 1. Компоненты IGF-сигнального пути как биомаркеры ССЗ и их диагностическое значение

Компонент IGF-системы	Прогностическая и клиническая значимость	Ссылка
IGF-I	прогностический маркер острого инфаркта миокарда (концентрация в сыворотке < 137 нг/мл)	[46]
	диагностический маркер сердечной недостаточности (СН) (концентрация в сыворотке < 122 нг/мл)	[193]
IGF-II	диагностический маркер острого инфаркта миокарда (концентрация в сыворотке крови < 400 нг/мл)	[194]
IGFBP-3 и IGF-I	диагностический маркер ишемической болезни сердца (ИБС); на фоне ИБС – IGFBP-3 2204,5 ± 1343,3 нг/мл; IGF-I 277,8 ± 178,9 нг/мл; при этом контрольные значения для IGFBP-3: 8499,5 ± 2406,6 нг/мл; для IGF-I: 492,8 ± 222,9 нг/мл; таким образом, на фоне ИБС наблюдается снижение количества IGFBP-3 и IGF-I	[192]
IGFBP-4	прогностический маркер ОКС у пациентов с ИБС и наступления смерти у больных диабетом 1-го типа	[16, 104]
	прогностический маркер СН (повышенный уровень протеолитических фрагментов у пациентов с СН ассоциирован с повышенным риском летального исхода: NT-IGFBP-4 > 214 мкг/литр, CT-IGFBP-4 > 124 мкг/литр)	[15, 105]
	повышение уровня фрагментов IGFBP-4 ассоциировано с развитием гипертрофии кардиомиоцитов (в 1,5 раза по сравнению с контролем)	[18]
IGFBP-5	диагностический маркер ишемической болезни сердца (у пациентов с ИБС уровень IGFBP-5 выше 298 ± 71 нг/мл; у здоровых пациентов – 200 ± 59 нг/мл)	[122]
PAPP-A	диагностический маркер ОКС – обнаруживается в нестабильных атеросклеротических бляшках; уровень PAPP-A на фоне нестабильной стенокардии – 14,9 мкМЕ/литр; на фоне инфаркта миокарда – 20,6 мкМЕ/литр; более 10 мкМЕ/литр – у пациентов с ОКС	[165, 195]
	прогностический маркер инфаркта миокарда (пороговое значение 12,6 мкМЕ/литр)	[196, 197]

 

КАРДИОПРОТЕКТОРНАЯ РОЛЬ IGF В СЕРДЕЧНОЙ ТКАНИ. ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ IGF-I В ЛЕЧЕНИИ ССЗ

Несмотря на большое количество данных о роли IGF-сигнального пути в развитии сердечно-сосудистых патологий, в ряде исследований описываются кардиопротекторные свойства IGF при различных ССЗ. Так, в 2018 г. Yeves et al. [198] было показано, что IGF-I оказывает кардиопротекторное влияние на модели спонтанно гипертензивных крыс. Также в ряде экспериментов был показан положительный эффект оверэкспрессии IGF-II и IGF-I на функции сердца мышей после инфаркта миокарда [199, 200]. В работе Vinciguerra et al. [201] было продемонстрировано, что оверэкспрессия IGF-I в неонатальных кардиомиоцитах, переведённых в гипертрофированное состояние, повышает экспрессию кардиопротекторных генов. Кроме этого, в исследовании McMullen et al. [53] было показано, что оверэкспрессия IGF-1R вызывает физиологическую гипертрофию сердца, не связанную с изменениями веса других органов, и положительно влияет на жизнеспособность кардиомиоцитов. В 2012 г. Zhang et al. [127] продемонстрировали, что оверэкспрессия IGF-I в сердечной ткани может ослаблять, а в некоторых случаях и полностью предотвращать сократительную и метаболическую дисфункцию, вызванную питанием с высоким содержанием жиров. Также было показано, что избыточная экспрессия IGF-1R кардиомиоцитами предотвращает фиброз сердца, ассоциированный с диабетом 1-го типа и диастолическую дисфункцию [202].

В ряде работ на моделях различных животных было продемонстрировано, что внутривенное введение IGF-I улучшает переносимость ишемии и восстановление сердечной функции после инфаркта миокарда [203, 204]. Например, в работе Friehs et al. [203] было продемонстрировано, что IGF-I усиливает метаболизм глюкозы в организме и устойчивость к ишемии при гипертрофии миокарда. В контексте терапевтических подходов к лечению метаболических патологий, основанных на применении IGF-I, следует упомянуть, что рекомбинантный человеческий IGF-I (rhIGF-I) изучался в качестве потенциального средства для лечения диабета 1-го и 2-го типов. Было показано, что прием rhIGF-I улучшал гликемический контроль, но был связан с серьезными побочными эффектами, такими как обострение диабетической ретинопатии [205]. Кроме этого, в исследовании Donath et al. [206] было показано, что введение IGF-I пациентам с хронической сердечной недостаточностью улучшает работу сердца за счёт снижения постнагрузки и, возможно, за счёт положительного инотропного эффекта – увеличения силы сокращения сердца.

Поскольку в последнее время был накоплен значительный массив данных о разнонаправленных эффектах IGF, принципиально иной терапевтический подход с многообещающим потенциалом был недавно предложен Wang и Kukreja [207]. Данный подход заключался в том, что значительного повышения уровня IGF-I в крови пациентов можно достичь с помощью комбинированного лечения тадалафилом (TAD) и гидроксихлорохином HCQ. TAD – это ингибитор фосфодиэстеразы 5, который оказывает кардиопротекторное действие против ишемии/реперфузии (I/R) у мышей с сахарным диабетом, в то время как HCQ является противомалярийным и противовоспалительным препаратом, снижающим гипергликемию у пациентов с сахарным диабетом. Наблюдаемое повышение уровней инсулина и IGF-I при комбинированном лечении TAD + HCQ приводило к активации сигнального пути AKT/mTOR. В результате было высказано предположение, что одновременное лечение TAD и HCQ может стать легкодоступным новым фармакотерапевтическим подходом для защиты от внутримышечного повреждения миокарда при сахарном диабете 2-го типа [207]. Ингибиторы транспортёра натрия-глюкозы-2 (SGLT-2is) и агонисты рецептора глюкагоноподобного пептида-1 (GLP-1RAs) проявляют многочисленные метаболические и сердечно-сосудистые эффекты, которые положительно влияют на состояние при диабете и метаболизм в целом, такие как уменьшение гипергликемии, жировой массы и ремоделирования костей, снижение веса при натрийурезе, и против атеросклероза [208]. Все больше данных указывает на участие оси IGF в плейотропных реакциях, вызываемых SGLT-2is и GLP-1RAs. Например, GLP-1RA стимулируют реакции, активирующие жизнеспособность клеток в тканях, таких как β-клетки поджелудочной железы и ткани сердца, где IGF-I/IGF-1R играет важную роль. Влияние SGLT-2 на систему IGF плохо изучено, но было высказано предположение, что они способствуют усилению кетогенеза, опосредованного повышенным уровнем циркулирующего гормона роста (GH) [208]. Связь SGLT-2is и GLP-1RAs с IGF-сигнализацией представляет собой захватывающую новую фармакологическую стратегию модуляции уровней IGF-I, которая требует дальнейшей проверки для потенциального применения в лечении сердечно-сосудистых и метаболических заболеваний [208]. В целом, эти результаты ещё раз подтверждают идею о том, что кардиоспецифическая терапия на основе модуляции концентраций свободного биологически доступного IGF-I может стать мощным полезным инструментом для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, регуляция развития патологических и кардиопротекторных процессов в миокарде является одним их ключевых факторов поддержания физиологической активности сердца. Сигнальная система, активируемая инсулиноподобными факторами роста 1 и 2 (IGF-I, IGF-II), представляет собой путь клеточной сигнализации, оказывающий как позитивное, так и негативное влияние на миокард. С одной стороны, IGF активируют развитие кардиопротекторных механизмов, играющих адаптивную и в некоторых случаях даже компенсаторную роль при различных стрессовых воздействиях (рис. 5). С другой стороны, инициация IGF-сигнального каскада сопряжена с развитием широкого спектра сердечно-сосудистых патологий (рис. 5). Степень выраженности позитивного и негативного воздействия IGF варьирует в широких пределах. Поэтому исследования регуляции IGF-сигнального пути в миокарде являются актуальной фундаментальной и прикладной задачей, а ключевые компоненты IGF-системы – перспективными мишенями для терапевтического воздействия. Однако следует отметить, что разработка терапии ССЗ на основе IGF и её потенциальное применение невозможно без глубокого анализа данных как о его положительных, так и о его негативных эффектах в миокарде.

 

Рис. 5. Положительные и негативные эффекты IGF в сердце

 

Вклад авторов. Д.А. Адашева и Д.В. Серебряная провели анализ литературных данных и написали текст обзора; Д.А. Адашева сделала иллюстрации к обзору; Д.В. Серебряная осуществляла общее руководство при написании данной статьи.

Финансирование. Данное исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (грант № 24-25-00051: «Исследование регуляции биодоступности IGF как адаптивного механизма при гипертрофических изменениях миокарда»).

Благодарности. Авторы выражают благодарность директору научного отдела ОАО «Хайтест», к.б.н. Постникову А.Б. за внимательное прочтение данной обзорной статьи и ценные комментарии.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов.

Соблюдение этических норм. Настоящая статья не содержит описания выполненных авторами исследований с участием людей или использования животных в качестве объектов.

About the authors

D. A. Adasheva

Lomonosov Moscow State University

Email: dariaserebryanaya@gmail.com

Department of Biochemistry, Faculty of Biology

Russian Federation, 119234 Moscow

D. V. Serebryanaya

Lomonosov Moscow State University; Pirogov Russian National Research Medical University

Author for correspondence.
Email: dariaserebryanaya@gmail.com

Department of Biochemistry, Faculty of Biology

Russian Federation, 119234 Moscow; 117997 Moscow

References

Supplementary files