Атеросклероз вызывает сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ), которые являются ведущей причиной смертности и инвалидизации населения во всем мире. В связи с этим изучение патофизиологии, поиск новых биомаркеров для ранней диагностики атеросклероза и ССЗ, а также новых мишеней для терапевтического воздействия является приоритетной задачей современного здравоохранения [1–4].
На данный момент известно, что в патогенезе атеросклероза принимают участие многочисленные механизмы, в числе которых особенно стоит отметить нарушение обмена липидов и иммуновоспалительные процессы [4–6]. Иммуновоспалительные процессы тесно связаны с нарушением обмена липидов [7]. В последнее время появляется все больше доказательств, что механизмы врожденного иммунитета могут инициировать и ускорять атеросклероз. Так, некоторые исследования связывают патогенез атеросклероза с активацией сигнальных путей врожденного иммунитета [5]. Одними из основных компонентов системы врожденного иммунитета являются Толл-подобные рецепторы (TLR).
Цель нашего обзора заключается в описании роли TLR в патогенезе атеросклероза. По ходу статьи мы последовательно рассмотрим структуру, функционирование и основные разновидности TLR, роль TLR в развитии атеросклероза, а также обсудим возможности использования TLR в качестве мишеней для воздействия терапевтических средств с целью лечения атеросклероза.
TLR: ключевые паттерн-распознающие рецепторы (PRR)
Врожденная иммунная система поддерживает наблюдение за экзогенными патогенами или повреждением клеток при помощи поверхностно-экспрессированных паттерн-распознающих рецепторов или образ-распознающих рецепторов (англ. pattern recognition receptors, PRR) [8]. PRR расположены на поверхности клетки и в цитоплазме, где они обнаруживают патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (англ. pathogen-associated molecular pattern PAMP), такие как липополисахарид, высвобождаемые грамотрицательными бактериями, или вирусные РНК [8]. Считается также, что эти рецепторы также распознают молекулярные фрагменты, ассоциированные с повреждением (англ. damage-associated molecular pattern, DAMP), такие как высокомобильный белок box 1 (HMGB1) или амфотерин, секретируемый иммунными клетками при воздействии провоспалительных сигналов [9]. Семейство PRR состоит из TLR, рецепторов, подобных индуцируемой ретиновой кислотой генам I (RIG-I / RLR), рецепторов, подобных домену нуклеотид-связывающей олигомеризации (NOD-like receptors, NLR), и рецепторов лектинов C-типа (CLR) [10].
TLR являются наиболее хорошо охарактеризованными PRR, из которых 11 были идентифицированы у людей и 13 у мышей [11]. TLR экспрессируются рядом иммунных клеток, такими как макрофаги, дендритные клетки и неиммунными клетками, такими как эпителиальные клетки [11]. Такие разновидности TLR, как TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6 и TLR11, экспрессируются во внеклеточном пространстве и распознают липопептиды [12]. Бактериальные и вирусные нуклеиновые кислоты распознаются TLR3, TLR7, TLR8, TLR9 и мышиным TLR13. Все они находятся в эндоплазматическом ретикулуме, эндосомах и лизосомах.
Было установлено, что при связывании лиганда TLR димеризуются и большинство из них образуют гомодимеры, за исключением TLR1/2, TLR2/6 и TLR4/6/CD36, которые гетеродимеризуются [12, 13]. В структуре TLR выделяют внеклеточный домен богатых лейцином повторов (LRR), ответственный за обнаружение PAMP, и домен рецептора Toll /интерлейкина-1 (TIR). Последний обеспечивает TLR-опосредованную передачу сигнала. При стимуляции TLR-лигандом TIR-домен связывается с адаптерными белками TIR-домена: белком первичного ответа миелоидной дифференцировки 88 (MyD88), адаптерным белком, содержащим домен TIR (TIRAP) (также известным как MyD88-подобный адаптер или MAL) и содержащим TIR-домен адаптерным белком, активирующим интерферон-бета (TRIF), TRIF-связанной адаптерной молекулы (TRAM), в результате чего образуются два различных сигнальных пути: MyD88-зависимый и MyD88-независимый/TRIF-зависимый пути [8, 14].
Клиническое значение TLR и его сигнальных путей огромное. Показано, что TLR принимают участие в патогенезе многих заболеваний, в частности инфекционных [15], воспалительных [16], онкологических [17], атеросклероза и ССЗ и других. Ниже мы более подробно рассмотрим роль TLR в патогенезе атеросклероза и ССЗ. Что касается патогенеза атеросклероза, то на данный момент наиболее изучен вклад TLR2 и TLR4.
TLR при атеросклерозе
И у мышей, и у человека при атеросклеротических поражениях отмечается повышенная экспрессия TLR. В исследовании S. Dunzendorfer с соавт. описано влияние нарушенного кровотока на эндотелий сосудов и продемонстрировано, что эндотелиальные клетки, находящиеся в условиях ламинарного кровотока in vitro, менее чувствительны к лигандам TLR2 [18]. Напротив, нарушенный поток вызывает повышение экспрессии TLR2 и реакцию на лиганды, что и статический кровоток, дополнительно подтверждая, что ламинарный поток снижает развитие повышенной чувствительности TLR2 к лигандам [18]. В другом исследовании снижение атерогенеза наблюдалось, когда полное истощение было получено у кроссбредных мышей TLR2-/- LDLR-/- (нокаутированных по TLR2 и рецепторам липопротеинов низкой плотности) по сравнению с LDLR-/- мышами после 10 недель на диете с высоким содержанием жиров. На основании данного исследования ученые пришли к выводу, что открытие наводит на мысль, что избирательная экспрессия TLR2 вносит различный вклад в развитие атеросклеротического поражения [19]. A. Mullick с коллегами выявили, что экспрессия TLR2 повышена на поверхности эндотелиальных клеток в местах, предрасположенных к развитию атеросклероза, таких как внутренняя кривизна дуги аорты у мышей LDLR-/- [20]. Работа, проведенная M. Madan и S. Amar, показала, что повышение экспресии TLR2 способствует атеросклерозу при гиперлипидемической диете и атеросклерозу, связанному с патогенами. Так, АпоЕ+/- TLR2+/+ мыши на диете с высоким содержанием жиров и/или при бактериальной инфекции имели нестабильный фенотип атеросклеротической бляшки. Это было подтверждено подробным анализом состава бляшек проксимального отдела аорты, который показал большую инфильтрацию макрофагами и апоптоз, уменьшение массы гладкомышечных клеток, большее липидное ядро и повышенные уровни провоспалительных цитокинов по сравнению с контрольными группами животных AпoE+/- TLR2-/- и AпoE+/- TLR2+/-. В аорте мышей АпоЕ+/- TLR2+/+ мышей определялись повышенные уровни гельсолина – белка, связанного с актином, который предположительно увеличивает апоптоз в этой группе мышей [21]. В исследовании культур клеток атеромы человека показано, что блокада TLR2 и MyD88 ингибирует активацию (транкрипционного) фактора каппа-би (NF-κB) и продукцию матриксной металлопротеиназы (ММП), предполагая, что MyD88-опосредованная передача сигналов TLR2 вносит вклад в развитие атеросклероза у человека [22].
Некроз бляшек, как известно, возникает в результате апоптоза макрофагов при запущенных (осложненных) атеросклеротических поражениях [23]. Исследователь T. Seimon с соавт. показали, что окисленные фосфолипиды, окисленные липопротеины низкой плотности, насыщенные жирные кислоты и липопротеин (а) запускают апоптоз в макрофагах посредством механизмов, требующих участия TLR2 и CD36. Гибель макрофагов приводит к росту некротического ядра бляшки [24]. В исследовании M. Higashimori с коллегами обнаружено, что дефицит TLR2 снижает накопление пенистых клеток в подверженных поражению участках аорты у мышей ApoE-/- [25], что дополнительно подтверждает выводы, полученные в исследовании A. Mullick et al. [20]. В другом исследовании дефицит TLR6 или TLR1 не уменьшал атеросклероз, вызванный диетой с высоким содержанием жиров [26], а это свидетельствует о том, что TLR6 и TLR1 по отдельности не могут значимым образом влиять на атерогенез, но, очевидно, будут действовать вместе с TLR2 как гетеродимеры [26].
У ApoE-/- мышей, нокаутированных по TLR4, отмечалось снижение развития атеросклеротических поражений; кроме того, моноциты инфильтрировали очаг атеросклеротического поражения в меньшей степени у Apo -/- TLR4-/- по сравнению с ApoE-/- мышами [19, 27]. Увеличение экспрессии TLR4 наблюдалось при атеросклерозе после стимуляции окисленными липопротеинами низкой плотности [28]. Генетическая делеция TLR4 уменьшает атерогенез и инфильтрацию моноцитов/макрофагов, что также сопровождается снижением уровней ИЛ-12 и моноцитарного хемоаттрактантного протеина-1 [27]. О важной роли TLR2 и TLR4 в регуляции апоптоза макрофагов и площади некротического ядра атеросклеротической бляшки сообщается также в исследованиях T. Seimon et al. [24] и L. Curtiss et al. [26].
TLR также тесно связаны с некоторыми факторами риска развития атеросклероза. Одними из наиболее важных факторов риска являются метаболические заболевания, включая сахарный диабет 2-го типа и артериальную гипертензию. Люди с диабетом 2-го типа имеют множество метаболических отклонений, и воспалительные процессы у них протекают активнее, что увеличивает риск развития атеросклероза и ССЗ [29]. В исследовании M. Dasu с соавт. изучалась экспрессия TLR2 и TLR4 в моноцитах пациентов с сахарным диабетом 2-го типа. Показано, что у субъектов с диабетом 2-го типа экспрессия TLR2 и TLR4 в моноцитах была достоверно выше, чем у контрольных пациентов (p < 0,05). Кроме того, у пациентов с сахарным диабетом отмечалась повышенная экспрессия MyD88, NF-κB и ряда провоспалительных цитокинов, включая ИЛ-1 и ИЛ-6 [29]. На основании полученных результатов исследователи пришли к выводу, что повышенная экспрессия TLR2 и TLR4 может вносить важный вклад в провоспалительное состояние и повышение риска развития атеросклероза и ССЗ. В другом исследовании изучалась связь TLR с артериальной гипертензией. Показано, что TLR4 участвует в регуляции артериального давления и сократимости сосудов. При введении ингибиторов TLR4 у крыс снижалось артериальное давление и сократимость сосудов, а также происходило снижение экспрессии фермента циклооксигеназы-2 (ЦОГ-2) и провоспалительного цитокина ИЛ-6 [30].
Внутриклеточный адаптерный белок MyD88, передающий сигналы от TLR, также вовлечен в патогенез атеросклероза. У мышей, нокаутированных по гену, кодирующему MyD88, происходило ослабление атеросклероза аорты за счет уменьшения образования хемокинов и рекрутирования моноцитов/макрофагов в стенку артерии. Тем самым, делеция MyD88 в макрофагах может потенциально уменьшить воспаление в атеросклеротическом очаге поражения и, таким образом, ослабить атеросклероз [31]. Однако не все исследования свидетельствуют о том, что повышенная экспрессия MyD88 усиливает атерогенез. Так, в исследовании M. Subramanian показано, что MyD88-опосредованная активация дендритных клеток оказывает противоатеросклеротический эффект за счет стимулирования генерации регуляторных Т-лимфоцитов (Treg-клетки). Treg-клетки, в свою очередь, уничтожают эффекторные Т-клетки, воспалительные макрофаги (М1 фенотип) и ослабляют рекрутирование моноцитов, подавляя продукцию моноцитарного хемоаттрактантного протеина-1 [32].
TLR как перспективные мишени для терапевтического воздействия при атеросклерозе
Функциональный анализ эндартерэктомий сонных артерий человека показал, что блокада TLR2 может оказывать благоприятное воздействие на течение атеросклероза, опосредованное ингибированием продукции провоспалительных цитокинов, хемокинов и ММП, а также ослаблением активности ядерного NF-κB [22]. Показано, что снижение экспрессии TLR2 при лечении аторвастатином вызывает антиатеросклеротический эффект в человеческих эндотелиальных клетках артерий [32]. Исследователи F. Arslan с соавт. продемонстрировали, что моноклональные антитела против TLR2 (препарат OPN-301) приводят к уменьшению инфильтрации нейтрофилов, макрофагов и Т-лимфоцитов, а также к снижению продукции провоспалительных ФНО-α, ИЛ-1α и ГМ-КСФ на мышиной модели [33]. Несколько позже F. Arslan et al. cообщили о создании первого гуманизированного антитела против TLR2 (препарат OPN-305), которое уменьшало размер инфаркта, сохраняло систолическую функцию и в конечном итоге предотвращало повреждение миокарда на экспериментальной модели ишемии/реперфузии у свиней [34, 35]. Другими исследователями в эксперименте на мышах показано, что ингибирование TLR4-опосредованной экспрессии провоспалительных цитокинов уменьшает размер атеросклеротических поражений у мышей с сахарным диабетом [36]. Показано, что антагонист TLR4 предотвращает экспрессию проатерогенных/провоспалительных факторов ИЛ-6 и ММП-9, накопление макрофагов в атеросклеротических бляшках и активность NF-κB у ApoE -/- мышей [37]. Существующие до сих пор терапевтические возможности для нацеливания на TLR довольно ограничены, и необходимы дальнейшие доклинические разработки. Показано, что блокировка TLR2 и TLR4 является весьма перспективной в плане разработки препаратов для клинических испытаний. По мере разработки новых инструментов для блокирования различных TLR будет получено больше доказательств возможности и эффективности их блокады при атеросклерозе и ССЗ.
Заключение
Таким образом, согласно представленным выше сведениям, TLR играют важную роль в патогенезе атеросклероза, связывая механизмы врожденной иммунной защиты с воспалительными процессами при атеросклерозе. На данный момент хорошо изучена роль TLR2 и TLR4 в патогенезе атеросклероза. TLR2 и TLR4 представляет собой многообещающую мишень для воздействия терапевтических агентов при атеросклерозе. Дальнейшие исследования, способствующие пониманию патофизиологии атеросклероза, позволят разработать новые стратегии для борьбы с этим заболеванием в ближайшие годы.