The role of the mLDL-induced activation of the complement system classical pathway and C3 expression stimulation in atherosclerosis

Full Text

Атеросклероз - это хроническое воспаление кровеносных сосудов, характеризующееся аккумуляцией макрофагов и модифицированных липопротеинов низкой плотности (мЛПНП) в сосудистой стенке [1-3]. На сегодняший день не существует сомнений в том, что в развитии атеросклероза принимают участие иммунные процессы, притом как врожденного, так и приобретенного иммунитета [4-6]. Существуют убедительные данные, свидетельствующие о том, что одну из ключевых ролей в развитии атерогенеза играет система комплемента. Так, в атеросклеротических препаратах человека обнаруживаются не только конечные компоненты системы комплемента, но и С3- [7] и C4-компоненты комплемента [8]. Тем не менее роль отдельных компонентов системы комплемента в патогенезе атеросклероза до сих пор остается не до конца ясной. Например, дефицит С6 оказывает протективный эффект на сосуды у кроликов с диет-индуцированным атеросклерозом [9], в то время как дефицит С5 у мышей со сниженным количеством аполипопротеина, обладающим сильным антиатеросклеротическим эффектом (Apoe-/- мыши), не вызывает уменьшения развития атеросклероза [10]. Дефицит С3 у мышей со сниженным количеством рецепторов ЛПНП (ldlr-/- мыши) приводит к более выраженному атеросклеротическому поражению с повышенным содержанием макрофагов в препарате [11], а отсутствие С3 (но не фактора В) повышает уровень гиперлипидемии в показателях крови лабораторных apoe-/-ldlr-/- мышей [12]. Компонент С3 и продукты его расщепления признаны в качестве факторов риска развития сердечно-сосудистых заболеваний [13], в то время как уровни С3 плазмы крови тесно связаны со степенью развития атеросклероза у человека [14, 15]. Активация системы комплемента также усугубляет процесс атерогенеза вследствие провоспалительных эффектов C3a, C5a и C5b-9. Есть данные, свидетельствующие о том, что во время развития атеросклеротического процесса у человека происходит активация системы комплемента как по классическому, так и по лектиновому и альтернативному пути [16]. В данной статье мы опишем роль мЛПНП в активации классического пути системы комплемента, так как этот механизм на сегодняшний день наиболее изучен и представляется самым значимым. Также мы коснемся вопроса увеличения экпрессии гена С3 в человеческих макрофагах и укажем на то, как эти процессы влияют на прогрессирование процесса атеросклеротического поражения кровеносных сосудов. Активация системы комплемента - краткая справка Комплемент - это система из более чем 30 белков, находящихся в плазме крови и на поверхности клеток. Суммарная их концентрация может достигать 3 г/л - около 15% глобулярной фракции плазмы [17]. Эти белки, занимающие определенное положение в иерархической системе, участвуют в каскадах протеолитических реакций, начинающихся с идентификации патогенных поверхностей и приводящих к генерации мощных провоспалительных медиаторов (анафилатоксины). Далее происходит опсонизация патогенной поверхности при помощи различных опсонинов - компонентов комплемента (например, С3b) и пенетрация мембраны патогена посредством белков мембраноатакующего комплекса (membrane attack complex, MAC) [18, 19]. Как уже было сказано, система комплемента активируется тремя основными путями: классическим, лектиновым и альтернативным [17, 18, 20]. Активация классического пути происходит тогда, когда компонент С1q, вместе с сериновыми протеазами С1r и С1s образуя комплекс С1, связывается с кристаллообразующей областью (fragment crystallizable region, Fc region) комплемент-связывающего антитела (чаще всего IgG1 и IgM), прикрепленного к патогенной поверхности. Автокаталитическая активация C1r и C1s в свою очередь приводит к расщеплению С2 и С4 на крупные (C4b, C2a) и мелкие (C4a, C2b) фрагменты. Крупные фрагменты объединяются в комплекс C4bC2a на патогенной поверхности. Этот комплекс, называемый С3-конвертазой, обладает способностью к расщеплению С3. Следует отметить, что образование С3-конвертазы, которая расщепляет С3 на анафилатоксин С3а и опсонин С3b, - это та точка, где сходятся все три пути активации комплемента [18]. Когда С3 расщепляется до C3b, происходит активация внутренних тиоэфирных связей, что позволяет C3b образовывать прочные ковалентные связи с гидроксильными группами близлежащих углеводов и белков. Подобным образом происходит эффективная «маркировка» микроорганизмов в качестве чужеродных объектов, что приводит к дальнейшей активации системы комплемента на опсонированной поверхности и вокруг нее, а в конечном итоге - к продукции анафилатоксинов и «сборке» комплекса белков атаки на мембрану [17, 20]. Лектиновый путь протекает аналогично, однако независимо от иммуноглобулинов. Рецепторы распознавания антигенов (например, Т-клеточные рецепторы) адаптивной иммунной системы гипотетически имеют способность распознавать каждый возможный антиген путем колоссального соматического разнообразия данных рецепторов [21]. При лектиновом пути для определения чужеродных для организма патогенов используются рецепторы опознавания паттерна (pattern-recognition receptors, PRRs), или образ-распознающие рецепторы, такие как маннозосвязывающий лектин (mannose-binding lectin, MBL) и фиколины. Это белки, присутствующие на поверхности клеток иммунной системы и способные узнавать стандартные молекулярные структуры (патоген-ассоциированные молекулярные паттерны - pathogen-associated molecular patterns, PAMPs), специфичные для больших групп патогенов [22]. Примеры PAMP включают в себя эндотоксин либо липополисахарид грамотрицательных бактерий, липотейхоевую кислоту грамположительных бактерий и β-глюкан, содержащийся в стенках клеток грибов [23, 24]. MBL связывается с углеводными паттернами на поверхностях грамположительных, грамотрицательных бактерий, дрожжевых грибов, а также некоторых вирусов и паразитов [25, 26]. Подобно комплексу С1 в классическом пути, MBL соединяется с MBL-ассоциированными сериновыми протеазами (MBL-associated serine proteases, MASPs) -1, -2 и -3, которые функционально и структурно схожи (однако не идентичны) [27-29] с C1s и C1r; т. е. прикрепление MBL к патогенной поверхности приводит к активации MBL-ассоциированных протеаз, расщеплению С2 и С4 и, в конечном счете, к образованию С3-конвертазы. Таким образом, мы видим, что C4bC2a образуется как в классическом, так и в лектиновом пути [22, 23, 27-33]. Альтернативный путь, как уже видно из названия, значительно отличается от классического и лектинового путей. Он инициируется гидролизом С3 с образованием аналога C3b - C3(H2O), также содержащего активированную тио-эфирную связь. В дальнейшем C3(H2O) связывается с фактором В, что приводит к расщеплению фактором D фактора В на Bb и Ba. В итоге образуется начальная С3-конвертаза альтернативного пути активации комплемента - C3(H2O)Bb [18]. Запускается так называемая петля усиления (amplification loop), когда C3(H2O)Bb начинает конвертировать обильно представленный в плазме крови С3 в новые C3b и C3a, так же как и С3-конвертаза (C4bC2a) классического и/или лектинового путей. Новые C3b образуются таким образом, чтобы на патогенной поверхности они находились поблизости от фактора В, который вступает во взаимодействие с фактором D, образуя в итоге C3bBb, конечную С3-конвертазу альтернативного пути активации комплемента [17, 20]. Этот комплекс в дальнейшем стабилизируется при помощи пропердина (фактор Р), что помогает усилить развитие альтернативного пути активации комплемента [34]. Активация классического пути системы комплемента модифицированными формами липопротеинов низкой плотности Интима артерии, как известно, содержит ряд окислительных агентов и протеолитических ферментов, преобразующих частицы ЛПНП в липидные везикулы и капли, обнаруживаемые на ранних стадиях атерогенеза [35-37]. Клеточно-индуцированная модификация либо же длительное нахождение in vitro при высоких концентрациях переходных металлов (таких как медь) наделяет получаемые окисленные ЛПНП атерогенными свойствами [38, 39]. С другой стороны, липидные частицы, обогащенные свободным (неэтерифицированным) холестеролом, выявляемые в интиме артерий, структурно схожи с производными ЛПНП, получаемыми in vitro путем последовательной обработки трипсином и холестеролэстеразой (cholesterol esterase, CEase) [40, 41]. Существует теория, что окисленная (oxidized LDL, Ox-LDL) и ферментативно-измененная (enzymatically modified LDL, Е-LDL) модификации ЛПНП дополняют друг друга: ферментативно-измененные ЛПНП вовлечены в ранние стадии развития атерогенеза, в то время как окисление играет роль в прогрессировании процесса [42]. В 1990 г. P.S. Seifert и соавт. [43] впервые описали способность производных ЛПНП активировать систему комплемента. Теми же авторами позднее было продемонстрировано, что, в отличие от нативных и окисленных ЛПНП, ферментантивно-измененные ЛПНП способны активировать систему комплемента как напрямую, так и посредством С-реактивного белка [44]. G.J. Arlaud и соавт. [45] в 2011 г. проведено исследование, где сравнивались способности окисленных и ферментантивно-измененных форм ЛПНП взаимодействовать с комплексом С1. По результатам данного исследования оказалось, что, в отличие от нативных и окисленных форм ЛПНП, Е-LDL распознается частицей C1q, что приводит к активации С1 в условиях, близких к физиологическим [45, 46]. Было установлено, что ферментативно-измененные ЛПНП распознаются C1q посредством участков неэтерифицированных жирных кислот, получаемых вследствие воздействия холестеролэстеразы [47]. Факт, что частицы нативной ЛПНП не активируют частицу С1, согласуется с тем, что они не распознаются частицей C1q. Однако следует отметить, что частицы окисленных ЛПНП все-таки чувствительны к C1q и вступают с ними во взаимодействие, образуя связь с аффинностью, схожей с таковой у ферментативно-измененных ЛПНП. Однако, несмотря на это, активации С1 не происходит. Вероятнее всего, обусловлено это тем, что участки связывания с C1q на поверхности окисленных ЛПНП расположены таким образом, что активация C1 становится невозможной. Альтернативное объяснение этого феномена заключается в том, что активация С1 окисленными ЛПНП блокируется ингибитором С1, точно так же как это происходит в отношении других «слабых» неиммунных активаторов С1, таких как ДНК или гепарин [48, 49]. Подтверждением этой версии служит тот факт, что ферментативно-измененные ЛПНП продолжают активировать С1 даже в присутствии избытка ингибиторов С1 in vitro. Нет оснований сомневаться в том, что этот процесс, вероятнее всего, имеет место также и in vivo. Как уже было сказано выше, взаимодействие С1 с молекулой ферментативно-модифицированных ЛПНП происходит посредством глобулярного домена C1q, который распознает молекулы неэтерифицированных жирных кислот, образующиехся под воздействием хотестеролэстеразы. Конверсия нативной ЛПНП в частицу, наделенную способностью к активации С1, требует предварительного воздействия сначала протеолитического фермента, а потом холестеринэстеразы. Кроме трипсина, используемого для опытов in vitro, несколько протеаз, обнаруживаемых в атеросклеротических бляшках, способны приводить к созданию частиц ЛПНП с высокой степенью воздействия на С1. Такими протеазами, к примеру, являются плазмин, матриксная металлопротеиназа-2, тромбин, триптаза [50, 51]. Более того, холестеролэстераза также сама по себе присутствует в интиме артерий [41, 52]. Все это говорит о том, что теоретически любая из указанных выше протеаз, содержащихся в организме, может вызывать in vivo ферментативную модификацию ЛПНП, запуская классический путь активации системы комплемента и приводя к усилению процессов атерогенеза в пораженном сосуде. Влияние модифицированных форм липопротеинов низкой плотности на экпрессию гена С3 и секрецию С3 макрофагами Поглощение мЛПНП макрофагами в артериальной стенке происходит при участи «мусорных» рецепторов (scavenger receptors) и приводит к образованию «пенистых» клеток. Уровень поглощения ЛПНП регулируется с помощью различных цитокинов и сигнальных молекул, однако, в то же время, трансформация макрофагов в пенистые клетки приводит к дисбалансу продукции цитокинов про- и противовоспалительного профиля [53], Наши соотечественники Д.А. Могиленко, И.В. Кудрявцев и др. в своей работе 2012 г. [54] установили, что ацетилированные или окисленные формы ЛПНП активируют экспрессию гена С3, а также непосредственно его секрецию в человеческих макрофагах. Опосредованная мЛПНП стимуляция экспрессии гена С3 контролируется Х-рецепторами печени (liver X receptors, LXRs). Также было установлено, что мЛПНП стимулируют секрецию С3 посредством активации Toll-подобных рецепторов 4 (Toll-like receptor 4, TLR4), в то время как С3а, продукт расщепления С3, в свою очередь, повышает поглощение окисленного ЛПНП и экспрессию С3 макрофагами человека. Эти данные указывают на неизвестные ранее механизмы регуляции экспрессии и секреции С3 макрофагами человека и открывают новые аспекты взаимодействия между процессами, протекающими во время атерогенеза, такими как активация системы комплемента, передача сигнала TLR4 и метаболизм липидов. В зоне атеросклеротического поражения у человека обнаруживается как сам протеин С3, так и его мРНК [7, 8]. Там же содержатся в большом количестве окисленные формы ЛПНП [55]. Поглощаясь макрофагами, они приводят к образованию оксистеролов, которые являются лигандами LXRs [56]. В дополнение к этому, мЛПНП связываются с CD14 и активируют TLR макрофагов [57]. мЛПНП активирует экспрессию С3 после поглощения макрофагами, и вызываемая после этого активация гена С3, по-видимому, опосредована Х-рецепторами печени, в то время как активация пути TLR4/MEK/ERK (Toll-like receptor 4 / mitogen-activated protein kinase / extracellular signal-regulated kinase) имеет незначительный эффект на стимуляцию экспрессии гена С3 [54]. В отличие от транскрипции, секреция белка С3 стимулируется мЛПНП посредством TLR4-зависимой активации сигнального пути NF-κB (nuclear factor kappa B - light-chain-enhancer of activated B cells) [54]. Был обнаружен элемент отклика рецептора печени Х (LXR-responsive element, LXRE) в промоторе гена С3 человека. Как выяснилось, LXRβ связан с этим регуляторным участком в макрофагах человека как in vivo, так и in vitro. Таким образом, С3а усиливает поглощение окисленных форм ЛПНП макрофагами человека. В дополнение к этому, С3а усиливает экспрессию гена С3 и его секрецию в макрофагах как контактировавших, так и не контактировавших с окисленными ЛПНП. Более того, С3а усиливает экспрессию гена С3 также и в кератиноцитах человека [58], однако механизм данного эффекта до сих пор подробно не изучен. Суммируя имеющиеся данные, можно утверждать, что лиганды рецепторов Х печени, образуемые в макрофагах, поглотивших окисленные формы ЛПНП, активируют ген С3 посредством связывания с LXRE в промоторе гена С3 человека. В дополнение к этому, мЛПНП активирует сигнальный путь CD14-TLR4, стимулируя тем самым не только транскрипцию гена С3, но и его секрецию макрофагом. Более того, анафилатоксин С3а, который образуется в результате воздействия конвертаз, тоже в свою очередь способствует экспрессии и секреции С3 макрофагами, а также поглощению ими окисленных форм ЛПНП. Конечно же, стоит учитывать тот факт, что изложенные выше данные были получены in vitro, так что на данный момент рано с уверенностью считать, что эти же процессы в идентичном виде протекают в макрофагах живого организма. Тем не менее имеющиеся данные открывают новую роль окисленных ЛПНП и Х-рецепторов печени в регуляции и экспрессии С3 макрофагами человека, а также указывают на взаимосвязи между системой комплемента, TLR4 и метаболизмом мЛПНП, которые возникают по мере прогрессирования атеросклеротического процесса. Заключение Эволюционно система комплемента появилась в качестве механизма защиты как от патогенных микроорганизмов, так и от аутоиммунных процессов. В то же время под воздействием мЛПНП система комплемента превращается из друга во врага, так как ее постоянная активация способствует развитию и прогрессированию хронического воспалительного процесса в целом и атеросклероза в частности. Однако на сегодняшний день существует больше вопросов, чем ответов относительно взаимосвязи между системой комплемента и атерогенезом, что диктует необходимость детального изучения этой проблемы. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

O M Drapkina

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University, Ministry of Health of Russia (Sechenov University)

Moscow, Russia

B B Gegenava

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University, Ministry of Health of Russia (Sechenov University)

Email: gegenava.badri@gmail.com
Moscow, Russia

V V Fomin

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University, Ministry of Health of Russia (Sechenov University)

Moscow, Russia

References

Supplementary files