Роль апоптоза в развитии инсульта

1. Журналы
2. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. Спецвыпуски

3. # 9, 2018
   (ИНСУЛЬТ)

4. Динамика маркеров апоптоза в остром п…

В последние десятилетия острая фокальная ишемия головного мозга, в частности ишемический инсульт (ИИ), является серьезной и актуальной проблемой, что связано с высокими показателями заболеваемости, смертности и инвалидизации. Результаты активного изучения биохимических и морфологический изменений ишемического повреждения головного мозга предоставляют возможности для более широкого понимания патогенеза острой фокальной ишемии головного мозга и создания новых эффективных подходов к еe лечению.

Каскад ишемических реакций — сложный комплекс процессов, который включает в себя: клеточную биоэнергетическую недостаточность, глутаматную эксайтотоксичность, окислительный стресс, дисфункцию гематоэнцефалического барьера, микрососудистые повреждения, гемостатическую активацию, постишемическую аутоиммунную реакцию, патологический апоптоз, гибель нейронов, глиальных и эндотелиальных клеток [1]. В процессе биохимических реакций одно событие тесно связано с другими компонентами ишемического каскада. Часть из них развивается в течение нескольких часов, другие активируются через несколько суток после развития ишемии и длятся в течение всей последующей жизни, несмотря на восстановление циркуляции крови [2]. При этом они индуцируют и поддерживают другие отдаленные последствия ишемии: реакцию генома с включением молекулярных программ, изменения астро- и микроглиального клеточного пула и связанные с ним иммунные сдвиги, локальное воспаление в очаге ишемии, нарушение целостности гематоэнцефалического барьера [3]. Одну из ключевых ролей в процессе развития оксидантного стресса играет дисфункция митохондрий, которая заключается в том, что митохондриальная ДНК подвергается повреждению, опосредованному активными формами кислорода (АФК), что в итоге приводит к митохондриальной геномной нестабильности и нарушению функции внешнего дыхания [4—6]. Все вышеописанные процессы тем или иным образом приводят к гибели клеток путем некроза, ярко представленного в зоне ишемического ядра.

В зоне пенумбры преобладает апоптотический механизм гибели клеток. Именно в этой зоне ишемическое повреждение недостаточно тяжелое для развития некроза клеток [7, 8], но достаточное для запуска их преждевременной запрограммированной смерти [3, 4]. Выделяют несколько факторов, определяющих, какой из механизмов гибели (некроз или апоптоз) будет преобладать: степень и длительность локальной ишемии, степень зрелости клеток, концентрация внутриклеточного свободного Са2+ и клеточное микроокружение [9—10].

Раннее проведение терапевтических мероприятий имеет решающее значение для спасения потенциально жизнеспособной ткани в зоне пенумбры и улучшения исхода заболевания. Именно на эту зону ориентированы все современные методы лечения, поэтому понимание механизмов и регулирующих факторов данного процесса является наиболее актуальным направлением клинико-биохимических исследований [11].

Апоптоз представляет собой активный и контролируемый процесс повреждения клеток, регулируемый не только биохимически, но и гененетически. При апоптозе, в отличие от некроза, отмечается активация специфических биологических механизмов, в результате которых происходит разрыв молекулы ДНК и разрушение белоксинтезирующих структур с сохранением целостности мембраны клетки до завершения апоптотических клеточных реакций. Апоптотический процесс характеризуется повышением внутриклеточного содержания Са2, образованием АФК, снижением трансмембранного потенциала митохондрий, выделением цитохрома С из митохондрий в цитоплазму, активацией каспаз и нелизосомных эндогенных эндонуклеаз с последующим расщеплением ядерной ДНК, рибосомальной РНК и белков на фрагменты. Важной чертой апоптоза является то, что удаление поврежденных клеток происходит без развития реакций воспаления [12, 13].

Механизмы запрограммированной смерти включаются позже некротического каскада (спустя 1—2 ч после развития ишемии), достигают максимальной активности на 2—3-и сутки и запускаются при любых ишемических и травматических повреждениях нервной ткани. Апоптоз наряду с другими отдаленными процессами повреждения обусловливает увеличение объема повреждения ткани [1].

В процессе апоптоза участвуют два механизма: внутренний путь, обусловленный митохондриальной недостаточностью, и внешний, возникающий при активации поверхностных рецепторов смерти клетки [14]. Запуск апоптоза происходит при распознавании Fas-рецептором экспрессируемого на нейронах и глии после ишемии своего лиганда (CD95L), что приводит к взаимодействию его внутриклеточного домена с адапторным белком FADD с образованием комплекса DISC (Death-Inducing Signalling Complex) [15]. Затем происходит связывание этого комплекса с молекулой прокаспазы-8, что в дальнейшем, в зависимости от типа клетки, имеет два пути развития событий. В первом случае каспаза-8 напрямую активирует прокаспазу-3 с образованием белков, инициирующих апоптоз [16]. Во втором случае активация прокаспазы-3 имеет более длинный путь, начинающийся с процесса расщепления белка Bid, активирующего проапоптотические белки Bax и Bak, которые изменяют проницаемость наружной мембраны митохондрий, и приводящий к выходу цитохрома С из внутренней мембраны митохондрий [15]. В результате образуется апоптотический сигнальный комплекс, включающий в себя цитохром С, возбуждающий фактор апоптозной протеазы-1 (Apaf-1) и дезокси-АТФ, что инициирует образование каспазы-9 и приводит к активации прокаспазы-3. И уже под ее влиянием происходит дальнейшая гибель клетки, сопровождающаяся фрагментацией ДНК и образованием апоптотических телец, быстро фагоцитируемых макрофагами с выделением противовоспалительных цитокинов [17].

Индукция апоптоза при повреждении ДНК обусловлена появлением в клетке нерепарированных повреждений ДНК, приводящих к активации протеинкиназ, которые фосфорилируют и активируют белковый фактор транскрипции p53. Его активация ведет к подавлению транскрипции генов антиапоптотических белков (bcl-2 и др.) и активации р53-зависимой транскрипции генов проапоптотических белков BAX и FAS. Кроме того, р53 ингибирует синтез ДНК, блокируя инициацию репликации [18]. В последние годы белок р53 рассматривается как один из основных проапоптотических факторов, участвующих в индукции программированной смерти клетки.

На дальнейшее развитие запущенной программированной смерти клетки влияют регуляторы апоптоза семейств Вcl-2 и IAP. Белки семейства Вcl-2 включают как Вcl-2-подобные факторы выживания, так и BAX-подобные факторы гибели [19—21]. Было выявлено [22], что семейство Bcl-2 является регулятором митохондриального пути запуска апоптоза и играет ключевую роль в механизме клеточной гибели при церебральной ишемии. Кроме того, избыток антиапоптотических белков семейства Bcl-2 защищает ткань мозга от ишемии. Белок Bcl-2 контролирует передачу апоптозного внутриклеточного сигнала за счет предотвращения оттока цитохрома C из митохондрий через митохондриальные поры переходной проницаемости, что предотвращает образование апоптосомы с использованием цитохрома C за счет связывания каспазы 9 и апоптозного протеазоактивирующего фактора-1 [23].

На экспериментальных моделях было показано [24], что выраженность повреждения ткани головного мозга определяется не только степенью и длительностью локальной ишемии, но и соотношением проапоптотических и антиапоптотических процессов, которое и обусловливает особенности течения и исхода ИИ.

Цель исследования — изучение динамики концентрации маркеров апоптоза Bcl-2 и p53 в сыворотке крови пациентов в остром периоде ИИ в сопоставлении с динамикой тяжести неврологического дефицита и объемом поражения головного мозга.